JW4G型接触网作业车发动...膨胀水箱喷水故障排查及防范_王荣新.pdf

85山东工业技术 2023 年 第 2 期(总第 310 期）JW4G 型接触网作业车发动机膨胀水箱喷水故障排查及防范（中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段，云南 昆明 650100）王荣新 摘 要 JW4G 型接触网作业车在发动机停机状态下开启膨胀水箱盖后出现喷水现象，原因是前期复合散热器传动油上腔室泄露故障之前，上腔室内液压油、冷却水间隔板密封损坏发生泄露，液压油进入发动机冷却系统。处理传动油上腔室泄露故障时，换新了发动机冷却水，因未彻底清洗发动机冷却系统，新冷却水与遗留的液压油混合，车辆运行期间发动机高负荷状态下冷却系统温度较高，液压油与冷却水中的添加剂发生化学反应产生高压水蒸气，高压水蒸汽进入膨胀水箱内，挤压冷却水发生喷水故障。为查明隔板渗漏原因，对工作状态下液压油散热器实际压力进行测试，测试结果表明产品自身承压能力不足。针对承压能力不足的问题，提出改进措施建议。关键词 JW4G 型接触网作业车；发动机；喷水；复合散热器；防范 中图分类号 U225.52 文献标识码 A 文章编号 1006-7523（2023）02-0085-07DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2023.02.014 收稿日期 2022-10-01 作者简介 王荣新（1973），男，中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段，高级工程师。引 言接触网作业车同铁路机车一样在铁路轨道线路上运行，用于运送铁路供电专业检修人员，并为专业检修人员提供具备高空作业条件的工作平台，方便专业检修人员开展电气化铁路高空接触网设备检修工作。近年来为适应高速铁路长区间、大坡道线路接触网设备检修需要，接触网作业车设计速度已从原机械传动时速 110 km/h 提升到液力传动时速 120 km/h、160 km/h，当前铁路供电设备管理单位使用最为广泛的接触网作业车是JW4G 型接触网作业车（以下简称 JW4G）。JW4G 为液力传动时速 120 km/h 车辆，该车型 2012 年研发后经实际使用优化改进，已成为全路统型车辆，不同的车辆厂家按相同的技术图纸进行设计、生产，车辆动力系统、传动系统、辅助散热系统、走行系统、制动系统、工作平台等主要部件均选用相同第三方厂商部件，或由不同第三方厂商按相同技术图纸设计、生产，并按基本一致的工艺进行组装。现场使用中，动力传动系统主要部件发动机潍柴 WP12.480 柴油机、液力传动箱 Voith T211re.4 质量稳定，但辅助散热系统的复合散热器故障时有发生，原因是生产过程中复合散热器端部的传动油散热器上、下腔室外壁防护不当产生折痕，车辆运行中颠簸、震抖，使用一定时间（约一年半至二年左右）后，该折痕断裂出现裂纹，传动油从裂纹处渗漏，导致液力传动油流失，进而 Voith T211re.4 液力传动箱控制器因传动油不足启动保护停机，引发车辆动力传动系统中断，发生铁路“机故”。发生86JW4G 型接触网作业车发动机膨胀水箱喷水故障排查及防范铁路“机故”后，需要临时加开状态良好的其他车辆进行救援，对铁路运输造成了干扰。近期，中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段 1 辆JW4G 现场运用中发生了复合散热器的传动油散热器上腔室裂纹故障，更换复合散热器后，使用中又发生车辆发动机停机状态下膨胀水箱喷水的故障，在多年的接触网作业车运用中，此故障极为罕见，我们对此进行了排查。一、概述JW4G 动力传动系统如图 1 所示，动力传动系统包括 WP12.480 柴油机、Voith T211re.4 液力传动箱、传动轴、车轴齿轮箱、分动齿轮箱、辅助散热系统等主要部件。Voith T211re.4 液力传动箱输入端与 WP12.480 柴油机飞轮、飞轮壳联接构成一个整体，通过橡胶减震装置安装在公用支架上，公用支架固定在车架安装座上。