某出口動(dòng)車組動(dòng)力包停機(jī)分析與驗(yàn)證研究

羅 嘉，呂志龍，王 永

(中車株洲電力機(jī)車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心，湖南 株洲 412000)

0 引言

某出口動(dòng)車組是中車株洲電力機(jī)車有限公司開發(fā)的一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力米軌動(dòng)車組，其混合動(dòng)力集成采用了“動(dòng)力包+超級(jí)電容”型式供電。在車輛運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)力包的正常運(yùn)行對(duì)列車順利上線運(yùn)營(yíng)有著極為重要的作用。

針對(duì)該動(dòng)車組在線路運(yùn)行調(diào)試過(guò)程中多次出現(xiàn)的動(dòng)力包自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，本文在進(jìn)行前期故障排查與分析的基礎(chǔ)上，開展了動(dòng)力包運(yùn)行異常的試驗(yàn)研究。

1 動(dòng)力包自動(dòng)停機(jī)問(wèn)題分析

1.1 燃油壓力過(guò)低

動(dòng)車組在行車途中，觀察列車HMI界面中燃油壓力一項(xiàng)(見圖1)，發(fā)現(xiàn)該壓力值在出現(xiàn)停機(jī)情況之前存在波動(dòng)且波動(dòng)范圍較大，整體壓力變化過(guò)程為:①最高值無(wú)法達(dá)到5 bar以上。②開始出現(xiàn)波動(dòng)并無(wú)法維持在一個(gè)穩(wěn)定值。③出現(xiàn)低壓情況，通常在4 bar以下甚至3 bar以下。④柴油機(jī)自行停機(jī)。

通過(guò)動(dòng)力包故障診斷軟件讀取故障記錄情況(見圖2)，發(fā)現(xiàn)軟件中記錄到“FUEL SUPPLY PRESSURE TOO LOW”故障，該故障為柴油機(jī)內(nèi)部故障，發(fā)生原因?yàn)槿加蛪毫Φ?。整個(gè)故障記錄中沒有其他涉及到燃油壓力的故障，動(dòng)力包診斷軟件中的故障記錄設(shè)置為實(shí)時(shí)記錄，一旦柴油機(jī)發(fā)出故障信息，軟件就可以對(duì)其進(jìn)行記錄，故可以確定故障為供油系統(tǒng)的燃油壓力低。因此燃油壓力過(guò)低是導(dǎo)致柴油機(jī)停機(jī)的直接原因。

圖1 行車途中HMI參數(shù)顯示(畫框部分為燃油壓力)

圖2 動(dòng)力包故障記錄

燃油經(jīng)過(guò)一級(jí)泵后進(jìn)入精濾，通過(guò)精濾后才加壓至高壓共軌中進(jìn)行燃燒做功。正常情況下，一級(jí)泵壓力值應(yīng)當(dāng)在5.5～6.5 bar，不低于5 bar，當(dāng)?shù)陀? bar后說(shuō)明前端燃油系統(tǒng)可能存在問(wèn)題。當(dāng)一級(jí)泵后的壓力低于3 bar后，后端的共軌壓力將無(wú)法正常建立，柴油機(jī)無(wú)法正常工作(見圖3)。故當(dāng)壓力不穩(wěn)且降低后，將造成柴油機(jī)的停機(jī)。

圖3 柴油機(jī)文件

1.2 管路堵塞

燃油壓力傳感器所檢測(cè)的壓力為柴油機(jī)內(nèi)部一級(jí)燃油泵壓力，而一級(jí)泵至燃油箱之間的管路阻力過(guò)大，將導(dǎo)致一級(jí)泵壓力過(guò)低。

燃油箱至柴油機(jī)一級(jí)泵之間包括燃油進(jìn)油管路、電磁閥、球閥、手動(dòng)泵、燃油粗濾器及各部件之間連接的接頭與管路(見圖4)。分析認(rèn)為此段管路因燃油中雜質(zhì)較多而出現(xiàn)堵塞情況，其中電磁閥與粗濾器堵塞可能性較大。

圖4 動(dòng)力包前端燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對(duì)柴油粗濾芯進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)肉眼可見的明顯黑色雜質(zhì)(見圖5)。更換濾芯后故障消失，并能運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間，但隨即又重復(fù)停機(jī)故障。故判斷是由于供油系統(tǒng)管路中濾清器被堵塞導(dǎo)致。

圖5 柴油粗濾芯內(nèi)有明顯黑色雜質(zhì)

