DF4D型机车联合调节器功率调节系统的改进*

章仕明

(中国铁路广州局集团有限公司 长沙机务段， 长沙 410001)

DF4D型机车自上线运行以来，各配属长沙机务段即普遍反映存在柴油机润滑油因黏度上升而超标换油的惯性故障。长沙机务段自1997年开始在全路率先配属使用该型机车，至1999年柴油机润滑油因黏度上升而超标换油的现象即表现得异常突出。为降低机车运用成本，长沙机务段自1999年12月开始对这一问题进行攻关。通过对机车换油数据与机车状态检查结果的分析[1]，我们发现引起柴油机润滑油黏度上升的主要原因就是柴油机低转速(700,800 r/min)功率高，且换油公里与柴油机低转速的功率值有明显的关联关系，通过采取控制柴油机功率曲线的措施，使柴油机润滑油因黏度上升而超标换油的现象得到了有效控制。

但自2010年开始，这一问题又变得突出起来。从2011年11月长沙机务段恢复成立以来，即组织对该故障进行攻关，仍采取1999年提出的控制柴油机功率曲线的措施。通过一年多的故障攻关活动，取得了明显的效果，不仅换油台数下降明显，机车质量也明显提高。但2012年因黏度上升而超标换油的总数量仍高达70台次，说明故障没有根本解决，还有待进一步的研究。

1 问题的提出

在2012年攻关活动中，DF4D型机车在功率调整过程中，暴露出以下问题：一是部分机车存在功率曲线调整困难；二是部分机车根本无法调整至段修规程规定的范围。

功率调整困难表现在作用顶杆、偏心轮、悬挂点3个关键点的位置要反复调整，尤其是偏心轮的位置调整起来比较困难，更增加了调整的难度。

功率曲线无法调整的问题，则表现在无法同时满足段修规程对柴油机800,900,1 000 r/min 3个点的功率要求，最后只能优先保证柴油机1 000 r/min的功率，而牺牲对其他两个转速点的要求。甚至出现过柴油机1 000 r/min 的功率根本无法达到要求的情况。在2012年有两台机车在处理过程中，功调螺栓与作用顶杆咬合到极限位置，柴油机标定转速的功率仍达不到要求，最后只好取消锁紧螺母以增大调整范围，调整结束以后再将功调螺栓与作用顶杆焊接在一起，才解决问题。且此种情况下柴油机800 r/min的功率值都超过段修规程的上限值。

鉴于长沙机务段针对DF4D型机车柴油机润滑油因黏度上升而超标换油故障所采取的攻关措施，都是围绕如何保证DF4D型机车柴油机功率曲线而开展的。故功率曲线无法调整以及调整困难，对DF4D型机车柴油机润滑油因黏度上升而超标换油的攻关活动而言，不仅不利于攻关活动的进一步深化，也不利于已有攻关成果的巩固。

因此，解决柴油机功率曲线调整问题，对节约成本，提高机车质量，都有重要意义。

2 原因分析

2.1 联合调节器恒功率调节的基本原理

图1所示为联合调节器功率调节系统示意图。调整结束以后，在柴油机恒功率工作区域的任意柴油机转速值下，柴油机稳定工作时偏心轮的位置是不变的。因此，在调速器的恒功率调节区域，功调轮的位置(对应一定的柴油机转速值)发生变化时，只有通过功调螺栓支点销的位置(对应柴油机高压油泵的供油量)变化，才能使偏心轮回到柴油机稳定工作的位置。也即柴油机转速值给定，功调螺栓支点销的位置(高压油泵的供油量)也就给定了，以此保证在柴油机恒功率工作区域的任意柴油机转速值下，柴油机的功率不变。

1-功调螺栓支点销；2-功调螺栓； 3-锁紧螺母；4-作用顶杆；5-偏心轮； 6-功率滑阀；7-连接板；8-悬挂点； 9-连扳；10-功调轮。图1 联合调节器功率调节 系统示意图

