DF11系列机车侧排型烟囱质量问题分析

张国军、高骏宇

（北京局集团公司北京机务段，北京100010）

0 引言

根据相关要求，所有内燃机车直排型烟囱必须整改为侧排型。此工作自2017年3月开始，截止到2018年2月，北京机务段共整改DF11 型机车10 台，DF11G型机车42 台。但是经过近半年的使用，发现该型侧排烟囱出现了一系列质量问题。

1 机车侧排型烟囱的介绍

侧排型烟囱安装的原因：内燃机车设计初期的烟囱均为直排型，但是由于接触网的发展，直排型烟囱的排烟对接触网有一定的影响，严重还会出现烧网问题。在2017年开始对内燃机车直排型烟囱进行改造。

侧排型烟囱的主要材质：侧排型烟囱整体采用Q235A 型钢金属材料，有良好的延展性，密度较大，熔点较高，适合高温环境下使用。

侧排型烟囱的工作环境：当DF11 系列机车柴油机满负荷时，增压器涡端的排温约330℃，涡端的排气压力约300kPa 左右。

2 问题提出

机车安装完侧排烟囱后，在修程检查到数起质量问题，其中质量问题有：

排气管罩防护网裂损（见图1）。在修程中发现多起排气管罩防护网连接点开焊以及防护网断裂问题。

图1 排气管罩防护网裂损

侧排烟囱防雨叶片断裂，防雨叶片轴断裂。

导流罩断裂问题。在修程中发现，侧排烟囱上部导流罩的焊接位置开裂。（见图2）

图2 导流罩断裂

3 现场调查及分析

3.1 排气管罩防护网裂损问题分析

防护网采用直径4mm 的钢丝分两层搭接，各接触点采用3mm 角焊缝焊接形成网状结构，钢丝端点与围墙接触点也采用3mm 角焊缝进行焊接。该防护网的主要作用是防止较大杂物在机车运行过程中落入烟道而进入增压器。

但是经过现场调查发现，截至2019年2月，共发现排气管罩防护网裂损情况8 件，且均发生在DF11G型机车上[1]。经对所有断裂的防护网情况进行分析发现，断裂位置大部分均在钢丝端点与周边围墙的焊接位置以及防护网与中间支撑护板的连接位置处。分析原因有：首先防护网与周边围墙不能满足规定的3mm 角焊，焊接点不够牢靠。在长期高温高压下，焊点开裂；其次防护网中的钢丝之间没有按照规定进行焊接，造成防护网强度不足，当防护网与围墙焊点发生开焊后，防护网在高压废气下频繁抖动，造成防护网断裂。

3.2 侧排烟囱防雨叶片及轴断裂分析

防雨叶片材质为06Cr18Ni11Ti-1 合金钢，厚度约8mm。在日常检查过程中发现侧排烟囱防雨叶片同样多次发生断裂现象。经过对断裂面进行分析，断裂的原因为叶片在高压废气冲击下，频繁撞击上部导流罩，且没有防护设施，最后发生断裂；由于叶片轴在径向没有固定，所以叶片轴不仅受到叶片的轴向切力，还要受到径向的拉力，最后造成叶片轴断裂。

3.3 导流罩焊点开裂问题

DF11G 型机车烟囱的上部导流罩发生一起断裂现象。经对断裂情况分析得知，断裂的原因有：首先烟囱上部的导流罩不是整体铸造成型，上部导流罩与侧支撑板是焊接而成，在长期受到高温高压下，焊接点出现断裂。其次在作业方面，经对断裂面检查发现，上部导流罩与侧板之间只使用了单面焊，内部连接面没有焊接，造成上部导流罩安装不牢固，在长期高温高压下，焊接面发生断裂[2]。

4 问题整治及措施

经过深入的研究以及与中车戚墅堰机车有限公司的专家多次沟通，历经近三个月的研讨，总结前期发生断裂的经验，对侧排型烟囱的整改有了初步的方案。方案如下：

4.1 排气管罩防护网裂损问题整治

经对排气网罩的工作环境以及结构的深入研究，制定方案如下：将防护网改成类似M 形，使铁丝存在伸展空间，可有效减小应力集中，使应力得以释放[3]。同时，两头折弯可增加焊接有效区域，由前期的点焊转变为约20mm 的面焊，提高了焊接面积，提高了焊接强度。

4.2 侧排烟囱防雨叶片及轴断裂问题整治

4.2.1 侧排烟囱防雨叶片断裂整治

经过研究决定在防雨叶片与上部导流罩接触的位置加装减震弹簧装置，通过安装此装置，将前期防雨叶片的硬接触改变为现在的弹性接触，缓解了应力冲击，有效地解决了防雨叶片的断裂问题。

4.2.2 侧排烟囱防雨叶片轴断裂问题整治

经过对叶片轴的断裂以及受力进行分析，建议对叶片轴的径向移动进行限制，所以添加挡雨板中心轴止档[4]。如图3所示。

图3 止档图片

4.3 导流罩焊点开裂问题整治

经过对断裂点以及断裂受力的分析，对焊接面由以前的单面焊接改为双面焊接，由以前的点焊改为现在的满焊，并保证焊缝的余高超过2mm，保证焊接质量。

图4 满焊双面焊接

5 结语

经过近一年对DF11 系列机车侧排烟囱的系列整治，于2019年5月份在中修机车DF11G 型0049/0050、DF11G 型0039/0040 号机车进行试装，通过半年的时间盯控，检查烟囱各部状态良好，没有裂损、断裂等问题，经过汇报批准后，在其他DF11 系列机车上予以推广实施，至2020年2月整改后的侧排烟囱已经全部安装完毕。经过一年多的现场普查，未发现侧排烟囱发生质量问题。