工程用軌道車發(fā)動(dòng)機(jī)防寒技術(shù)改進(jìn)措施探討

曾倩瑜 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司

1 軌道車冬季發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難原因分析

軌道車采用的動(dòng)力是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的基本條件是：將噴入氣缸的霧化柴油與具有較高溫度和壓力的壓縮空氣迅速混合并燃燒。因此氣缸內(nèi)較高的溫度、空氣壓力和霧化良好的柴油是柴油機(jī)正常啟動(dòng)的必備要素。發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的粘度變大，各摩擦副之間的阻力增加，使發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速下降，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓縮終了時(shí)的壓力達(dá)不到啟動(dòng)時(shí)的壓力，且氣缸內(nèi)的縮空氣溫度也明顯低于啟動(dòng)時(shí)所需的溫度，造成啟動(dòng)困難；同時(shí)，由于溫度降低，柴油粘度增大，噴油霧化質(zhì)量變差，延長了著火滯后期；溫度的降低也造成了蓄電池工作能力的下降，影響了啟動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩，導(dǎo)致柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)功率下降，增加了啟動(dòng)困難。

1.1 燃油

柴油是軌道車的動(dòng)力原料，會(huì)直接影響軌道車的正常啟動(dòng)。由于軌道車燃油供給系統(tǒng)未安裝燃油預(yù)熱器，在冬季低溫環(huán)境下啟動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器霧化不好，間接的影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)困難的現(xiàn)象。其次，在冬季使用的燃油標(biāo)號(hào)應(yīng)低于環(huán)境溫度，當(dāng)高于環(huán)境溫度時(shí)，柴油中的蠟質(zhì)隨著溫度的下降會(huì)逐漸析出變成渾濁狀態(tài)，使柴油的粘度變大，流動(dòng)性變差，噴油器噴射時(shí)不能夠完好的霧化成霧粒，造成發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常啟動(dòng)。

1.2 潤滑油

潤滑油是保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)潤滑各摩擦件的唯一良好介質(zhì)，潤滑油的粘度是隨著溫度的變化而變化，溫度升高時(shí)粘度變小，溫度降低時(shí)粘度變大。在防寒期間由于氣溫較低潤滑油的粘稠度變大，潤滑油的粘稠度是影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)的重要因素，主要原因，一是發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)用部件作用時(shí)的攪油阻力增加；二是各摩擦面上油膜厚度增加，粘著力和摩擦阻力增大；三是機(jī)油泵的泵油阻力和管路輸送阻力增加，造成低溫環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)阻力劇增。因此發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速必然降低，活塞的運(yùn)動(dòng)速度也隨之降低，致使發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)比較困難。

1.3 空氣

低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)吸入燃燒室的冷空氣，由于溫度較低壓燃時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)著火困難。

2 運(yùn)用管理現(xiàn)狀與存在的不足

2.1 運(yùn)用管理現(xiàn)狀

每年進(jìn)入防寒期后，采用為軌道車水箱加注更換防凍液、對(duì)軌道車的燃油、潤滑油、潤滑脂更換為冬季標(biāo)號(hào)的方法來避免因氣溫過低造成冷卻液凝結(jié)。同時(shí)，每天安排專人執(zhí)行夜間打車保溫工作。打溫的時(shí)間隨氣溫的變化而改變，當(dāng)環(huán)境溫度在0℃左右時(shí)，規(guī)定司機(jī)0時(shí)至1時(shí)間打溫一次；環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，規(guī)定司機(jī)在23時(shí)至24時(shí)以及3時(shí)至4時(shí)打溫兩次。隨著氣溫的降低打溫時(shí)間適時(shí)延長，用以保障低溫環(huán)境下車輛的正常啟動(dòng)。

2.2 存在的不足

目前，防寒期間軌道車運(yùn)用管理方式存在兩個(gè)方面的不足。一是增加經(jīng)濟(jì)成本。在保證車輛低溫環(huán)境下正常啟動(dòng)的同時(shí)，浪費(fèi)了燃油的無功消耗。每年防寒期為4個(gè)月，即每年11月15日至次年3月15日，如平均每日按1.5 h啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算，在整個(gè)防寒期間一輛軌道車發(fā)動(dòng)機(jī)需無功運(yùn)轉(zhuǎn)180 h,約消耗1 800 L燃油，按市場燃油7.6元/升的單價(jià)計(jì)算，一個(gè)冬季一輛軌道車共計(jì)約需消耗燃油13 680元;同時(shí)根據(jù)《發(fā)動(dòng)機(jī)使用及保養(yǎng)手冊(cè)》，由于執(zhí)行冬季打溫，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作小時(shí)數(shù)額外增長，縮短了維護(hù)保養(yǎng)周期，應(yīng)增加一次發(fā)動(dòng)機(jī)定期保養(yǎng)，費(fèi)用約為每輛車1 500元。二是加大勞動(dòng)強(qiáng)度。在防寒期間司乘人員執(zhí)行夜間打溫工作，一般每天不少于兩次，夜間得不到充分的休息，白天還需天窗作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度增大，安全風(fēng)險(xiǎn)增強(qiáng)。

3 改進(jìn)措施與成效

從源頭上講，要解決軌道車冬季發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難的問題必須提高氣缸溫度。經(jīng)研究，采用安裝自動(dòng)預(yù)熱裝置的方法可以達(dá)到提高工作效率、降低運(yùn)用成本的效果。