同时，功率调节系统可以看作是以偏心轮与悬挂点为联合支点的双支点杠杆系统。正是双支点的存在，一是保证了系统的柔性，使得功率调节过程中功率滑阀可以垂直上下运动；二是在悬挂点、偏心轮的位置整定以后，对应功调轮不同的位置，有与之对应的杠杆比(功调螺栓支点销位移/功调轮位移)，也由此确定了柴油机的功率曲线。通过调整悬挂点、偏心轮的位置，即可以改变这一系统在功调轮位置不变时的杠杆比，也就改变了柴油机的功率曲线。

调整功调螺栓支点销的位置对柴油机功率曲线进行调整时，如缩短功调螺栓与作用顶杆螺纹咬合长度，不管功率调整轮在什么位置，为保证偏心轮在稳定工作状态，都需要作用顶杆向上增加相应的位移，亦即增加高压油泵一定的刻线值；反之增加功调螺栓与作用顶杆螺纹咬合长度，则为保证偏心轮在稳定工作状态，须减少高压油泵一定的刻线值。

2.2 产生前述故障的根源

通过对柴油机功率曲线调整困难以及功率曲线根本无法调整至段修规程规定范围的机车进行认真检查，所有机车都有一个共同点，那就是与机车正常情况下同一工况比较，无论是空载还是负载，柴油机高压油泵的刻线都偏大。据联合调节器恒功率调节的基本原理进行分析，可以得出结论，高压油泵的性能下降后，为满足柴油机1 000 r/min时功率的需要，要求的高压油泵刻线增大，要达到这一目的，一是通过调整悬挂点与偏心轮的位置，增大功调系统的杠杆比；二是通过调整，缩短功调螺栓与作用顶杆螺纹咬合长度，增加高压油泵一定的刻线值。由于调速器功率调节系统杠杆比调节范围的限制，在满足柴油机1 000 r/min时功率的情况下，功调螺栓与作用顶杆螺纹咬合长度需要缩短的值过大，其结果，一是造成柴油机800 r/min时功率高；二是如需要缩短的功调螺栓与作用顶杆螺纹咬合长度过长，功调螺栓与作用顶杆咬合到极限位置也无法满足要求，造成柴油机1 000 r/min的功率根本无法达到要求。

3 解决方案

要解决以上问题，最根本的途径无疑是提高高压油泵的质量。但要在短时间内彻底解决高压油泵的存在问题，则不仅工作量巨大，而且费用昂贵。因此，有最终采取通过对调速器功率调节系统加以改进的方式，先解决柴油机功率曲线调整的问题，再逐步解决高压油泵性能下降的问题。

根据前述分析，采取针对性的解决方案:

(1)对调速器功率调节联合杠杆进行改进，以增大功调系统杠杆比的调整范围。

(2)对功率调节系统作用顶杆进行改进，适当减少作用顶杆的长度，使通过功调螺栓与作用顶杆螺纹咬合长度进行功率调整时，增加高压油泵刻线值的调整范围。

该方案仅是在原设计的基础上，无论是对杠杆比还是对高压油泵刻线值的调整范围，都只是增大了调整范围，原有调整范围仍包含在改进以后的方案之中，原有设计的调整范围内的所有调整点，在改进后能完全再现。

4 实施与效果

采用前述方案，在10台存在前述问题的DF4D型机车上进行试验，取得了立竿见影的效果，不仅前述问题都得到了彻底的解决，而且功率曲线调整变得更加容易，由原来的专业技术问题，变成了班组人员都能调整的简单问题。

2013年对所有的机车都按此方案进行了改进，取得了一样的效果。

通过以上改进，使得2012年开始的减少DF4D型机车黏度超标换油台数的故障攻关取得了进一步的成果，经济效益非常明显。表1所示为2012～2017年DF4D型机车黏度超标换油数据。

由表1数据可以看出，DF4D型机车黏度超标产生的换油量按每千机公里计算，与2012年比较，除2016年因走行千机公里数大幅下降造成一定的波动以外，2013年至2017年，呈现出逐步下降的趋势。充分说明方案的有效性，同时由于改进后柴油机功率曲线的调整比改进前变得简单，使得问题的解决很彻底，未出现反复。

表1 DF4D型机车黏度超标换油数据