DF4D型機車聯合調節器功率調節系統的改進*

章仕明

(中國鐵路廣州局集團有限公司 長沙機務段， 長沙 410001)

DF4D型機車自上線運行以來，各配屬長沙機務段即普遍反映存在柴油機潤滑油因黏度上升而超標換油的慣性故障。長沙機務段自1997年開始在全路率先配屬使用該型機車，至1999年柴油機潤滑油因黏度上升而超標換油的現象即表現得異常突出。為降低機車運用成本，長沙機務段自1999年12月開始對這一問題進行攻關。通過對機車換油數據與機車狀態檢查結果的分析[1]，我們發現引起柴油機潤滑油黏度上升的主要原因就是柴油機低轉速(700,800 r/min)功率高，且換油公里與柴油機低轉速的功率值有明顯的關聯關系，通過采取控制柴油機功率曲線的措施，使柴油機潤滑油因黏度上升而超標換油的現象得到了有效控制。

但自2010年開始，這一問題又變得突出起來。從2011年11月長沙機務段恢復成立以來，即組織對該故障進行攻關，仍采取1999年提出的控制柴油機功率曲線的措施。通過一年多的故障攻關活動，取得了明顯的效果，不僅換油臺數下降明顯，機車質量也明顯提高。但2012年因黏度上升而超標換油的總數量仍高達70臺次，說明故障沒有根本解決，還有待進一步的研究。

1 問題的提出

在2012年攻關活動中，DF4D型機車在功率調整過程中，暴露出以下問題：一是部分機車存在功率曲線調整困難；二是部分機車根本無法調整至段修規程規定的范圍。

功率調整困難表現在作用頂桿、偏心輪、懸掛點3個關鍵點的位置要反復調整，尤其是偏心輪的位置調整起來比較困難，更增加了調整的難度。

功率曲線無法調整的問題，則表現在無法同時滿足段修規程對柴油機800,900,1 000 r/min 3個點的功率要求，最后只能優先保證柴油機1 000 r/min的功率，而犧牲對其他兩個轉速點的要求。甚至出現過柴油機1 000 r/min 的功率根本無法達到要求的情況。在2012年有兩臺機車在處理過程中，功調螺栓與作用頂桿咬合到極限位置，柴油機標定轉速的功率仍達不到要求，最后只好取消鎖緊螺母以增大調整范圍，調整結束以后再將功調螺栓與作用頂桿焊接在一起，才解決問題。且此種情況下柴油機800 r/min的功率值都超過段修規程的上限值。

鑒于長沙機務段針對DF4D型機車柴油機潤滑油因黏度上升而超標換油故障所采取的攻關措施，都是圍繞如何保證DF4D型機車柴油機功率曲線而開展的。故功率曲線無法調整以及調整困難，對DF4D型機車柴油機潤滑油因黏度上升而超標換油的攻關活動而言，不僅不利于攻關活動的進一步深化，也不利于已有攻關成果的鞏固。

因此，解決柴油機功率曲線調整問題，對節約成本，提高機車質量，都有重要意義。

2 原因分析

2.1 聯合調節器恒功率調節的基本原理

圖1所示為聯合調節器功率調節系統示意圖。調整結束以后，在柴油機恒功率工作區域的任意柴油機轉速值下，柴油機穩定工作時偏心輪的位置是不變的。因此，在調速器的恒功率調節區域，功調輪的位置(對應一定的柴油機轉速值)發生變化時，只有通過功調螺栓支點銷的位置(對應柴油機高壓油泵的供油量)變化，才能使偏心輪回到柴油機穩定工作的位置。也即柴油機轉速值給定，功調螺栓支點銷的位置(高壓油泵的供油量)也就給定了，以此保證在柴油機恒功率工作區域的任意柴油機轉速值下，柴油機的功率不變。

1-功調螺栓支點銷；2-功調螺栓； 3-鎖緊螺母；4-作用頂桿；5-偏心輪； 6-功率滑閥；7-連接板；8-懸掛點； 9-連扳；10-功調輪。圖1 聯合調節器功率調節 系統示意圖