3.1 自動(dòng)預(yù)熱裝置工作原理

自動(dòng)預(yù)熱裝置主要由水加熱器、常開電磁閥、手動(dòng)截止閥和在線監(jiān)測預(yù)警裝置必總分組成。

水加熱器工作原理見圖1。通過加熱棒對(duì)冷卻液進(jìn)行加熱，在水管道壓力的作用下進(jìn)行循環(huán)，帶走電熱元件工作中所產(chǎn)生的高溫?zé)崮芰?，使被加熱水溫度升高，傳遞熱量給發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體。

圖1 水加熱器原理圖

自動(dòng)預(yù)熱裝置的工作原理見圖2。將發(fā)動(dòng)機(jī)水箱內(nèi)的冷卻液抽出，通過水加熱器加熱后再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)體內(nèi)，以此加熱發(fā)動(dòng)機(jī)。水加熱器進(jìn)水口是利用水箱水位壓力，將冷卻液輸送至加熱器中進(jìn)行加熱，待溫度達(dá)到90℃左右后打開出水閥門向水套中回水，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)溫器（77℃～85℃）自動(dòng)打開使水回向水箱，如此循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體及水箱冷卻液溫度逐漸升高，待水加熱器進(jìn)水口溫度達(dá)到40℃左右時(shí)，受溫控感應(yīng)水加熱器停止工作，待進(jìn)水口低于20℃時(shí)水加熱器自動(dòng)開始加熱，如此循環(huán)的工作，達(dá)到低溫條件下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的。

圖2 自動(dòng)預(yù)熱裝置工作原理圖

為保證設(shè)備良好運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)預(yù)熱裝置加裝了2個(gè)常開電磁閥以及1個(gè)手動(dòng)截止閥2套保護(hù)裝置進(jìn)行切斷保護(hù)預(yù)熱裝置的工作狀態(tài)，確保軌道車運(yùn)用過程中的安全。

為防止非正常情況下設(shè)備故障，在加熱回路中加裝了在線監(jiān)測預(yù)警裝置，自動(dòng)預(yù)熱裝置在工作與非工作狀態(tài)切換時(shí)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)低溫時(shí)，能夠及時(shí)的進(jìn)行短信提醒，使司機(jī)能夠隨時(shí)掌控發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱狀態(tài)，確保了自動(dòng)預(yù)熱裝置工作的穩(wěn)定性。

3.2 改進(jìn)效果

使用自動(dòng)預(yù)熱裝置的測試情況見表1。整個(gè)加熱過程一般需要3 h就能將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體溫度加熱到20℃左右，縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)預(yù)熱升溫時(shí)間，節(jié)約了機(jī)車打溫工作的燃油消耗，減少了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)減輕了司乘人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

表1 水加熱器使用測試情況

使用該裝置能減少了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體各部件運(yùn)動(dòng)摩擦之間的阻力，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速；使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體溫度變高，間接的將熱量傳遞到燃油供給系統(tǒng)，對(duì)燃油進(jìn)行預(yù)熱，保障噴油器的霧化效果，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)性能。

該裝置具有短信報(bào)警功能，斷電后能夠及時(shí)的進(jìn)行短信提醒，并告知預(yù)熱溫度情況，能夠隨時(shí)掌控發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱狀態(tài)，確保了自動(dòng)預(yù)熱裝置工作的穩(wěn)定性。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

3.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)起機(jī)預(yù)熱消耗費(fèi)用

目前某管內(nèi)中施工單位為例，共有軌道車137輛，在防寒期間（4個(gè)月）需打溫預(yù)熱消耗燃油10.98萬升，按市場燃油7.6元單價(jià)計(jì)算，約187.42萬元。發(fā)動(dòng)機(jī)增加一次定期保養(yǎng)，每輛車約1 500元，137輛車發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)費(fèi)共計(jì)20.55萬元。

3.3.2 自動(dòng)預(yù)熱裝置防寒措施消耗費(fèi)用

使用自動(dòng)預(yù)熱裝置在室外環(huán)境-6℃時(shí),每日（24 h）約 消耗20度電，按室外環(huán)境-6℃計(jì)算，137輛軌道車在防寒期間約消耗14.64萬度，按每度1元計(jì)算，約32.88萬元。

3.3.3 經(jīng)濟(jì)效益

在防寒期間采用自動(dòng)預(yù)熱裝置（水加熱器）防寒措施，相比發(fā)動(dòng)機(jī)起機(jī)預(yù)熱每年約節(jié)約175.09萬元（不含人工成本）。

4 結(jié)束語

在軌道車管理運(yùn)用中，針對(duì)其冬季預(yù)熱打溫造成燃油成本浪費(fèi)及勞力增加的現(xiàn)狀，通過目前的管理手段來使軌道車正常起機(jī)的方式,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了鐵路施工的需求。只有依靠科技創(chuàng)新手段，從提高工作效率、創(chuàng)建良好的工作環(huán)境、節(jié)約社會(huì)能源等方面綜合因素考慮，在冬季防寒期間采用水加熱方式預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)，探索并實(shí)現(xiàn)軌道車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)保溫，減少軌道車養(yǎng)護(hù)成本,是解決發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)困難問題行之有效的措施。