HXN5型内燃机车柴油机轴箱超压问题分析与预防措施

单绍平

摘要：本文从HXN5型内燃机车柴油机曲轴箱相关零部件的工作条件、常见故障等多方面分析了曲轴箱超压问题的故障现象和故障原因，并提出了解决和预防曲轴箱超压的方法，有效避免了柴油机使用期间的曲轴箱超压事故的发生。

关键词：曲轴箱;超压;柴油机;预防措施

0  引言

HXN5型内燃机车是干线货运大功率交流电传动内燃机车，由戚墅堰机车有限公司及美国通用电气（GE）合作研制，由南车戚墅堰机车车辆厂制造。HXN5型机车采用外走廊、底架承载结构，单司机室操作，采用轴控式交流传动技术，装用IGBT变流器，额定功率达到4660kW，最大起动牵引力为620kN，最大运用速度和最大恒功率速度为120km/h。HXN5型内燃机车采用通用公司GEVO16型柴油机，与东风系列柴油机最大的不同是采用了燃油电子喷射系统，装在喷油泵外侧的电磁阀，接收电子燃油控制系统计算机发出的信号，控制喷油泵的供油定时和供油量。电子喷射提高了燃油的燃烧效率，改善了废气排放，目前，HXN5型内燃机车已经成为我国主流内燃机车机型。

在柴油机左、右两侧的机体平面上，从上至下装有八个凸轮轴检查孔盖和八个曲轴箱检查孔盖，机体、这些孔盖和油底壳共同构成密闭的曲轴箱，防止外部灰塵进入和内部油气外泄。为了防止曲轴箱超压，在曲轴箱检查孔盖设置了曲轴箱的防爆装置，当压力过高时，及时开启防爆安全阀，排出空气，降低曲轴箱压力;安装了抽气装置，确保曲轴箱和大气相通，通过安装在增压器上的引射管将曲轴箱中的空气引入大气，使曲轴箱始终保持负压。尽管如此，在机车使用过程中，仍然会出现曲轴箱超压故障的发生，造成柴油机非正常停机，列车停车，严重影响了铁路运行安全和铁路生产秩序，迫切需要探索出曲轴箱超压产生的主要原因，并提出具体的解决和预防措施，有效遏制或减少曲轴箱超压故障的发生。

1  曲轴箱超压机理及危害分析

曲轴箱是一个密封的箱体，机油存放在油底壳中。正常情况下，曲轴箱内压力由空气和机油油雾共同产生，经呼吸器抽吸后，曲轴箱内压力通常低于环境空气压力，在COP的压力可能显示为负值。当柴油机工作时，如果高温、高压燃气通过气缸和活塞的缝隙泄露到曲轴箱中，会造成曲轴箱压力变大，COP的压力数值就可能高于环境空气压力。在柴油机高负荷工作时，由于曲轴箱内的各运动零部件将机油高速甩出，并造成飞溅，以及一部分空气、燃气和燃油经气环泄漏入曲轴箱内，使曲轴箱内充满着油雾，并使曲轴箱内的压力逐渐增高，燃油油气使机油闪点大大降低，如果曲轴箱压力过大，这些油雾就会自行燃烧，引起曲轴箱燃烧爆炸事故。

为了避免曲轴箱爆炸事故发生，就必须严格控制曲轴箱压力，不能超压。当曲轴箱压力超过498Pa时，ECU将起到保护作用，控制柴油机停机，智能显示器提示故障信息：柴油机不运转;曲轴箱压力空气压力太高不能重启柴油机;曲轴箱压力超出上限。

2  曲轴箱超压原因分析

2.1 活塞头部裂损  活塞顶面与燃烧室中的高温燃气直接接触，长期在高温、高压环境下工作，在热应力的作用下，活塞顶部会造成局部变形，从而产生机械应力;活塞是组合式活塞（图1），采用内油道式冷却，如果出现机油压力低、机油温度高、机油黏度低等情况，会造成冷却不利，活塞头部热应力增大;活塞顶面的隔热层制造工艺不良或使用中遭到破坏，会使活塞顶部温度升高，会导致活塞头部热应力增大。在热应力和机械应力的作用下，活塞头部会出现网状裂纹和顶裙分离等故障，高温燃气通过裂缝进入曲轴箱，造成曲轴箱超压。

2.2 气缸套拉伤或磨损严重  柴油机在高负荷下工作时，由于风扇转速低或温控阀出现故障时，水温过高，出现冷却不利，气缸套和活塞配合间隙变小，造成活塞和气缸套拉伤;通过气环泵油，将机油带到气缸套和活塞之间，如果活塞环变形会出现泵油不良，使机油分布不均，造成润滑不良，造成气缸套拉伤;空气滤清器长期不清洗，柴油机进气时带入杂质，加上燃烧不充分残留的碳颗粒以及机油中的杂质，也会拉伤气缸套表面，同时加剧气缸套的磨损;连杆摆动产生的惯性力让活塞始终压向气缸套的前后两侧，造成气缸套偏磨，气缸套内孔由正圆变成椭圆（如图2）。高温燃气通过气缸套和活塞的密封面大量漏入曲轴箱，造成曲轴箱超压。

