王 锴

(中国铁路广州局集团有限公司广州铁路轨道装备有限公司 广东 广州 510800)

1 问题描述

JW-4G型轨道车是电气化铁路日常维修、检测、大修、施工、应急抢修的重要设备，其发动机型号为潍柴WP12型(见图1)，轨道车质量状态将直接影响到铁路运用和运输安全。某轨道机车分公司主要负责轨道车大修、年修，在2019年共发生JW-4G型轨道车发动机水温高故障6件，通过深入调查分析，6件故障中：节温器不动作2件、传感器故障1件、冷却风扇故障1件、温控开关烧损1件、水泵漏水1件，是影响大修质量的不利因素。发动机水温高俗称“开锅”，会导致以下危害：(1)发动机动力衰减、功率降低；(2)早燃、爆燃现象频发，导致零部件承受额外冲击性负荷而过早损坏；(3)润滑状况恶化，运动件之间磨损加剧；(4)零部件机械性能下降，致使变形或损坏。所以，水温高将加速发动机老化进度，缩短发动机使用寿命甚至直接报废，因此解决发动机水温高问题迫在眉睫[1-2]。

图1 潍柴WP12型发动机

2 冷却系统工作原理

JW-4G型轨道车采用的是水冷却系统，通过循环冷却水将发动机多余的热量带走，发动机的正常工作温度为80 ℃～90 ℃，JW-4G型轨道车内部有一套完善的发动机冷却系统，是保障轨道车运行时水温在可靠范围内的主要装置，其主要构成如图2所示[3]。

图2 发动机冷却系统的组成

冷却液在JW-4G型轨道车冷却系统的循环线路包括2条路径，一条是小循环，另一条是大循环，当水温低于71 ℃时，节温器未打开，水未经过散热器而进行循环流动叫做小循环，此时发动机继续工作，水温继续升高，当水温超过71 ℃时，节温器打开，水经过散热器而进行的循环流动叫做大循环，如图3、图4所示[4-5]。

图3 小循环 图4 大循环

JW-4G型轨道车除了水冷系统外，还配置有风冷系统，由液力马达驱动冷却风扇工作，形成的高速空气流直接吹响散热器的外表面，将热量吹散到大气中去，以此保证发动机处于最佳的工作温度范围内。

3 原因分析

造成JW-4G型轨道车发动机水温高的主要原因如下：

(1)冷却风扇不动作。造成热量无法及时排出，累积后导致发动机水温逐步上升，最终超过正常范围，JW4G型轨道车冷却风扇由液力马达驱动其工作，冷却风扇作用是提高散热器表面空气流动，增加散热效果，加速水的冷却。冷却风扇设置在散热器后面。

(2)冷却液不足。发动机冷却系统由于长时间工作，未在规定的时间进行相关维护保养，会出现漏液现象，造成冷却液慢慢流失，导致冷却水箱缺水，因此应按照年修规定，定期对冷却液进行检查，观察水箱里的冷却液是否处于最低刻度线以上，若低于最低刻度线，则及时补充冷却液至最低刻度线以上即可，若发现冷却系统密封性不足时，及时更换密封胶圈，并做紧固处理。

(3)节温器作用不良。节温器通常采用蜡式节温器，是控制冷却液流动路径的阀门(见图5)，发动机启机时，冷却液温度低，节温器未动作，冷却液流向散热器的通道关闭，而经水泵入口直接流入发动机机体或气缸盖水套，使冷却液迅速升温到满足发动机高速运转的温度，当水温达到71 ℃时，节温器主阀开启，冷却系统循环路径形成，冷却液进入散热器，并经水泵流回发动机进行大循环。如果节温器出现卡滞、失效或功能衰减使阀门开度变小等故障时，发动机冷却系统大小循环将受影响，致使发动机热量无法及时散出，最终导致发动机水温高。

1—主阀门；2—盖和密封垫；3—上支架；4—胶管；5—阀座；6—通气孔；7—下支架；8—石蜡；9—感应体；10—旁通阀；11—中心杆；12—弹簧。图5 蜡式节温器

(4)发动机水泵故障。水泵为冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却系统可靠，JW-4G型轨道车采用离心式发动机水泵，如图6所示，当发动机曲轴通过皮带驱动水泵叶轮逆时针旋转时，水泵中的冷却液在离心力作用下被甩向水泵壳体边缘，在外力的作用下，冷却液从出水口流出；在叶轮中心轴产生负压，致使散热器中冷却液经由进水口被吸进，再被甩出至出水口。当发动机水泵发生故障时，发动机热量交换的水将无法进行循环和更新，热量一直积累无法有效散出，最终导致水温过高。同时当水泵皮带张力不够时，驱动性能下降，将无法带动水泵旋转，也会导致冷却系统水温高，因此应调整皮带压力或者更换皮带。水泵皮带张力未达到80 N时，调整皮带压力，达到(130±10)N。

1—水泵壳体；2—水泵叶轮；3—进水口；4—出水口。图6 离心式发动机水泵

(5)水箱堵塞、水箱漏水故障。水箱堵塞将造成大循环无法形成，水箱漏水将导致冷却液泄漏而造成冷却液不足，从而影响水冷系统工作，造成发动机水温高的故障(见图7)。

1—进水室；2—进水管；3—散热器芯；4—散热器盖；5—出水室；6—出水管。图7 冷却系统散热器装置

(6)微机显示屏或者微机控制器故障。微机显示屏是人机交互界面，通过微机界面获取水温，如果JW-4G型轨道车微机或控制系统故障，将造成显示屏误显示水温高。

综上，对发动机水温高的原因及处理方案的归纳如表1所示。

表1 发动机水温高原因汇总表

4 应对措施

(1)大修时对发动机易损部件进行全面梳理， 督促发动机委外修厂家及时更换节温器、 温度传感器、 水泵等， 并在发动机大修时进行现场跟班管理， 对未更换易损部件的行为当场提出并通报处理。

(2)掌握冷却液补充标准， 一般冷却液加注到膨胀水箱高度2/3，最低不应低于1/3。并在发动机启机5分钟后，待冷却系统管路中空气排尽后，再次检查冷却液水位。观察冷却液最低液面情况，若不达标及时补充，杜绝出现冷却液低于最低液面的问题。对膨胀水箱注入冷却液时，注水速度不宜过快，方便管路内空气充分排尽。

(3)轨道车运行前应检查膨胀水箱水位状况，不符合标准时应按工艺进行补充，同时要确保散热器及管路无泄漏；避免出现冷却水温在小于60 ℃或大于100 ℃时，运行发动机的情况。

(4)由于轨道车长期野外作业，散热器上会有过多灰尘，影响冷却效果，因此轨道车每运行3～4个月，要用空压机吹扫积尘。

(5)运行过程中，应检查冷却风扇驱动装置的状况，冷却风扇每运行1 500 h时，应拆下来清洗表面灰尘，然后对驱动环节加入3#锂基润滑脂，并注意不与其他型号的润滑脂混用。

(6)冷却系统因长期工作而积有较多水垢时，将严重影响其散热性能，因此，换季保养时，要对JW-4G型轨道车冷却系统发动机水套及散热器内的水垢进行清洗。

5 结束语

在JW-4G型轨道车维护保养中，将文中所述的6条预防措施应用到实践中，2021年该公司检修的12台JW-4G型轨道车，仅发生1件水温高故障，并通过更换液力马达使故障彻底消除，故障率从原先的35%降低至8.3%，发动机水温高故障得到了有效控制，保证了线上正常运输秩序。