DF11系列機車側排型煙囪質量問題分析

張國軍、高駿宇

（北京局集團公司北京機務段，北京100010）

0 引言

根據相關要求，所有內燃機車直排型煙囪必須整改為側排型。此工作自2017年3月開始，截止到2018年2月，北京機務段共整改DF11 型機車10 臺，DF11G型機車42 臺。但是經過近半年的使用，發現該型側排煙囪出現了一系列質量問題。

1 機車側排型煙囪的介紹

側排型煙囪安裝的原因：內燃機車設計初期的煙囪均為直排型，但是由于接觸網的發展，直排型煙囪的排煙對接觸網有一定的影響，嚴重還會出現燒網問題。在2017年開始對內燃機車直排型煙囪進行改造。

側排型煙囪的主要材質：側排型煙囪整體采用Q235A 型鋼金屬材料，有良好的延展性，密度較大，熔點較高，適合高溫環境下使用。

側排型煙囪的工作環境：當DF11 系列機車柴油機滿負荷時，增壓器渦端的排溫約330℃，渦端的排氣壓力約300kPa 左右。

2 問題提出

機車安裝完側排煙囪后，在修程檢查到數起質量問題，其中質量問題有：

排氣管罩防護網裂損（見圖1）。在修程中發現多起排氣管罩防護網連接點開焊以及防護網斷裂問題。

圖1 排氣管罩防護網裂損

側排煙囪防雨葉片斷裂，防雨葉片軸斷裂。

導流罩斷裂問題。在修程中發現，側排煙囪上部導流罩的焊接位置開裂。（見圖2）

圖2 導流罩斷裂

3 現場調查及分析

3.1 排氣管罩防護網裂損問題分析

防護網采用直徑4mm 的鋼絲分兩層搭接，各接觸點采用3mm 角焊縫焊接形成網狀結構，鋼絲端點與圍墻接觸點也采用3mm 角焊縫進行焊接。該防護網的主要作用是防止較大雜物在機車運行過程中落入煙道而進入增壓器。

但是經過現場調查發現，截至2019年2月，共發現排氣管罩防護網裂損情況8 件，且均發生在DF11G型機車上[1]。經對所有斷裂的防護網情況進行分析發現，斷裂位置大部分均在鋼絲端點與周邊圍墻的焊接位置以及防護網與中間支撐護板的連接位置處。分析原因有：首先防護網與周邊圍墻不能滿足規定的3mm 角焊，焊接點不夠牢靠。在長期高溫高壓下，焊點開裂；其次防護網中的鋼絲之間沒有按照規定進行焊接，造成防護網強度不足，當防護網與圍墻焊點發生開焊后，防護網在高壓廢氣下頻繁抖動，造成防護網斷裂。

3.2 側排煙囪防雨葉片及軸斷裂分析

防雨葉片材質為06Cr18Ni11Ti-1 合金鋼，厚度約8mm。在日常檢查過程中發現側排煙囪防雨葉片同樣多次發生斷裂現象。經過對斷裂面進行分析，斷裂的原因為葉片在高壓廢氣沖擊下，頻繁撞擊上部導流罩，且沒有防護設施，最后發生斷裂；由于葉片軸在徑向沒有固定，所以葉片軸不僅受到葉片的軸向切力，還要受到徑向的拉力，最后造成葉片軸斷裂。

3.3 導流罩焊點開裂問題

DF11G 型機車煙囪的上部導流罩發生一起斷裂現象。經對斷裂情況分析得知，斷裂的原因有：首先煙囪上部的導流罩不是整體鑄造成型，上部導流罩與側支撐板是焊接而成，在長期受到高溫高壓下，焊接點出現斷裂。其次在作業方面，經對斷裂面檢查發現，上部導流罩與側板之間只使用了單面焊，內部連接面沒有焊接，造成上部導流罩安裝不牢固，在長期高溫高壓下，焊接面發生斷裂[2]。

4 問題整治及措施

經過深入的研究以及與中車戚墅堰機車有限公司的專家多次溝通，歷經近三個月的研討，總結前期發生斷裂的經驗，對側排型煙囪的整改有了初步的方案。方案如下：

4.1 排氣管罩防護網裂損問題整治

經對排氣網罩的工作環境以及結構的深入研究，制定方案如下：將防護網改成類似M 形，使鐵絲存在伸展空間，可有效減小應力集中，使應力得以釋放[3]。同時，兩頭折彎可增加焊接有效區域，由前期的點焊轉變為約20mm 的面焊，提高了焊接面積，提高了焊接強度。

4.2 側排煙囪防雨葉片及軸斷裂問題整治

4.2.1 側排煙囪防雨葉片斷裂整治

經過研究決定在防雨葉片與上部導流罩接觸的位置加裝減震彈簧裝置，通過安裝此裝置，將前期防雨葉片的硬接觸改變為現在的彈性接觸，緩解了應力沖擊，有效地解決了防雨葉片的斷裂問題。

4.2.2 側排煙囪防雨葉片軸斷裂問題整治

經過對葉片軸的斷裂以及受力進行分析，建議對葉片軸的徑向移動進行限制，所以添加擋雨板中心軸止檔[4]。如圖3所示。

圖3 止檔圖片

4.3 導流罩焊點開裂問題整治

經過對斷裂點以及斷裂受力的分析，對焊接面由以前的單面焊接改為雙面焊接，由以前的點焊改為現在的滿焊，并保證焊縫的余高超過2mm，保證焊接質量。

圖4 滿焊雙面焊接

5 結語

經過近一年對DF11 系列機車側排煙囪的系列整治，于2019年5月份在中修機車DF11G 型0049/0050、DF11G 型0039/0040 號機車進行試裝，通過半年的時間盯控，檢查煙囪各部狀態良好，沒有裂損、斷裂等問題，經過匯報批準后，在其他DF11 系列機車上予以推廣實施，至2020年2月整改后的側排煙囪已經全部安裝完畢。經過一年多的現場普查，未發現側排煙囪發生質量問題。