摘 要：针对内燃机车产生的某些机故和原始的技术缺陷，深入研究了相关部分的结构原理，剖析了机故的根本原因和技术缺陷的危害所在，提出并实施了消除机故和弥补技术缺陷的实用技术方案。实践证明，一些可行的实用对策在内燃机车维修改造中显的尤为重要，破解了消除机故的某些困惑，为机车安全运行创造了良好的技术条件。
关键词：内燃机车 机故 技术缺陷 研究论证 实用对策
1 引言
包神铁路地处资源富集的陕西和内蒙古两省区，主要承担煤炭运输，兼营地方其它物资和旅客运输。包神铁路开通运营二十多年来，紧跟全国及神华集团改革开放和经济技术发展步伐，牵引动力于2001年由蒸汽机车彻底转型为内燃机车，2010年电气化铁路开通，进入了内燃和电力机车混合牵引动力新阶段，年运量由运营初期的几百万吨上升到现在的1.4亿多吨。受运量逐年递增、内燃机车超负荷超期服役和电气化铁路开通等多种因素的影响，危及铁路行车安全和困扰机车正常修理的机故屡次发生，从而对内燃机车的综合技术性能提出了新的更高的标准要求。通过采取某种科学、简单、有效的方式，减少内燃机车机故和潜在的安全隐患，满足机车安全运用对技术条件的要求，降低机车检修成本和检修劳动强度，对于机务段检修系统来说意义重大。
2 研究背景
包神铁路配属的是DF4B、GKD3型内燃机车和客运内燃液力动车组。从历次的机故和小辅修情况得知，DF4B型机车牵引电机通风机叶轮破损、DF4B型机车油水温度偏高、GKD3型机车冷却水泵水封漏水、7667与7668机车静液压马达轴承破损、客运内燃液力动车组玻璃电气传动装置电机烧损属惯性故障，不但对机车的安全正常运用造成影响，而且还增加了检修成本和无谓的劳动付出。电气化铁路开通后，由于25kv高压接触网危险源的存在，绝对禁止登车顶作业，必须增设内燃机车补水系统。通过对机车相关部分结构原理的科学分析研究，认为采取实用的科学维修和技术改造手段，改变原有的维修方式和关键技术要素，是有效解决问题的最佳选择。
3 研究与应用
3.1 DF4B型机车牵引电机通风机叶轮破损
2001年内燃机车取代蒸汽机车后，DF4B型机车全部承担大交路牵引任务，牵引电机通风机叶轮长时间处于高转速运转状态。由于机械振动、转速频繁变化、拆装磕碰和机械疲劳等原因，叶轮叶片自然会产生局部微型裂纹，并将逐步延伸，从而使叶轮叶片连接强度逐步降低，在高转速离心力的作用下，叶轮叶片撕裂变形，最后造成叶轮和通风罩卡死、通风机尼龙绳铰断、机车无法运用的严重后果。包神铁路公司现有DF4B型机车三十多台，2005～2007年产生5起叶轮破损机故，且呈现递增态势。对破损叶轮检查发现，裂纹痕迹都在叶轮叶片根部铆钉连接处，这是因为叶片根部承担着整个叶片的离心力和振动力。按照中、小修段修规程的要求，通风机叶轮拆卸清理干净后，用肉眼检查确认叶轮叶片是否有裂纹。实践证明，在过去几年的定期检修中，只发现个别几个叶轮叶片有明显裂纹，绝大部分微型裂纹用肉眼根本就看不出来，无疑给机车的正常运用留下了潜在的安全隐患。针对上述情况，经过综合分析研究，对通风机叶轮叶片实施了磁粉探伤的技术举措，发现有裂纹的必须更换。具体做法是：（1）奇数小修时对前通风机叶轮探伤。（2）偶数小修时对后通风机叶轮探伤。（3）中修时对前、后通风机叶轮探伤。据统计，2008年以来，共探伤叶轮497个，发现有裂纹的148个，及时进行了更换检修，彻底避免了因叶轮破损而造成的机故救援，确保了机车的安全正常运用。
3.2 DF4B型机车油水温度偏高
“防暑降温”是人们多年来用以保护身体和防止发生意外的重要举措。内燃机车和人的身体一样，也需要“防暑降温”的有效手段来保护。进入炎热的酷暑夏季，由于环境温度的明显升高，对大交路、大功率的DF4B型内燃机车来说，很容易产生油水温度偏高甚至卸载或停机惯性故障，对铁路安全运输构成了一定的危险。
在北方高原地区，按照技术标准要求，内燃机车理想工作的油水温度为65～75℃，极限工作温度为88℃。若油水温度偏高，会导致机油粘度、机油压力和柴油机组零部件机械性能同步下降，从而造成各摩擦副的非正常磨损，最终导致柴油机组经济性和使用寿命下降。
高低温冷却水系统和静液压系统的根本任务就是保证柴油机组和润滑机油得到合适的冷却，以取得柴油机组的综合最佳效益。
当某台机车产生油水温度偏高故障时，应该采取以下科学有效的简单实用办法加以消除。
