HXN5型內(nèi)燃機車柴油機軸箱超壓問題分析與預(yù)防措施

單紹平

摘要：本文從HXN5型內(nèi)燃機車柴油機曲軸箱相關(guān)零部件的工作條件、常見故障等多方面分析了曲軸箱超壓問題的故障現(xiàn)象和故障原因，并提出了解決和預(yù)防曲軸箱超壓的方法，有效避免了柴油機使用期間的曲軸箱超壓事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：曲軸箱;超壓;柴油機;預(yù)防措施

0 ?引言

HXN5型內(nèi)燃機車是干線貨運大功率交流電傳動內(nèi)燃機車，由戚墅堰機車有限公司及美國通用電氣（GE）合作研制，由南車戚墅堰機車車輛廠制造。HXN5型機車采用外走廊、底架承載結(jié)構(gòu)，單司機室操作，采用軸控式交流傳動技術(shù)，裝用IGBT變流器，額定功率達(dá)到4660kW，最大起動牽引力為620kN，最大運用速度和最大恒功率速度為120km/h。HXN5型內(nèi)燃機車采用通用公司GEVO16型柴油機，與東風(fēng)系列柴油機最大的不同是采用了燃油電子噴射系統(tǒng)，裝在噴油泵外側(cè)的電磁閥，接收電子燃油控制系統(tǒng)計算機發(fā)出的信號，控制噴油泵的供油定時和供油量。電子噴射提高了燃油的燃燒效率，改善了廢氣排放，目前，HXN5型內(nèi)燃機車已經(jīng)成為我國主流內(nèi)燃機車機型。

在柴油機左、右兩側(cè)的機體平面上，從上至下裝有八個凸輪軸檢查孔蓋和八個曲軸箱檢查孔蓋，機體、這些孔蓋和油底殼共同構(gòu)成密閉的曲軸箱，防止外部灰塵進(jìn)入和內(nèi)部油氣外泄。為了防止曲軸箱超壓，在曲軸箱檢查孔蓋設(shè)置了曲軸箱的防爆裝置，當(dāng)壓力過高時，及時開啟防爆安全閥，排出空氣，降低曲軸箱壓力;安裝了抽氣裝置，確保曲軸箱和大氣相通，通過安裝在增壓器上的引射管將曲軸箱中的空氣引入大氣，使曲軸箱始終保持負(fù)壓。盡管如此，在機車使用過程中，仍然會出現(xiàn)曲軸箱超壓故障的發(fā)生，造成柴油機非正常停機，列車停車，嚴(yán)重影響了鐵路運行安全和鐵路生產(chǎn)秩序，迫切需要探索出曲軸箱超壓產(chǎn)生的主要原因，并提出具體的解決和預(yù)防措施，有效遏制或減少曲軸箱超壓故障的發(fā)生。

1 ?曲軸箱超壓機理及危害分析

曲軸箱是一個密封的箱體，機油存放在油底殼中。正常情況下，曲軸箱內(nèi)壓力由空氣和機油油霧共同產(chǎn)生，經(jīng)呼吸器抽吸后，曲軸箱內(nèi)壓力通常低于環(huán)境空氣壓力，在COP的壓力可能顯示為負(fù)值。當(dāng)柴油機工作時，如果高溫、高壓燃?xì)馔ㄟ^氣缸和活塞的縫隙泄露到曲軸箱中，會造成曲軸箱壓力變大，COP的壓力數(shù)值就可能高于環(huán)境空氣壓力。在柴油機高負(fù)荷工作時，由于曲軸箱內(nèi)的各運動零部件將機油高速甩出，并造成飛濺，以及一部分空氣、燃?xì)夂腿加徒?jīng)氣環(huán)泄漏入曲軸箱內(nèi)，使曲軸箱內(nèi)充滿著油霧，并使曲軸箱內(nèi)的壓力逐漸增高，燃油油氣使機油閃點大大降低，如果曲軸箱壓力過大，這些油霧就會自行燃燒，引起曲軸箱燃燒爆炸事故。

為了避免曲軸箱爆炸事故發(fā)生，就必須嚴(yán)格控制曲軸箱壓力，不能超壓。當(dāng)曲軸箱壓力超過498Pa時，ECU將起到保護(hù)作用，控制柴油機停機，智能顯示器提示故障信息：柴油機不運轉(zhuǎn);曲軸箱壓力空氣壓力太高不能重啟柴油機;曲軸箱壓力超出上限。