1.3 燃油箱內(nèi)部生銹

對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行成分分析，發(fā)現(xiàn)Fe、Cl等元素，且含量較高，推斷雜質(zhì)產(chǎn)生原因?yàn)橛拖渖P。隨后，通過(guò)內(nèi)窺鏡對(duì)燃油箱內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)生銹嚴(yán)重(見圖6)，主要銹蝕位于回油口附近油箱吊座補(bǔ)板和蓋板調(diào)平烤點(diǎn)處，另外，銹蝕處位于油箱備用加油口內(nèi)部。根據(jù)分析可知，原油箱蓋板焊接和調(diào)平工藝破壞了鋼板磷化層，導(dǎo)致油箱局部防腐性能變差；油箱頂部和加油口處接觸不到柴油，暴露在油位以上的空氣中加速了這些部位的銹蝕。若生銹問(wèn)題無(wú)法解決，將影響油品質(zhì)量，還存在腐蝕降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、箱體穿孔等安全風(fēng)險(xiǎn)，因此最終方案須解決內(nèi)部腐蝕問(wèn)題。

圖6 燃油箱內(nèi)部檢查

2 解決措施

為解決燃油箱內(nèi)部腐蝕問(wèn)題，本文在改進(jìn)設(shè)計(jì)中調(diào)整了油箱局部結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)油箱內(nèi)部的耐腐蝕能力。改進(jìn)方案具體如下。

1)燃油箱由散件磷化后組焊改為組焊后整體磷化，設(shè)計(jì)進(jìn)行適應(yīng)型調(diào)整，如圖7所示。

(a)改進(jìn)前:僅端面2個(gè)清洗孔 (b)改進(jìn)后:端面增加清洗孔數(shù)量，頂面增加人孔

酸洗磷化是內(nèi)燃機(jī)車燃油箱普遍采取的防銹措施，其基本原理是在金屬與溶液界面上游離酸度的降低、pH升高，金屬陽(yáng)離子不再以可溶離子形式存在，它們與溶液中的磷酸鹽反應(yīng)后以磷酸鋅的形式沉淀結(jié)晶在金屬表面。試驗(yàn)證明，在密閉空間內(nèi)浸泡過(guò)柴油的磷化層對(duì)鋼板有防銹蝕作用。

在結(jié)構(gòu)上，油箱中間縱向隔板取消，增加1個(gè)橫向隔板，以此減少燃油縱向波動(dòng)沖擊，同時(shí)在油箱蓋板增加1個(gè)人孔蓋，提高維保人員對(duì)油箱內(nèi)部進(jìn)行清理的便利性，同時(shí)在油箱整體酸洗磷化時(shí)方便排氣和排液。

2)油箱頂部可拆卸部件盡量采用不銹鋼材質(zhì)，如圖8所示。

回油管蓋板以及備用加油口與柴油接觸時(shí)間較短，容易生銹，將其材質(zhì)改為不銹鋼，同時(shí)在備用加油口增加法蘭結(jié)構(gòu)用于隔絕碳鋼和不銹鋼?；赜凸芊ㄌm下方增加1個(gè)方形不銹鋼防護(hù)罩，長(zhǎng)度200 mm，同時(shí)在法蘭上防護(hù)罩范圍內(nèi)增加1根內(nèi)徑10 mm的不銹鋼排氣管，以此收集并排除回油時(shí)產(chǎn)生的酸性氣體，減少酸性氣體對(duì)油箱內(nèi)部頂板的腐蝕。

3)油箱放油閥向下平移，油箱底板增加放油槽。放油槽和放油閥最下方距油箱底面13 mm，使油箱內(nèi)全部液體可以全部排出，如圖9所示。

4)原燃油管路中有兩級(jí)燃油濾清器，在其之前串聯(lián)一個(gè)雙聯(lián)粗濾清器，盡管損失2 kPa燃油壓力，但其較大濾網(wǎng)能夠有效分擔(dān)燃油中較大的雜質(zhì)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)在線更換工作狀態(tài)、到段后清洗、不需要更換濾網(wǎng)等，保障了車輛的運(yùn)營(yíng)。

(a)改進(jìn)前:油箱頂部可拆修部件為碳鋼 (b)改進(jìn)后:油箱頂部可拆修部件為不銹鋼

(a)改進(jìn)前 (b)改進(jìn)后

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)替換燃油箱后的列車進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整，并通過(guò)半年的列車運(yùn)營(yíng)跟蹤，未再發(fā)現(xiàn)動(dòng)力包自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，列車運(yùn)行平穩(wěn)，驗(yàn)證了對(duì)燃油箱局部結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝調(diào)整的可行性，對(duì)后續(xù)類似項(xiàng)目的分析和設(shè)計(jì)提供了一定的借鑒和參考。