WP12.480柴油机自由端通过传动轴连接分动齿轮箱，分动齿轮箱连接风扇液压系统水散热油泵、油散热油泵。Voith T211re.4 液力传动箱输出端通过传动轴连接车轴齿轮箱，车轴齿轮箱连接第三轴、第四轴轮队。动力传动系统工作时，前端即发动机机自由端驱动辅助散热系统中风扇液压系统的水散热油泵、油散热油泵，后端即 Voith T211re.4 液力传动箱输出端驱动第三轴、第四轴轮队。动力传动系统布置在车辆下部即司机室地板下方，司机室内地板上有发动机检修活动盖板。辅助散热系统为动力传动系统 WP12.480 柴油机、Voith T211re.4 液力传动箱进行冷却。包括护罩、复合散热器、导风筒、水散热风扇、油散热风扇、风扇液压系统、膨胀水箱等部件。护罩、导风筒分别固定在复合散热器外侧、内侧，导风筒在 WP12.480 柴油机、Voith T211re.4 液力传动箱与复合散热器之间，水散热风扇、油散热风扇在导风筒内并由风扇液压系统驱动。动力传动系统工作后，复合散热器对动力传动系统的各种介质进行冷却，同时动力传动系统驱动风扇液压系统，水散热风扇、油散热风扇旋转，在导风筒内形成由外向内吸风风路，风路流过复合散热器翅片并吹向 WP12.480 柴油机、Voith T211re.4 液力传动箱，带走翅片和 WP12.480 柴油机、Voith T211re.4 液力传动箱箱体上的热量，实现冷却。膨胀水箱连接 WP12.480 柴油机缸盖出水管、复合散热器的发动机冷却水散热器，上部安装有带空气阀的水箱盖，水箱盖兼作发动机冷却水加注口，除膨胀水箱安装在车架横梁外，其他部件整体固定在车架侧梁上。车架侧梁上的复合散热器如图 2 所示。复合散热器采用铝材制作，由上腔室 1、下腔室 9、连接上下腔室的管路、翅片即散热器芯子，经熔接工艺加热成型。上腔室 1、下腔室 9 内上下对齐设置有三组隔板，将复合散热器分隔成四个独立的部分，每个独立部分上腔室、下腔室上对应有接口，分别连接 WP12.480 柴油机增压空气、WP12.480 柴油机冷却水、风扇液压系统液压油、Voith T211re.4 液力传动箱传动油进、出管路，分别成为各自的散热器。各散热器芯子高度均为695 mm、厚度均为 250 mm，增压空气芯子 3 宽度1.传动轴 2.辅助散热系统 3.分动齿轮箱 4.空压机 5.弹性联轴器 6.WP12.480 柴油机 7.Voith T211re.4 液力传动箱图 1 JW4G 动力传动系统87山东工业技术 2023 年 第 2 期(总第 310 期）550 mm、冷却水芯子 4 宽度 730 mm、液压油芯子7 宽度 165 mm、传动油芯子 8 宽度 670 mm，上腔室 1 内的隔板 2、隔板 5、隔板 6 分别隔开增压空气散热器与冷却水散热器、冷却水散热器与液压油散热器、液压油散热器与传动油散热器，下腔室 9 内也有与隔板 2、隔板 5、隔板 6 对齐的三块隔板分别隔开增压空气散热器与冷却水散热器、冷却水散热器与液压油散热器、液压油散热器与传动油散热器。二、故障概况1.故障现象配属玉溪供电段某高铁接触网工区的 1 辆JW4G，工区夜间使用进行接触网设备检修作业，次日白天工区驻地进行车辆整备。静态检查结束，准备启动发动机进行动态检查前，开启膨胀水箱上的水箱盖检查发动机冷却水液面，开启水箱盖就从水箱盖处喷出“喷泉”状的冷却水，几秒钟后“喷泉”结束，待“喷泉”结束，膨胀水箱的冷却水液面有一定下降，补充加注冷却水。继续启动发动机进行工作平台动作检查，检查结束停机待水温下降后，再次开启水箱盖，水箱盖处不再出现“喷泉”现象。对发动机相关部件进行检查，未见异常，该车正常使用。随后几次夜间使用该车开展接触网设备检修作业后，次日车辆整备开启水箱盖，水箱盖处仍然会喷出“喷泉”状的冷却水。2.故障排查膨胀水箱水箱盖处发生冷却水“喷泉”现象，实质是膨胀水箱内有大量的高压气体。