2 ?曲軸箱超壓原因分析

2.1 活塞頭部裂損 ?活塞頂面與燃燒室中的高溫燃?xì)庵苯咏佑|，長期在高溫、高壓環(huán)境下工作，在熱應(yīng)力的作用下，活塞頂部會造成局部變形，從而產(chǎn)生機械應(yīng)力;活塞是組合式活塞（圖1），采用內(nèi)油道式冷卻，如果出現(xiàn)機油壓力低、機油溫度高、機油黏度低等情況，會造成冷卻不利，活塞頭部熱應(yīng)力增大;活塞頂面的隔熱層制造工藝不良或使用中遭到破壞，會使活塞頂部溫度升高，會導(dǎo)致活塞頭部熱應(yīng)力增大。在熱應(yīng)力和機械應(yīng)力的作用下，活塞頭部會出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋和頂裙分離等故障，高溫燃?xì)馔ㄟ^裂縫進(jìn)入曲軸箱，造成曲軸箱超壓。

2.2 氣缸套拉傷或磨損嚴(yán)重 ?柴油機在高負(fù)荷下工作時，由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低或溫控閥出現(xiàn)故障時，水溫過高，出現(xiàn)冷卻不利，氣缸套和活塞配合間隙變小，造成活塞和氣缸套拉傷;通過氣環(huán)泵油，將機油帶到氣缸套和活塞之間，如果活塞環(huán)變形會出現(xiàn)泵油不良，使機油分布不均，造成潤滑不良，造成氣缸套拉傷;空氣濾清器長期不清洗，柴油機進(jìn)氣時帶入雜質(zhì)，加上燃燒不充分殘留的碳顆粒以及機油中的雜質(zhì)，也會拉傷氣缸套表面，同時加劇氣缸套的磨損;連桿擺動產(chǎn)生的慣性力讓活塞始終壓向氣缸套的前后兩側(cè)，造成氣缸套偏磨，氣缸套內(nèi)孔由正圓變成橢圓（如圖2）。高溫燃?xì)馔ㄟ^氣缸套和活塞的密封面大量漏入曲軸箱，造成曲軸箱超壓。

2.3 活塞環(huán)卡死或斷裂 ?活塞環(huán)安裝在活塞的環(huán)槽中，是密封燃?xì)夥乐谷細(xì)膺M(jìn)入曲軸箱的最關(guān)鍵部件。活塞環(huán)在高溫、高壓環(huán)境中工作，會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和摩擦力，造成活塞環(huán)變形，機油和燃油的不完全燃燒，在活塞環(huán)槽中會產(chǎn)生積碳，在變形和積碳的雙重影響下，活塞環(huán)往往會卡死在環(huán)槽中，甚至斷裂。

在輔助過程中，當(dāng)活塞向上運行時，在摩擦力的作用下，活塞環(huán)緊靠著環(huán)槽的下邊緣，在向下運行時，活塞環(huán)緊靠著環(huán)槽的上邊緣，保證活塞環(huán)的密封。在做功過程中，燃?xì)鈮毫Υ笥谀Σ亮Γ诨钊h(huán)的自身彈力和燃燒室壓力的作用下，活塞環(huán)緊靠著環(huán)槽的下邊緣使燃?xì)獠恍孤叮ㄈ鐖D3），當(dāng)活塞環(huán)卡死后，活塞環(huán)就不能隨著活塞的上下運動而運動，活塞環(huán)懸浮在環(huán)槽中，出現(xiàn)懸浮漏氣。當(dāng)活塞環(huán)折斷后，活塞失去彈性，不能產(chǎn)生摩擦力，密封失效，漏氣會更加嚴(yán)重。活塞環(huán)卡死是造成曲軸箱超壓的主要原因。

2.4 油氣分離器及管路故障 ?油氣分離器安裝在呼吸器管路中，將機油從空氣中分離出來，避免污染排煙道和機油消耗，防止機油進(jìn)入大氣，造成環(huán)境污染。曲軸箱中的空氣混有大量機油油霧，當(dāng)這些空氣通過油氣分離器時，油氣分離器將油和空氣分離開來，機油流回曲軸箱，干凈的空氣排出大氣。如果油氣分離器或管路堵塞，造成呼吸器通道不暢，曲軸箱空氣不能及時排出，也會造成曲軸箱超壓。