2.3 活塞环卡死或断裂  活塞环安装在活塞的环槽中，是密封燃气防止燃气进入曲轴箱的最关键部件。活塞环在高温、高压环境中工作，会产生较大的热应力和摩擦力，造成活塞环变形，机油和燃油的不完全燃烧，在活塞环槽中会产生积碳，在变形和积碳的双重影响下，活塞环往往会卡死在环槽中，甚至断裂。

在辅助过程中，当活塞向上运行时，在摩擦力的作用下，活塞环紧靠着环槽的下边缘，在向下运行时，活塞环紧靠着环槽的上边缘，保证活塞环的密封。在做功过程中，燃气压力大于摩擦力，在活塞环的自身弹力和燃烧室压力的作用下，活塞环紧靠着环槽的下边缘使燃气不泄露（如图3），当活塞环卡死后，活塞环就不能随着活塞的上下运动而运动，活塞环悬浮在环槽中，出现悬浮漏气。当活塞环折断后，活塞失去弹性，不能产生摩擦力，密封失效，漏气会更加严重。活塞环卡死是造成曲轴箱超压的主要原因。

2.4 油气分离器及管路故障  油气分离器安装在呼吸器管路中，将机油从空气中分离出来，避免污染排烟道和机油消耗，防止机油进入大气，造成环境污染。曲轴箱中的空气混有大量机油油雾，当这些空气通过油气分离器时，油气分离器将油和空气分离开来，机油流回曲轴箱，干净的空气排出大气。如果油气分离器或管路堵塞，造成呼吸器通道不畅，曲轴箱空气不能及时排出，也会造成曲轴箱超压。

2.5 引射管故障  增压器引射管穿过排烟道消音器，伸入到废气道中，当废气通过引射管时，在引射管中会产生负压，通过连接曲轴箱的呼吸器管路将曲轴箱中的油气抽到大气中。如果引射管接头松动脱落或者引射管有大量积碳将它堵塞，引射管就会降低或失去引射作用，导致曲轴箱中的油气不能及时导出，从而引起曲轴箱超压。

2.6 曲轴箱密封不良  曲轴箱要成为一个密封的箱体，必须保证孔盖的密封良好。柴油机机油加油口孔盖脱落或密封不良，曲轴箱孔盖和凸轮轴箱孔盖漏油或密封不良，都会导致外界大气吸入曲轴箱，造成曲轴箱超压。

2.7 其它零部件故障  气缸在机械应力或穴蚀作用下发生裂漏，气缸盖喷油器座水腔铸造沙眼造成滴漏，使冷却水进入油底壳，产生大量水蒸气，导致曲轴箱超压。机油管破裂等原因造成机油供应不足或压力低，造成摩擦表面出现瞬间缺油，导致曲轴和连杆出现碾瓦，使柴油机负荷升高，产生爆燃，大量燃气泄露入曲轴箱，出现超压。突降载荷或增压器故障等原因造成柴油机瞬时超速，产生爆燃，也会出现大量燃气泄露入曲轴箱，出现超压。

3  曲轴箱超压的预防措施

3.1 检查曲轴和活塞连杆组  盘车检查曲轴箱内曲轴和活塞连杆组可见部分，工作面不得有剥离、拉伤、裂纹、掉块。用螺丝刀拨动连杆，沿轴向拨动，移动自由无卡滞现象，连杆活动量不小于0.5mm，主轴瓦和连杆瓦不得有碾片。检查气缸套内壁应无拉伤及严重磨損。

3.2 检查油气分离器和引射管等部件  根据修程对油气分离器及管路进行更换或者清洗，保证油气分离器工作可靠。定期检查引射管和接头，引射管安装牢固无松动，相邻的两根引射管之间用塑料垫块隔离，防止接触磨损，引射管接头不得松动脱落。检查曲轴箱盖、凸轮轴箱盖和机油加油孔盖，保证密封良好。

3.3 检查活塞环密封情况  根据修程用示功阀检查气缸内的压缩压力和爆发压力，根据压力大小判断活塞环的密封状况，及时更换漏气严重的活塞环。防爆安全阀的频繁开启会增加机油的消耗量，定期检查机油的消耗量，消耗量异常增加也表明活塞环工作不正常，检查并更换不合格的活塞环。

4  结束语

在内燃机车的运用过程中，经常会遇到柴油机曲轴箱超压的情况，处理起来很麻烦，尽管处理方法多种多样，但效果不尽人意，严重影响到了行车安全和铁路运行秩序。本文在调查分析研究的基础上，从HXN5型内燃机车曲轴箱超压的各个方面分析了产生的主要原因，并提出了预防曲轴箱超压的具体措施，通过严格执行以上措施，在机车运用中，柴油机曲轴箱超压故障明显降低，不仅减少了故障发生的次数，缩短了检修时间，还节约了检修成本，收到了较好的效果。

参考文献：

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