（1）在油水温度分别为65℃和75℃，柴油机转速为1000 r/min的情况下，确认高低温冷却风扇是否达到满转。确认前必须要把冷却单节V型架的两个底门关好，把机械冷却间两侧的手动百叶窗打开。若机械冷却间顶百叶处于垂直状态，说明冷却风扇已经达到满转，静液压传动系统正常；反之，冷却风扇没有达到满转，造成散热效果差、油水温度高。一般来说，检修或更换温控阀、安全阀即可。否则要校验静液压泵或马达的容积效率，94%以下必须更换。
（2）在确认排净高低温冷却水系统冷却单节空气的前提下，当机车油水温度为65℃左右时，用手摸或用点温计检测高低温冷却单节的温度，若冷却单节之间的温差较大，说明温度较高的冷却单节属正常，温度较低的冷却单节属不正常，应及时更换。更换下来的冷却单节进行酸洗处理或报废。若所有冷却单节的温度均偏低，则说明水系统流量较低，一般来说是因为逆止阀经长时间使用后“犯卡不灵活” 所致，必须马上检修或更换。
（3）在炎热季节，若不拆除机械冷却间自动百叶窗空气滤芯，会明显减少通过所有高低温冷却单节上部的进风量，从而导致散热效果差、油水温度高。因此进入夏季后，必须要拆除机械冷却间自动百叶窗空气滤芯，同时手动侧百叶要处于常开状态，冷却单节V型架的两个底门要处于常闭状态，使冷却单节整体处在良好的通风状态，确保冷却水和润滑机油温度正常。
（4）若冷却单节外表较脏、灰尘较多，则要在冷却风扇转速最高、通过冷却单节的风流量最大时，用500KPa左右的压缩空气对所有冷却单节进行彻底的“吹风”处理，或用压力清洗液对所有冷却单节进行彻底的“冲洗”处理。这样会明显提高散热效率，有效降低油水温度。
（5）在机车运用中应注意热交换器的冷却效果。如果冬季机油温度经常高于80℃，夏季机油温度经常高于85℃时，应更换新品或解体检查修理。
据统计，只有个别机车存在冷却风扇未达到满转、水系统流量较低、冷却单节或热交换器不合格的情况，95%以上的机车油水温度偏高故障，都是通过加强冷却单节通风或清除冷却单节灰尘污垢的办法来消除的，“防暑降温”效果显著，保证了机车的安全正常运用。
3.3 GKD3型机车冷却水泵水封漏水
GKD3型机车冷却水泵水封漏水属频发惯性故障，不但在检修中造成一定的材料浪费和无谓的劳动付出，而且还严重影响了调车作业和铁路正常运输。
针对上述情况，我们对水泵水封密封机理进行了全面分析研究。水泵水封由动环、静环和圆弹簧组成，动环与静环间的轴向压力大小直接影响水封的密封性能。原水封弹簧自由高度为22mm，组装后的工作高度为16mm，动环与静环间的轴向压力为17N。经过一段时间运用后，弹簧弹力发生疲劳性衰减，动环与静环间的轴向压力下降到17N以下时，就可能导致水封漏水。通过以上分析，若不改变水封动静环和弹簧外径与簧径，而适当增加弹簧自由高度，提高水封动静环间的轴向压力，是实现水泵良好密封性能的最有效途径。我们选择的弹簧自由高度为36mm，按照原来16mm的弹簧工作高度顺利组装后，动静环间的轴向压力达到了33N，较以前增加16N，大大提高了冷却水泵的密封可靠性。
GKD3型机车冷却水泵原水封三个月左右就产生漏水故障，技改后可确保两年以上正常使用，弥补了机车厂的设计制造缺陷。包神铁路公司现有6台GKD3型机车，全年可减少更换水泵水封48次左右，不但能确保机车调车作业和铁路运输正常进行，有效减轻工人的劳动强度，而且还能节约综合检修费用三万多元。
3.4 7667、7668机车静液压马达轴承破损
静液压系统是DF4B型机车的重要组成部分，是确保柴油机安全正常运转的重要环节。针对7667、7668内燃机车静液压马达在较短时间内产生有异音或转动不灵活的惯性故障，我们进行了全面细致的分析研究，确认静液压马达轴承润滑不良是造成故障的根本原因。
静液压马达各部的润滑是依靠自身柱塞和配流盘镜面的泄漏油来完成的。轴承的润滑途径是配流盘镜面泄漏油经芯轴和主轴φ4mm细长小孔后，流入前泵体内对其润滑，再经回油位排回静液压油箱。7667、7668内燃机车原有的静液压马达回油位设在下面的后泵体上，而三盘轴承是装在其上面的前泵体内，最上面的轴承高出回油位270mm。由于泄漏滑油的压力和流量都很小，滑油面高出回油位只有190mm。由此得出结论：最上面的轴承高出滑油面80mm，造成轴承润滑不良甚至处于干磨状态，轴承内外圈滚道及滚珠达到了点蚀剥离的程度。对此，我们采取提高马达润滑油回油位的技术改造方案，把回油位从下面的后泵体改移到上面的前泵体上，较原来的位置提高230mm，使前泵体内的所有轴承处于满容积油浴润滑状态，从而彻底解决了马达轴承润滑不良、使用寿命短的问题，达到机车安全运用和降低检修成本的目的。图1为静液压马达润滑油回油位技改示意图。