从 JW4G的 WP12.480 柴油机封闭式冷却系统结构特点分析，高压气体来源于两个方面：一方面是使用不当或冷却系统故障，柴油机温度过高，冷却液沸腾气化产生高压水蒸气，高压水蒸汽上升到冷却系统最高位置即膨胀水箱内，挤压冷却水；另一方面是柴油机气缸内高压气体窜入冷却系统管路，冷却水在外加高压气体的作用下，进入冷却系统的预留空腔即膨胀水箱内，挤压冷却水。排查要点分析如下：（1）故障发生前、后 JW4G 运行线路、使用场景、驾驶员基本一致；进一步通过车载音像分析首次故障前驾驶员操作及车辆运行过程，驾1.上腔室 2.上腔室增压空气与冷却水间隔板 3.增压空气芯子 4.冷却水芯子 5.上腔室冷却水与液压油间隔板 6.上腔室液压油与传动油间隔板 7.液压油芯子 8.传动油芯子 9.下腔室 10.处理传动油渗漏焊接点图 2 JW4G 复合散热器88JW4G 型接触网作业车发动机膨胀水箱喷水故障排查及防范驶员无明显违规操作行为，也未见其他异常情况。排除使用、操作原因造成柴油机冷却系统温度过高的问题。（2）外观检查。复合散热器发动机冷却水散热器外方护罩（即进风通道）无异物堵塞，风扇液压系统无泄露、风扇状态良好，缸盖、水泵、复合散热器、膨胀水箱间的连接管道无凹瘪、变型、渗漏，水泵皮带无松弛。（3）冷却系统工作状态排查。选择另外一辆同批次、发动机工作时间接近的 JW4G 进行比对，车辆静止状态下即空载启动发动机，运转相同的时间后记录怠速、中速、额定转速下显示屏显示的冷却水温度、机油压力数据，多次对比两车在相同转速下，温度相差在 10、机油压力相差在 50kPa 内。（4）高压气体窜入水道排查。开启膨胀水箱盖，启动发动机在不同转速范围运转中，检查膨胀水箱未发生“喷泉”现象，排气烟色无明显变化；发动机停机 2 小时，检查机油盘内润滑油，油量无增加、变色现象。WP12.480柴油机为一个气缸单独一个缸盖、缸套嵌入缸体的干式缸套结构，缸套内壁与缸体上四个水道的最小壁厚约 10 mm，缸体、缸套在特定水道范围壁厚处同时发生细小裂纹的可能性极小，缸内高压气体进入缸体水道的最大可能是气缸垫损坏所致。如果气缸垫损坏，缸体水道与缸内连通的通道较大，进入缸体水道的气体、进入缸内的冷却水较多。进入缸体水道的气体会随油门转速明显变化，转速加大后冷却水的压力会随之增大；发动机停机时缸体内的冷却水进入气缸，发动机启动时排气颜色发生变化（白烟）；发动机停机时缸体内的冷却水进入气缸后向下进入机油盘，机油盘内的润滑油会明显增多、颜色发生变化（乳化变白）。因此，排除气缸垫损坏高压气体窜入水道的可能。（5）质量追溯。排除车辆使用不当、发动机冷却系统故障等外部原因后，排查范围延伸至故障前期车辆质量状态调查上。经该车检修、维护质量信息追溯，该车新购到单位正常使用接近 3 年，因复合散热器的传动油散热器上腔室裂纹故障待修，已停用 2 个月。近期委托复合散热器生产厂家进行复合散热器更换，更换后仅使用3 次就发生了本次故障。查阅相关资料，得知类似故障还有一种原因是误将石油产品混入防冻液中，使防冻液中的添加剂失效，产生大量气泡从水箱盖中溢出,造成发动机喷水现象1，详细了解复合散热器更换工作内容和更换后车辆使用情况后，排查重点锁定在复合散热器冷却水上。（6）排除故障。放出发动机冷却水，沉淀后观察颜色明显变暗，进一步检查似乎有沉淀物。对比以往换新仅使用几天的冷却水（HEC-型重负荷防冻液），其颜色蓝色色彩鲜艳、清澈透明，由此预判冷却水内有杂质。随后启动柴油机升温至 40 50时熄火，打开膨胀水箱盖和放水开关放净冷却系统中的冷却水，向柴油机内加满清洁的水再使柴油机先怠速后中速运转5 min，放出清洗水后关上放水开关，依此重复清洗三次后，加入 WP12.480 柴油机原车推荐的HEC-型重负荷冷却水（蓝色）。处理后，经使用故障排除。3.故障原因从故障现象、排查过程、质量追溯情况分析：（1）该车新购到单位使用近 3 年，出厂加注的冷却水使用 2 年就已到有效期，此时冷却水内的添加剂已逐步失效，期间复合散热器风扇液压系统液压油、发动机冷却水两个相邻散热器间隔板密封损坏，前者压力高后者压力低，压力高的液压油渗入压力低的发动机冷却系统，经过一段时间，发动机冷却