HXN5型內燃機車柴油機軸箱超壓問題分析與預防措施

單紹平

摘要：本文從HXN5型內燃機車柴油機曲軸箱相關零部件的工作條件、常見故障等多方面分析了曲軸箱超壓問題的故障現象和故障原因，并提出了解決和預防曲軸箱超壓的方法，有效避免了柴油機使用期間的曲軸箱超壓事故的發生。

關鍵詞：曲軸箱;超壓;柴油機;預防措施

0 ?引言

HXN5型內燃機車是干線貨運大功率交流電傳動內燃機車，由戚墅堰機車有限公司及美國通用電氣（GE）合作研制，由南車戚墅堰機車車輛廠制造。HXN5型機車采用外走廊、底架承載結構，單司機室操作，采用軸控式交流傳動技術，裝用IGBT變流器，額定功率達到4660kW，最大起動牽引力為620kN，最大運用速度和最大恒功率速度為120km/h。HXN5型內燃機車采用通用公司GEVO16型柴油機，與東風系列柴油機最大的不同是采用了燃油電子噴射系統，裝在噴油泵外側的電磁閥，接收電子燃油控制系統計算機發出的信號，控制噴油泵的供油定時和供油量。電子噴射提高了燃油的燃燒效率，改善了廢氣排放，目前，HXN5型內燃機車已經成為我國主流內燃機車機型。

在柴油機左、右兩側的機體平面上，從上至下裝有八個凸輪軸檢查孔蓋和八個曲軸箱檢查孔蓋，機體、這些孔蓋和油底殼共同構成密閉的曲軸箱，防止外部灰塵進入和內部油氣外泄。為了防止曲軸箱超壓，在曲軸箱檢查孔蓋設置了曲軸箱的防爆裝置，當壓力過高時，及時開啟防爆安全閥，排出空氣，降低曲軸箱壓力;安裝了抽氣裝置，確保曲軸箱和大氣相通，通過安裝在增壓器上的引射管將曲軸箱中的空氣引入大氣，使曲軸箱始終保持負壓。盡管如此，在機車使用過程中，仍然會出現曲軸箱超壓故障的發生，造成柴油機非正常停機，列車停車，嚴重影響了鐵路運行安全和鐵路生產秩序，迫切需要探索出曲軸箱超壓產生的主要原因，并提出具體的解決和預防措施，有效遏制或減少曲軸箱超壓故障的發生。

1 ?曲軸箱超壓機理及危害分析

曲軸箱是一個密封的箱體，機油存放在油底殼中。正常情況下，曲軸箱內壓力由空氣和機油油霧共同產生，經呼吸器抽吸后，曲軸箱內壓力通常低于環境空氣壓力，在COP的壓力可能顯示為負值。當柴油機工作時，如果高溫、高壓燃氣通過氣缸和活塞的縫隙泄露到曲軸箱中，會造成曲軸箱壓力變大，COP的壓力數值就可能高于環境空氣壓力。在柴油機高負荷工作時，由于曲軸箱內的各運動零部件將機油高速甩出，并造成飛濺，以及一部分空氣、燃氣和燃油經氣環泄漏入曲軸箱內，使曲軸箱內充滿著油霧，并使曲軸箱內的壓力逐漸增高，燃油油氣使機油閃點大大降低，如果曲軸箱壓力過大，這些油霧就會自行燃燒，引起曲軸箱燃燒爆炸事故。

為了避免曲軸箱爆炸事故發生，就必須嚴格控制曲軸箱壓力，不能超壓。當曲軸箱壓力超過498Pa時，ECU將起到保護作用，控制柴油機停機，智能顯示器提示故障信息：柴油機不運轉;曲軸箱壓力空氣壓力太高不能重啟柴油機;曲軸箱壓力超出上限。

2 ?曲軸箱超壓原因分析

2.1 活塞頭部裂損 ?活塞頂面與燃燒室中的高溫燃氣直接接觸，長期在高溫、高壓環境下工作，在熱應力的作用下，活塞頂部會造成局部變形，從而產生機械應力;活塞是組合式活塞（圖1），采用內油道式冷卻，如果出現機油壓力低、機油溫度高、機油黏度低等情況，會造成冷卻不利，活塞頭部熱應力增大;活塞頂面的隔熱層制造工藝不良或使用中遭到破壞，會使活塞頂部溫度升高，會導致活塞頭部熱應力增大。在熱應力和機械應力的作用下，活塞頭部會出現網狀裂紋和頂裙分離等故障，高溫燃氣通過裂縫進入曲軸箱，造成曲軸箱超壓。

2.2 氣缸套拉傷或磨損嚴重 ?柴油機在高負荷下工作時，由于風扇轉速低或溫控閥出現故障時，水溫過高，出現冷卻不利，氣缸套和活塞配合間隙變小，造成活塞和氣缸套拉傷;通過氣環泵油，將機油帶到氣缸套和活塞之間，如果活塞環變形會出現泵油不良，使機油分布不均，造成潤滑不良，造成氣缸套拉傷;空氣濾清器長期不清洗，柴油機進氣時帶入雜質，加上燃燒不充分殘留的碳顆粒以及機油中的雜質，也會拉傷氣缸套表面，同時加劇氣缸套的磨損;連桿擺動產生的慣性力讓活塞始終壓向氣缸套的前后兩側，造成氣缸套偏磨，氣缸套內孔由正圓變成橢圓（如圖2）。高溫燃氣通過氣缸套和活塞的密封面大量漏入曲軸箱，造成曲軸箱超壓。

