运用化验分析 降低机车能耗

● 大秦铁路股份有限公司太原机务段 王爱华

铁路是我国国民经济的大动脉，是国民经济的支柱产业，而内燃机车是这条大动脉的原动力，柴油机则是原动力的“心脏”。维持这个“心脏”的正常工作，柴油机的润滑及冷却工作至关重要，如何深层次利用柴油机油（简称机油）的化验数据，来评判柴油机冷却系统的综合性能，提高机车检修工艺，降低能耗支出是当前的一个新课题。

柴油机冷却系统的工作原理

柴油机工作时产生的高温主要靠机油、冷却水来冷却，也就是说冷却系统的核心介质是“机油”和“冷却水”。

1.柴油机运行中产生热量的分析

柴油机工作时，气缸内所产生的高温使气缸套内燃烧室部分和排气系统的零件强烈受热，如果不及时冷却，就会使零件因过热降低机械强度、摩擦面的润滑状况恶化、活塞磨损、缸套结碳和拉伤甚至活塞卡死，所以柴油机依靠“机油”和“冷却水”进行冷却至关重要。

2.机油对柴油机的冷却原理

机油对柴油机的冷却是从两个方面进行的：

（1）柴油机工作时，工作温度可达到400℃~600℃，机油会在两个摩擦面之间形成润滑膜，变干摩擦为润滑剂分子间的内摩擦，降低温度，属于“主动润滑冷却”，延长了柴油机的使用寿命。

（2）机油在工作时，会随时吸收柴油机产生的热量，通过热交换器，将热量传递给冷却水，从而进行冷却。

3.冷却水对柴油机的冷却原理

冷却水对柴油机的冷却也是从两个方面进行的：

（1）冷却机油携带的热量

同上所述，在热交换器内冷却水与高温机油发生热量传递，冷却水吸收了热量后，被送至机车一侧的散热器组进行风冷，它是一个独立的冷却循环系统。需要注意的是，热量如不及时被冷却水带走，机油的粘温性能迅速下降，导致机油压力降低，可引发柴油机卸载或停机。当乘务员反映机车机油压力偏低，柴油机故障停机时，应首先考虑机油及冷却系统的原因。

（2）冷却气缸套、废气箱、排气管等处集聚的热量

这些部件的冷却水从热水集流管流出，通过泵被送至机车另一侧的散热器组进行冷却，并形成循环。

从上面分析可以看出，机油和冷却水的品质对维护柴油机的正常工作起着至关重要的作用，但多年实践中，笔者发现机车检修工艺中存在两个被忽视的现象，如果改进这些工艺可达到延长机油的换油周期，延长零部件的使用寿命，最终实现降低柴油机运行成本的目的。

两个被忽视的现象

1.“同一台机车在不同阶段的换油周期不相同”的原因分析及工艺改进

（1）现象及原因分析

在实践中，笔者发现同一机车在使用的不同时期，其换油周期逐年缩短，按照各种修程的安排，同一辆车经过各种小辅修后，机油作为润滑和冷却的功能不应当受太大的影响，必然存在一种被我们忽略的原因，详见表1。

表1 修程与机油评定对照表

经过反复比对，发现DF4B-2379机车在中修和F11两个修程时全部更换了新油，但中修时对油路和油底壳等进行过彻底的清洗，之后才更换的新油；而其他修程却未对油管路和油底壳进行清洗，这样易导致残留的油泥胶质、沥青质、金属屑等杂质严重污染新加机油的品质，并加速新油变坏的速度，甚至影响机油对活塞、轴承等部件的冷却效果。

（2）工艺改进

根据上述分析，我们应当增加以下工艺：凡是化验结果显示机油粘度不合格需更换机油时，在换油前增加清洗作业工序：在柴油机油温较高时排空机油，将干净的普通机油加20%的轻柴油或将较稀的机油注入发动机油箱（容量的60%~80%），轻载运行3~5分钟，排空清洗机油，同时观察排放的机油颜色，根据情况可重复清洗。

2.“同一批次的机油在同型号的不同机车上，其换油周期不一样”的原因分析及工艺改进

（1）现象及原因分析

以DF4B-2262和DF4B-2379两台机车为例，从F01开始，对各修程中机油粘度的变化情况进行比较，详见表2。

表2 机油粘度化验对照表

从上表可以看出， DF4B-2262机车的机油连续使用了6个修程，机油仍然合格；而DF4B-2379机车的机油只连续使用了3个修程，机油就不合格了。为了分析原因，再看二者冷却水的对照，详见表3。

表3 机车冷却水化验对照表

通过上表我们发现：冷却水的合格与机油的使用周期存在内在联系。为什么呢？目前机用冷却水使用的缓释阻垢剂一般为3号或4号配方，其要求水硬度不超过2.0 mmoL/L，而北方通常自来水硬度在6.0 mmoL/L左右， 易导致冷却系统结垢，而这一问题通常是一个容易被我们忽视的问题。水垢（碳酸钙）的导热系数与金属相比最大相差近70倍，结垢越严重，冷却水的冷却能力越低，这就造成两辆机车换油周期存在差异。

（2）工艺改进

笔者认为在机车的检修过程中应采取以下措施：①机用冷却水全部采用软化水，硬度控制在2 mmoL/L以内，再结合缓释阻垢剂；②增加冷却系统酸洗作业，彻底清洗冷却系统产生的水垢。

效益分析

1.安全效益

通过检修工艺的改进，可以确保机油在更长的时间范围内处于高品质状态，从而确保了柴油机的安全运行；良好的冷却工作，使柴油机的故障率大幅度降低。

2.经济效益

（1）延长换油周期，降低机油的使用成本，效果显著。以DF4B-2379机车和DF4B-2262机车在一个中修周期的机油使用情况进行对比分析：DF4B-2379更换了两次机油，每次换油量1 t，按机油价格15 650元/t来计算，两次更换机油花费31 300元。就该机车目前的运行情况来看，在进入F21、F22、X3到达下一个中修前，需要再换一次机油，所以两个中修周期之间，该机车的机油费用就会达到近5万元；相反DF4B-2262机车，由于良好的冷却和润滑，在两个中修周期之间，是不需要更换机油的，所以一个中修周期就可节省机油成本支出近5万元。以目前全国内燃机车的保有量约17 000台计算，每台机车在两次中修之间如果减少更换机油一次，节约机油的成本支出将达到2.7亿元。

（2）良好的润滑系统，会延长柴油机的使用寿命，减少大部件的更换，同时使燃料（柴油）燃烧更加充分，降低能耗支出。据有关资料报道，良好的润滑使美国在机械设备的运行中，节约的能耗占能源总耗量的11%。因此，研究改善润滑技术，探索相关工艺、技术的改进和完善是非常必要的。

[1] 丁光宇等.铁路机车用水处理[M].中国铁道出版社，1987.

[2]王善璋等.铁路机车车辆用润滑油、脂[M].哈尔滨、沈阳铁路局化验所，1987.