運(yùn)用化驗(yàn)分析 降低機(jī)車能耗

● 大秦鐵路股份有限公司太原機(jī)務(wù)段 王愛華

鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，而內(nèi)燃機(jī)車是這條大動(dòng)脈的原動(dòng)力，柴油機(jī)則是原動(dòng)力的“心臟”。維持這個(gè)“心臟”的正常工作，柴油機(jī)的潤滑及冷卻工作至關(guān)重要，如何深層次利用柴油機(jī)油（簡稱機(jī)油）的化驗(yàn)數(shù)據(jù)，來評判柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的綜合性能，提高機(jī)車檢修工藝，降低能耗支出是當(dāng)前的一個(gè)新課題。

柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的工作原理

柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的高溫主要靠機(jī)油、冷卻水來冷卻，也就是說冷卻系統(tǒng)的核心介質(zhì)是“機(jī)油”和“冷卻水”。

1.柴油機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生熱量的分析

柴油機(jī)工作時(shí)，氣缸內(nèi)所產(chǎn)生的高溫使氣缸套內(nèi)燃燒室部分和排氣系統(tǒng)的零件強(qiáng)烈受熱，如果不及時(shí)冷卻，就會(huì)使零件因過熱降低機(jī)械強(qiáng)度、摩擦面的潤滑狀況惡化、活塞磨損、缸套結(jié)碳和拉傷甚至活塞卡死，所以柴油機(jī)依靠“機(jī)油”和“冷卻水”進(jìn)行冷卻至關(guān)重要。

2.機(jī)油對柴油機(jī)的冷卻原理

機(jī)油對柴油機(jī)的冷卻是從兩個(gè)方面進(jìn)行的：

（1）柴油機(jī)工作時(shí)，工作溫度可達(dá)到400℃~600℃，機(jī)油會(huì)在兩個(gè)摩擦面之間形成潤滑膜，變干摩擦為潤滑劑分子間的內(nèi)摩擦，降低溫度，屬于“主動(dòng)潤滑冷卻”，延長了柴油機(jī)的使用壽命。

（2）機(jī)油在工作時(shí)，會(huì)隨時(shí)吸收柴油機(jī)產(chǎn)生的熱量，通過熱交換器，將熱量傳遞給冷卻水，從而進(jìn)行冷卻。

3.冷卻水對柴油機(jī)的冷卻原理

冷卻水對柴油機(jī)的冷卻也是從兩個(gè)方面進(jìn)行的：

（1）冷卻機(jī)油攜帶的熱量

同上所述，在熱交換器內(nèi)冷卻水與高溫機(jī)油發(fā)生熱量傳遞，冷卻水吸收了熱量后，被送至機(jī)車一側(cè)的散熱器組進(jìn)行風(fēng)冷，它是一個(gè)獨(dú)立的冷卻循環(huán)系統(tǒng)。需要注意的是，熱量如不及時(shí)被冷卻水帶走，機(jī)油的粘溫性能迅速下降，導(dǎo)致機(jī)油壓力降低，可引發(fā)柴油機(jī)卸載或停機(jī)。當(dāng)乘務(wù)員反映機(jī)車機(jī)油壓力偏低，柴油機(jī)故障停機(jī)時(shí)，應(yīng)首先考慮機(jī)油及冷卻系統(tǒng)的原因。

（2）冷卻氣缸套、廢氣箱、排氣管等處集聚的熱量

這些部件的冷卻水從熱水集流管流出，通過泵被送至機(jī)車另一側(cè)的散熱器組進(jìn)行冷卻，并形成循環(huán)。

從上面分析可以看出，機(jī)油和冷卻水的品質(zhì)對維護(hù)柴油機(jī)的正常工作起著至關(guān)重要的作用，但多年實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)機(jī)車檢修工藝中存在兩個(gè)被忽視的現(xiàn)象，如果改進(jìn)這些工藝可達(dá)到延長機(jī)油的換油周期，延長零部件的使用壽命，最終實(shí)現(xiàn)降低柴油機(jī)運(yùn)行成本的目的。

兩個(gè)被忽視的現(xiàn)象

1.“同一臺(tái)機(jī)車在不同階段的換油周期不相同”的原因分析及工藝改進(jìn)

（1）現(xiàn)象及原因分析

在實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)同一機(jī)車在使用的不同時(shí)期，其換油周期逐年縮短，按照各種修程的安排，同一輛車經(jīng)過各種小輔修后，機(jī)油作為潤滑和冷卻的功能不應(yīng)當(dāng)受太大的影響，必然存在一種被我們忽略的原因，詳見表1。

表1 修程與機(jī)油評定對照表

經(jīng)過反復(fù)比對，發(fā)現(xiàn)DF4B-2379機(jī)車在中修和F11兩個(gè)修程時(shí)全部更換了新油，但中修時(shí)對油路和油底殼等進(jìn)行過徹底的清洗，之后才更換的新油；而其他修程卻未對油管路和油底殼進(jìn)行清洗，這樣易導(dǎo)致殘留的油泥膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、金屬屑等雜質(zhì)嚴(yán)重污染新加機(jī)油的品質(zhì)，并加速新油變壞的速度，甚至影響機(jī)油對活塞、軸承等部件的冷卻效果。

