东风4B内燃机车柴油机运转故障的分析与处理

杨 卫

(青海民族大学 交通学院，西宁810007)

东风4B型内燃机车是长期以来我国铁路干线的主型客、货运内燃机车，累计产量已超过2000台。其中，13V240ZJB型柴油机不仅作为机车的动力装置，还被用于移动电站和核电站的应急设备，它的系列产品为6缸、8缸、12缸机，装在备型机车上[1]。我们掌握了故障分析与处理的正确方法后，便可及时发现柴油机故障的先兆，以便及时采取措施，预防故障的发生和防止事故的扩大。

1 东风4B内燃机车

1.1 东风4B内燃机概述

东风4B型内燃机车是功率为1990kW，交-直流电力传动，干线客、货两用的内燃机车。东风4B型内燃机车整备重量为138t，柴油机运用功率为2430 kW时，作为货运机车，当司机控制器手柄在满负荷位时，其起动牵引力可达435 kN；持续牵引力达324 kN；最大速度为100 km/h；持续速度为21.6 km/h。在计算工况下，该机车可牵引3500t列车，以23 km/h的计算速度通过6‰的坡道。作为客运机车能牵引22节客车以120 km/h的速度在平道上运行。从牵引运输能力来看，东风4B内燃机车可以担当我国近期客、货运输扩编、重载以及提速的运输任务。

1.2 结构特征

以东风4B内燃机车的16V240ZJB型柴油机为例，此柴油机为V型、四冲程、16缸、直接喷射开式燃烧室、定压涡轮增压系统及增压空气中间冷却的大功率中速机车柴油机，如图1所示[2]。

1-弹性支撑；2-油底壳；3-油尺；4-机体；5-防爆安全阀；6-进水总管；7-进水支管；8-凸轮轴；9-气缸套；10-气门挺柱；11-推杆；12-示功阀；13-气缸盖；14-摇臂；15-横臂；16-排气支管；17-进气稳压箱；18-进气支管；19-出水支管；20-中冷器；21-喷油器；22-高压油管；23-喷油泵；24-活塞组；25-凸轮轴检查孔盖；26-连杆组；27-连杆螺栓；28-主轴承盖；29-主轴承螺栓螺母；30-滤网；31-吸油口图1 16V240ZJB型柴油机结构示意图

柴油机机体为铸-焊结构，整体浇注的铸钢主轴承座与钢板组焊成六面体式B型机体，主轴承盖与主轴承座之间为有微量间隙的平面镶嵌式，除由主轴承螺栓紧固外，增设穿入机体下部的横拉螺险；为提高机体的纵向和横向刚度，除了增大机体的横截面积外，还加厚了侧板，增加了纵向筋板，同时，使主轴承孔中心到机体底座面的高度由原250mm增加到450mm，这些措施使机体与主轴承盖组成一个受力整体，提高了主轴承的承载能力。

左、右两列气缸中心线间夹角为50°，在V形角的上方布置有主机油道、进气稳压箱、进、排气支管及排气总管等部分。柴油机输出端通过连接箱与牵引发电机定子相连接；自由端为正时齿轮传动装置和泵传动装置，通过机体端板与泵传动箱及端盖紧固。在柴油机自由端安装有油气分离器、呼吸管、燃油精滤器、高温水泵和低温水泵、主机油泵等部件。2套涡轮增压器-中冷器组对称安装在柴油机两端的上方。整个柴油机-发电机组采用4点锥形橡胶弹性支撑，支撑安装在机体前部左、右两侧及连接箱左、右两侧，同时，发电机两侧设辅助支撑，后者可减小机车在运行过程中对柴油机作用的附加载荷[4]。

柴油机采用湿式气缸套。气缸由气缸套、水套和水封圈等组成。同列气缸中心距为400 mm。整体薄壁球墨铸铁活塞组可适应进一步强化的要求，它具有悬挂式弹性活塞销座和圆柱形的裙部，活塞侧面与气缸的配合间隙较小。活塞顶面具有浅ω形开式燃烧室，环槽区安装有3道气环和1道螺旋撑簧组合式油环，比锻铝合金活塞组减少2道活塞环，改善了裙部的润滑条件，提高了机械效率。