2.3 活塞環卡死或斷裂 ?活塞環安裝在活塞的環槽中，是密封燃氣防止燃氣進入曲軸箱的最關鍵部件。活塞環在高溫、高壓環境中工作，會產生較大的熱應力和摩擦力，造成活塞環變形，機油和燃油的不完全燃燒，在活塞環槽中會產生積碳，在變形和積碳的雙重影響下，活塞環往往會卡死在環槽中，甚至斷裂。

在輔助過程中，當活塞向上運行時，在摩擦力的作用下，活塞環緊靠著環槽的下邊緣，在向下運行時，活塞環緊靠著環槽的上邊緣，保證活塞環的密封。在做功過程中，燃氣壓力大于摩擦力，在活塞環的自身彈力和燃燒室壓力的作用下，活塞環緊靠著環槽的下邊緣使燃氣不泄露（如圖3），當活塞環卡死后，活塞環就不能隨著活塞的上下運動而運動，活塞環懸浮在環槽中，出現懸浮漏氣。當活塞環折斷后，活塞失去彈性，不能產生摩擦力，密封失效，漏氣會更加嚴重。活塞環卡死是造成曲軸箱超壓的主要原因。

2.4 油氣分離器及管路故障 ?油氣分離器安裝在呼吸器管路中，將機油從空氣中分離出來，避免污染排煙道和機油消耗，防止機油進入大氣，造成環境污染。曲軸箱中的空氣混有大量機油油霧，當這些空氣通過油氣分離器時，油氣分離器將油和空氣分離開來，機油流回曲軸箱，干凈的空氣排出大氣。如果油氣分離器或管路堵塞，造成呼吸器通道不暢，曲軸箱空氣不能及時排出，也會造成曲軸箱超壓。

2.5 引射管故障 ?增壓器引射管穿過排煙道消音器，伸入到廢氣道中，當廢氣通過引射管時，在引射管中會產生負壓，通過連接曲軸箱的呼吸器管路將曲軸箱中的油氣抽到大氣中。如果引射管接頭松動脫落或者引射管有大量積碳將它堵塞，引射管就會降低或失去引射作用，導致曲軸箱中的油氣不能及時導出，從而引起曲軸箱超壓。

2.6 曲軸箱密封不良 ?曲軸箱要成為一個密封的箱體，必須保證孔蓋的密封良好。柴油機機油加油口孔蓋脫落或密封不良，曲軸箱孔蓋和凸輪軸箱孔蓋漏油或密封不良，都會導致外界大氣吸入曲軸箱，造成曲軸箱超壓。

2.7 其它零部件故障 ?氣缸在機械應力或穴蝕作用下發生裂漏，氣缸蓋噴油器座水腔鑄造沙眼造成滴漏，使冷卻水進入油底殼，產生大量水蒸氣，導致曲軸箱超壓。機油管破裂等原因造成機油供應不足或壓力低，造成摩擦表面出現瞬間缺油，導致曲軸和連桿出現碾瓦，使柴油機負荷升高，產生爆燃，大量燃氣泄露入曲軸箱，出現超壓。突降載荷或增壓器故障等原因造成柴油機瞬時超速，產生爆燃，也會出現大量燃氣泄露入曲軸箱，出現超壓。

3 ?曲軸箱超壓的預防措施

3.1 檢查曲軸和活塞連桿組 ?盤車檢查曲軸箱內曲軸和活塞連桿組可見部分，工作面不得有剝離、拉傷、裂紋、掉塊。用螺絲刀撥動連桿，沿軸向撥動，移動自由無卡滯現象，連桿活動量不小于0.5mm，主軸瓦和連桿瓦不得有碾片。檢查氣缸套內壁應無拉傷及嚴重磨損。

3.2 檢查油氣分離器和引射管等部件 ?根據修程對油氣分離器及管路進行更換或者清洗，保證油氣分離器工作可靠。定期檢查引射管和接頭，引射管安裝牢固無松動，相鄰的兩根引射管之間用塑料墊塊隔離，防止接觸磨損，引射管接頭不得松動脫落。檢查曲軸箱蓋、凸輪軸箱蓋和機油加油孔蓋，保證密封良好。

3.3 檢查活塞環密封情況 ?根據修程用示功閥檢查氣缸內的壓縮壓力和爆發壓力，根據壓力大小判斷活塞環的密封狀況，及時更換漏氣嚴重的活塞環。防爆安全閥的頻繁開啟會增加機油的消耗量，定期檢查機油的消耗量，消耗量異常增加也表明活塞環工作不正常，檢查并更換不合格的活塞環。

4 ?結束語

在內燃機車的運用過程中，經常會遇到柴油機曲軸箱超壓的情況，處理起來很麻煩，盡管處理方法多種多樣，但效果不盡人意，嚴重影響到了行車安全和鐵路運行秩序。本文在調查分析研究的基礎上，從HXN5型內燃機車曲軸箱超壓的各個方面分析了產生的主要原因，并提出了預防曲軸箱超壓的具體措施，通過嚴格執行以上措施，在機車運用中，柴油機曲軸箱超壓故障明顯降低，不僅減少了故障發生的次數，縮短了檢修時間，還節約了檢修成本，收到了較好的效果。

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