（2）工藝改進(jìn)

根據(jù)上述分析，我們應(yīng)當(dāng)增加以下工藝：凡是化驗(yàn)結(jié)果顯示機(jī)油粘度不合格需更換機(jī)油時(shí)，在換油前增加清洗作業(yè)工序：在柴油機(jī)油溫較高時(shí)排空機(jī)油，將干凈的普通機(jī)油加20%的輕柴油或?qū)⑤^稀的機(jī)油注入發(fā)動(dòng)機(jī)油箱（容量的60%~80%），輕載運(yùn)行3~5分鐘，排空清洗機(jī)油，同時(shí)觀察排放的機(jī)油顏色，根據(jù)情況可重復(fù)清洗。

2.“同一批次的機(jī)油在同型號(hào)的不同機(jī)車上，其換油周期不一樣”的原因分析及工藝改進(jìn)

（1）現(xiàn)象及原因分析

以DF4B-2262和DF4B-2379兩臺(tái)機(jī)車為例，從F01開始，對各修程中機(jī)油粘度的變化情況進(jìn)行比較，詳見表2。

表2 機(jī)油粘度化驗(yàn)對照表

從上表可以看出， DF4B-2262機(jī)車的機(jī)油連續(xù)使用了6個(gè)修程，機(jī)油仍然合格；而DF4B-2379機(jī)車的機(jī)油只連續(xù)使用了3個(gè)修程，機(jī)油就不合格了。為了分析原因，再看二者冷卻水的對照，詳見表3。

表3 機(jī)車?yán)鋮s水化驗(yàn)對照表

通過上表我們發(fā)現(xiàn)：冷卻水的合格與機(jī)油的使用周期存在內(nèi)在聯(lián)系。為什么呢？目前機(jī)用冷卻水使用的緩釋阻垢劑一般為3號(hào)或4號(hào)配方，其要求水硬度不超過2.0 mmoL/L，而北方通常自來水硬度在6.0 mmoL/L左右， 易導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)結(jié)垢，而這一問題通常是一個(gè)容易被我們忽視的問題。水垢（碳酸鈣）的導(dǎo)熱系數(shù)與金屬相比最大相差近70倍，結(jié)垢越嚴(yán)重，冷卻水的冷卻能力越低，這就造成兩輛機(jī)車換油周期存在差異。

（2）工藝改進(jìn)

筆者認(rèn)為在機(jī)車的檢修過程中應(yīng)采取以下措施：①機(jī)用冷卻水全部采用軟化水，硬度控制在2 mmoL/L以內(nèi)，再結(jié)合緩釋阻垢劑；②增加冷卻系統(tǒng)酸洗作業(yè)，徹底清洗冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的水垢。

效益分析

1.安全效益

通過檢修工藝的改進(jìn)，可以確保機(jī)油在更長的時(shí)間范圍內(nèi)處于高品質(zhì)狀態(tài)，從而確保了柴油機(jī)的安全運(yùn)行；良好的冷卻工作，使柴油機(jī)的故障率大幅度降低。

2.經(jīng)濟(jì)效益

（1）延長換油周期，降低機(jī)油的使用成本，效果顯著。以DF4B-2379機(jī)車和DF4B-2262機(jī)車在一個(gè)中修周期的機(jī)油使用情況進(jìn)行對比分析：DF4B-2379更換了兩次機(jī)油，每次換油量1 t，按機(jī)油價(jià)格15 650元/t來計(jì)算，兩次更換機(jī)油花費(fèi)31 300元。就該機(jī)車目前的運(yùn)行情況來看，在進(jìn)入F21、F22、X3到達(dá)下一個(gè)中修前，需要再換一次機(jī)油，所以兩個(gè)中修周期之間，該機(jī)車的機(jī)油費(fèi)用就會(huì)達(dá)到近5萬元；相反DF4B-2262機(jī)車，由于良好的冷卻和潤滑，在兩個(gè)中修周期之間，是不需要更換機(jī)油的，所以一個(gè)中修周期就可節(jié)省機(jī)油成本支出近5萬元。以目前全國內(nèi)燃機(jī)車的保有量約17 000臺(tái)計(jì)算，每臺(tái)機(jī)車在兩次中修之間如果減少更換機(jī)油一次，節(jié)約機(jī)油的成本支出將達(dá)到2.7億元。

（2）良好的潤滑系統(tǒng)，會(huì)延長柴油機(jī)的使用壽命，減少大部件的更換，同時(shí)使燃料（柴油）燃燒更加充分，降低能耗支出。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，良好的潤滑使美國在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中，節(jié)約的能耗占能源總耗量的11%。因此，研究改善潤滑技術(shù)，探索相關(guān)工藝、技術(shù)的改進(jìn)和完善是非常必要的。

[1] 丁光宇等.鐵路機(jī)車用水處理[M].中國鐵道出版社，1987.

[2]王善璋等.鐵路機(jī)車車輛用潤滑油、脂[M].哈爾濱、沈陽鐵路局化驗(yàn)所，1987.