2 常见故障分析与处理

2.1 机油循环系统故障与处理

内燃机车机油循环系统在整个柴油机、静液压系统及前后变速箱等部件工作过程中起着非常重要的作用。机车柴油机机油系统故障率高，常常会造成临修、晚点等诸多问题，柴油机故障的不断发生，使得列车的安全受到了严重的影响。表1为某公司机车机油系统故障发生的统计数据。综合分析表1中数据得知，机油循环系统的故障主要出现在主机油泵与截止阀两处。

表1 2011-2015年某公司机车机油循环系统故障数

处理机油循环系统的故障是内燃机车检修支出费用中的一大部分。判断主机油泵故障的方法是两人配合，由其中一人按启动机油泵按钮，使油压至0.04MPa，另外一人查看主机油泵压力表参数，甩车约5秒左右，如果没有出现压力值，则可以判定主机油泵发生了故障，采取换泵措施排除故障。如果在运行中主机油泵发生了故障，需要及时呼叫救援，降低事故危害。判断截止阀的故障则需要柴油机运行一段时间，触摸截止阀的回油端，触摸温度如果与进油端明显差别，且回油端温度高，则说明截止阀未关闭，或者发生故障[5]。在内燃机车运行的过程中，工作人员需要经常观察压力表，时刻掌握油压显示是否正常，如果出现异常，需要及时查找和处理。

管路漏泄问题也是机油循环系统中的常见故障，如果在运行中出现了油压系统不正常，需要及时顺机油循环回路进行排查。若是外部油管发生了破裂，需要使用胶皮包扎，再用帆布条缠紧，最后使用细铁丝捆扎紧，待机车回站后报检修人员专业处理。机油循环系统的接头螺母发生松动及破损，需要及时拧紧螺母加固，必要时更换破损垫子，如果增压器油封破裂或者热交换器冷却管破裂使得油水迸溅时，需要立即停机呼叫，寻求救援。

机车运行中难免有一些杂质进入油管，使得管路发生堵塞，处理措施较为复杂，如果管路是外部明管，通常采用温差法或压差法进行判断处理，也就是按照同一管路不同管段的温度差异或压力差异，判断堵塞处所，进行彻底处理并更换合格机油。

2.2 差示压力计反压差及处理

图2 差示压力计系统示意图

差示压力计安装在内燃机车柴油机中可以保证柴油机安全运行，其作用主要是检测柴油机曲轴箱内发生的气压变化，也能够在一定程度上指示柴油机内部一些零部件工作状态。当柴油机曲轴箱工作时的压力超过了规定数值，差示压力计将发挥作用使柴油机停止工作，可以避免曲轴箱由于压力突然升高而引发的一系列危险，例如爆炸危险，差示压力计系统示意图如图2所示。通过对差示压力计出现反压差的分析可知，通常是由于连通曲轴箱管路出现了堵塞、连通曲轴箱管路破裂及零件接头松弛两方面的故障。

柴油机连通曲轴箱中的管路出现堵塞时，一方面可能是管路中有杂物堵塞，发生堵塞的管路使U形管压力计出现了一定范围的堵塞空间。在柴油机工作时，系统因素使得堵塞空间的气体也具有较高温度，气体发生膨胀后基本等于外界大气压值，这个过程在差示压力计上的显示并不显著。如果柴油机处于低速运转时，产热较低，U形管中堵塞空间气体发生一定收缩，内部压力小于外界大气压，使得U形腔的左端液面下降，而右端反而升高，这就产生了反压差。另一方面是机油堵塞管路。通常在柴油机运行一段时间之后，其曲轴箱内就会残留一些油汽，油汽转移至差示压力计连接管往下的弯曲位置，这个部位极易发生油滴堵塞情况。在柴油机不工作时，曲轴箱内的压力下降，负压使得连接管中残留的机油回流进而出现一定真空。外界大气压的影响，使得差示压力计U形腔中左端液面出现降低，右端进而升高，反压差由此产生。