同時，功率調節系統可以看作是以偏心輪與懸掛點為聯合支點的雙支點杠桿系統。正是雙支點的存在，一是保證了系統的柔性，使得功率調節過程中功率滑閥可以垂直上下運動；二是在懸掛點、偏心輪的位置整定以后，對應功調輪不同的位置，有與之對應的杠桿比(功調螺栓支點銷位移/功調輪位移)，也由此確定了柴油機的功率曲線。通過調整懸掛點、偏心輪的位置，即可以改變這一系統在功調輪位置不變時的杠桿比，也就改變了柴油機的功率曲線。

調整功調螺栓支點銷的位置對柴油機功率曲線進行調整時，如縮短功調螺栓與作用頂桿螺紋咬合長度，不管功率調整輪在什么位置，為保證偏心輪在穩定工作狀態，都需要作用頂桿向上增加相應的位移，亦即增加高壓油泵一定的刻線值；反之增加功調螺栓與作用頂桿螺紋咬合長度，則為保證偏心輪在穩定工作狀態，須減少高壓油泵一定的刻線值。

2.2 產生前述故障的根源

通過對柴油機功率曲線調整困難以及功率曲線根本無法調整至段修規程規定范圍的機車進行認真檢查，所有機車都有一個共同點，那就是與機車正常情況下同一工況比較，無論是空載還是負載，柴油機高壓油泵的刻線都偏大。據聯合調節器恒功率調節的基本原理進行分析，可以得出結論，高壓油泵的性能下降后，為滿足柴油機1 000 r/min時功率的需要，要求的高壓油泵刻線增大，要達到這一目的，一是通過調整懸掛點與偏心輪的位置，增大功調系統的杠桿比；二是通過調整，縮短功調螺栓與作用頂桿螺紋咬合長度，增加高壓油泵一定的刻線值。由于調速器功率調節系統杠桿比調節范圍的限制，在滿足柴油機1 000 r/min時功率的情況下，功調螺栓與作用頂桿螺紋咬合長度需要縮短的值過大，其結果，一是造成柴油機800 r/min時功率高；二是如需要縮短的功調螺栓與作用頂桿螺紋咬合長度過長，功調螺栓與作用頂桿咬合到極限位置也無法滿足要求，造成柴油機1 000 r/min的功率根本無法達到要求。

3 解決方案

要解決以上問題，最根本的途徑無疑是提高高壓油泵的質量。但要在短時間內徹底解決高壓油泵的存在問題，則不僅工作量巨大，而且費用昂貴。因此，有最終采取通過對調速器功率調節系統加以改進的方式，先解決柴油機功率曲線調整的問題，再逐步解決高壓油泵性能下降的問題。

根據前述分析，采取針對性的解決方案:

(1)對調速器功率調節聯合杠桿進行改進，以增大功調系統杠桿比的調整范圍。

(2)對功率調節系統作用頂桿進行改進，適當減少作用頂桿的長度，使通過功調螺栓與作用頂桿螺紋咬合長度進行功率調整時，增加高壓油泵刻線值的調整范圍。

該方案僅是在原設計的基礎上，無論是對杠桿比還是對高壓油泵刻線值的調整范圍，都只是增大了調整范圍，原有調整范圍仍包含在改進以后的方案之中，原有設計的調整范圍內的所有調整點，在改進后能完全再現。

4 實施與效果

采用前述方案，在10臺存在前述問題的DF4D型機車上進行試驗，取得了立竿見影的效果，不僅前述問題都得到了徹底的解決，而且功率曲線調整變得更加容易，由原來的專業技術問題，變成了班組人員都能調整的簡單問題。

2013年對所有的機車都按此方案進行了改進，取得了一樣的效果。

通過以上改進，使得2012年開始的減少DF4D型機車黏度超標換油臺數的故障攻關取得了進一步的成果，經濟效益非常明顯。表1所示為2012～2017年DF4D型機車黏度超標換油數據。

由表1數據可以看出，DF4D型機車黏度超標產生的換油量按每千機公里計算，與2012年比較，除2016年因走行千機公里數大幅下降造成一定的波動以外，2013年至2017年，呈現出逐步下降的趨勢。充分說明方案的有效性，同時由于改進后柴油機功率曲線的調整比改進前變得簡單，使得問題的解決很徹底，未出現反復。

表1 DF4D型機車黏度超標換油數據