2.5 引射管故障 ?增壓器引射管穿過排煙道消音器，伸入到廢氣道中，當(dāng)廢氣通過引射管時，在引射管中會產(chǎn)生負(fù)壓，通過連接曲軸箱的呼吸器管路將曲軸箱中的油氣抽到大氣中。如果引射管接頭松動脫落或者引射管有大量積碳將它堵塞，引射管就會降低或失去引射作用，導(dǎo)致曲軸箱中的油氣不能及時導(dǎo)出，從而引起曲軸箱超壓。

2.6 曲軸箱密封不良 ?曲軸箱要成為一個密封的箱體，必須保證孔蓋的密封良好。柴油機機油加油口孔蓋脫落或密封不良，曲軸箱孔蓋和凸輪軸箱孔蓋漏油或密封不良，都會導(dǎo)致外界大氣吸入曲軸箱，造成曲軸箱超壓。

2.7 其它零部件故障 ?氣缸在機械應(yīng)力或穴蝕作用下發(fā)生裂漏，氣缸蓋噴油器座水腔鑄造沙眼造成滴漏，使冷卻水進(jìn)入油底殼，產(chǎn)生大量水蒸氣，導(dǎo)致曲軸箱超壓。機油管破裂等原因造成機油供應(yīng)不足或壓力低，造成摩擦表面出現(xiàn)瞬間缺油，導(dǎo)致曲軸和連桿出現(xiàn)碾瓦，使柴油機負(fù)荷升高，產(chǎn)生爆燃，大量燃?xì)庑孤度肭S箱，出現(xiàn)超壓。突降載荷或增壓器故障等原因造成柴油機瞬時超速，產(chǎn)生爆燃，也會出現(xiàn)大量燃?xì)庑孤度肭S箱，出現(xiàn)超壓。

3 ?曲軸箱超壓的預(yù)防措施

3.1 檢查曲軸和活塞連桿組 ?盤車檢查曲軸箱內(nèi)曲軸和活塞連桿組可見部分，工作面不得有剝離、拉傷、裂紋、掉塊。用螺絲刀撥動連桿，沿軸向撥動，移動自由無卡滯現(xiàn)象，連桿活動量不小于0.5mm，主軸瓦和連桿瓦不得有碾片。檢查氣缸套內(nèi)壁應(yīng)無拉傷及嚴(yán)重磨損。

3.2 檢查油氣分離器和引射管等部件 ?根據(jù)修程對油氣分離器及管路進(jìn)行更換或者清洗，保證油氣分離器工作可靠。定期檢查引射管和接頭，引射管安裝牢固無松動，相鄰的兩根引射管之間用塑料墊塊隔離，防止接觸磨損，引射管接頭不得松動脫落。檢查曲軸箱蓋、凸輪軸箱蓋和機油加油孔蓋，保證密封良好。

3.3 檢查活塞環(huán)密封情況 ?根據(jù)修程用示功閥檢查氣缸內(nèi)的壓縮壓力和爆發(fā)壓力，根據(jù)壓力大小判斷活塞環(huán)的密封狀況，及時更換漏氣嚴(yán)重的活塞環(huán)。防爆安全閥的頻繁開啟會增加機油的消耗量，定期檢查機油的消耗量，消耗量異常增加也表明活塞環(huán)工作不正常，檢查并更換不合格的活塞環(huán)。

4 ?結(jié)束語

在內(nèi)燃機車的運用過程中，經(jīng)常會遇到柴油機曲軸箱超壓的情況，處理起來很麻煩，盡管處理方法多種多樣，但效果不盡人意，嚴(yán)重影響到了行車安全和鐵路運行秩序。本文在調(diào)查分析研究的基礎(chǔ)上，從HXN5型內(nèi)燃機車曲軸箱超壓的各個方面分析了產(chǎn)生的主要原因，并提出了預(yù)防曲軸箱超壓的具體措施，通過嚴(yán)格執(zhí)行以上措施，在機車運用中，柴油機曲軸箱超壓故障明顯降低，不僅減少了故障發(fā)生的次數(shù)，縮短了檢修時間，還節(jié)約了檢修成本，收到了較好的效果。

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