柴油机连接的曲轴箱管路裂损、接头松动等情况也是反压差产生的重要原因，这种情况往往出现在柴油机刚停机的时候，这时，动力间具有较高温度，高温使得内部气压低于车外大气压，漏气管路使得U形腔右端同动力间空气之间联通，外部的大气压力作用使得差示压力计出现了一定反压差。柴油机运行中的反压差有两点因素，其一是机车的门、窗关闭时，机车内部的动力间出现98.06Pa的负压，大气压力使得柴油机的差示压力计出现了反压差。其二是当完全打开动力间与冷却间之间的连接门，在风扇的作用下，会把动力间中的空气排向冷却间，直至车顶与车底部位，这个过程使得动力间出现了负压，反压差也就产生了。

对于以上两种故障的处理，如果管路堵塞引起了差示压力计的反压差，其处理方法是及时拆下曲轴箱中的连接管，使用清洁器具吹洗干净内外油污。同时需要认真检查差示压力与柴抽机之间的呼吸管，并及时清理其中的异物。连接管装配过程应尽量不让连接管朝下弯曲，这样可以减少机油堵塞管路。如果是管路裂损及接头松动引起的反压差，则需要认真检查连接管两侧的接头是否有缺陷及裂纹，发现后需要立即使用备用接头更换，维修处理后需要采取水压试验，进而确保连接管没有泄漏现象。

3 柴油机的保养措施

柴油机的保养和使用是密切相关的，保养柴油机是为了使其更好地运行，保养有效减少了机破、临修的次数。柴油机保养的好环程度，与其功率能否全面发挥及运行可靠性息息相关，也是关系到运输质量与燃料成本的重要因素。因此，机车维护人员应认真落实机车保养责任制，贯彻“修养并重，预防为主”的机车质量方针。分析影响保养质量的各种因素，采取相应对策，掌握规律，总结经验，提高机车质量，为铁路运输“安全正点，优质供应，平稳操纵，高能低耗”作出贡献。

(1)根据季节，使用规定牌号的机油和燃油。机油的油位应在油尺上、下刻线之间，冷却水成分要合乎要求，水箱水位要保持在水表2/3处。机车中检、小修或日常运用中发现油、水异常时，要及时正确地接取油、水样送化验室化验，不合格者要查明原因，并立即更换。

(2)启动柴油机前，要确认各管路系统的阀、堵、塞门是否处于规定位置。机车停放时间较长时，要先接通启动机油泵，向各摩擦表面送油。长时间停留或检修后，要彻底甩车排除气缸中的污物。启动时应有人监视机械间各部情况，如有异状时应立即停机处理。启动困难或不能启动时，要查明原因，禁止盲目强迫启动。启动后应立即检查，仔细倾听柴油机运转音响和各运动部件情况。各仪表显示，如遇不正常现象时，要及时处理。故障未消除时，不允许再次启动柴油机。

(3)柴油机运转中，要经常注意差示压力计的显示状态。当差示压力计起作用使柴油机停机后，应查明原因(禁止盲目打开曲轴箱检查孔盖)。故障未消除时，禁止启动柴油机。

(4)机车长期停放不用时，停留时间不超过15天者，要每隔两天用启动机油泵往柴油机泵油1～2min，盘车2～3圈。停留时间超过15天时，则要按柴油机防腐处理规定进行日常保养工作。

4 结语

东风4B型内燃机车自投入批量生产以来，产量和所配属的局、段数量较多，在一些特殊地段担负着越来越繁重的牵引列车的运输任务。在机车运用中，及时正确地判断和处理机车故障，以确保列车的安全正点及延长机车的使用寿命，是乘务员操纵机车所必须具备的基本技能。对东风4B型机车在运用中已经发生过的或可能发生的主要故障，从故障现象、原因、处理方法等方面加以分析，当人们掌握了故障分析与处理的正确方法后，便可及时发现柴油机故障的先兆，及时采取措施，预防故障的发生和防止事故的扩大。