图1 静液压马达润滑油回油位技改示意图
1-技改前润滑油回油位；2-马达进油口；3-马达回油口；4马达后泵体；
5-轴承；6-技改后润滑油回油位；7马达前泵体；
8-马达安装支架；9-冷却风扇。
7667、7668机车静液压马达润滑油回油位技改后效果良好，彻底消除了两台机车静液压马达的惯性故障，弥补了机车厂的设计制造缺陷，每年可节约综合检修费用八万多元，为机车正常运用创造了技术条件。
3.5 液力动车组玻璃电气传动装置电机烧损
液力动车组玻璃的上下移动原以电机为动力源，通过链轮链条传动的方式来实现，多次产生电机烧损机故，给检修带来了很大的麻烦。驱动电机型号为ZD2730（QDSF160B），是免维护永磁性直流电机，现没有专门制造厂家。若委外检修烧损的电机，一是不能保证检修进度，二是需支付很高的检修费用，三是修复后仍然存在电机烧损的可能。经全面综合分析比较，从经济实用和安全可靠角度出发，我们选择在原有传动装置的基础上，实施了手动取代电动的技术改造方案。考虑到安装空间特别狭小的实际情况，为确保传动精度和强度，将链轮与新加工的细小手柄传动轴采用过渡配合后再进行焊接的形式连在一起，用双螺母防松的方式调整小链轮侧面间隙，实现链轮与手柄传动轴的轴向定位。手柄与传动轴采用了双开口销的连接方式，玻璃上下定位采取了螺旋固定自锁的方式。受传动轴与手柄的影响，侧壁电暖气采用了向下移动的方式。
经过机加工、焊接、调整、修理和组装程序后，对动车4012A端侧窗玻璃升降传动装置进行了反复试验，玻璃升降灵活自如，上下定位稳定可靠，彻底消除了原设计电气传动装置驱动电机烧损的机故，为以后的机车检修奠定了良好的基础。
3.6 增设内燃机车补水系统
内燃机车原设计的补水方式是靠人把水桶抬到车顶上，打开膨胀水箱透气孔盖后，将水补入机车水系统。在电气化铁路，由于 25kv高压接触网危险源的存在，若机车乘务员还象以前那样登上车顶补水，会产生非常致命的危险。对此，我们决定增设内燃机车补水系统，绝对禁止机车乘务员登车顶补水。若设置独立的补水系统，必须要重新安装水泵、管路系统、电器线路及控制装置，不但造成很大的材料和人工浪费，而且由于地方狭窄，还给安装造成了很大的困难。为了简单有效地实现补水，我们实施了利用预热锅炉水系统进行补水的技术方案，通过在预热锅炉循环水泵吸水口和高低温水管阀门之间加装一个带阀门的补水支管，启动循环水泵进行补水。补水时，高低温水系统通往预热锅炉循环水泵的管路阀门必须在关闭状态，预热锅炉通往高低温水系统的管路阀门必须在打开状态。操作时先把补水软管插入水桶，然后闭合循环水泵开关使其运转，拧开补水阀门进行补水。补水完毕后，首先将补水阀门关闭，然后再断开循环水泵开关使其停止运转。图2为内燃机车补水系统示意图。
图2 内燃机车补水系统示意图
1-膨胀水箱；2-低温进水阀；3-高温进水阀；4-柴油机低温水系统；
5-低温出水阀；6-循环水泵；7-预热锅炉；8-补水阀；9-补水桶；
10-柴油机高温水系统；11-高温出水阀。
通过实施上述技术方案，圆满地达到了内燃机车安全补水的目的。该方案结构简单，实用可靠，费用很低，包神铁路公司所有内燃机车增设补水系统的综合费用仅为2.4万元。
4 结论
经过对内燃机车机故消除实用技术的可行性研究，找到了解决问题的科学依据和新途径。实践证明，一些简单实用技术的有效应用，在消除机故和技改中发挥了重要的作用，提高了内燃机车的安全系数，降低了机车检修成本，减轻了工人的劳动强度，有较大的实用价值和推广应用空间。
参考文献
[1]刘达德.东风4B型内燃机车[M].北京：中国铁道出版社，1997.
[2]李鸽.东风4B型内燃机车.辽宁：大连理工大学出版社，1988.
[3]徐芳春. 东风4B型内燃机车.辽宁：大连理工大学出版社，1996.
作者简介：王景海（1970—），内蒙古通辽人，工程师。
