内燃机车性能实验节能降耗研究

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1内燃机车检修调试过程的现状

1.1确定检修成本消耗模型。内燃机车实验过程中的主要成本构成为人力和机车动态实验中的柴油损耗，其中由于内燃机车功率和运行状态的不同，机车油耗有较大差异，这里设定内燃机车性能试验每小时油耗记为l1L，柴油每L单价记为Y1元，每小时每人人力成本记为Yr元。机车组装后初始实验阶段需各专业配合实验并进行过程中的故障处理，所需人员数量记为R。忽略检修生产过程中随时间产生的其他费用。则机车实验过程中每小时的直接成本S1=l1*Y1+Yr*R，过程中因配件更换等原因产生的额外成本记为Sq。1.2生产组织过程中的成本消耗计算。原检修生产过程中全部性能调试和故障处理需要机车启动后进行测试检查，同时机车启动后各专业常规检修必须停止，但机车实验检修过程中的人力成本不因作业人员的状态而变化，即机车实验过程中会造成人力成本的浪费。常规机车实验用时为1h，机车出现故障或其他原因进行非常规机车动态实验的情况下耗时不定，但最基本的故障处理也需机车启动半小时，复杂的故障则需要四五个小时甚至更长，结合非常规机车启动的概率，设每次机车非常规启动时间为X个小时，则造成的成本浪费L=S1*X+Sq。

2内燃机车检修调试过程的优化

2.1内燃机车检修调试过程优化的基础。内燃机车作业网络图分并行和前后进行，并行作业中，各环节的作业对总的作业进度影响较小，但需单独进行的作业程序中浪费的时间就会造成整个系统检修的停滞，除造成本身成本损耗外，还会造成连锁待工损耗。而机车实验就属于限制最强的一个环节。从以上成本的计算过程中发现，如果实验过程中的故障处理能减少机车启动时间，将大大节约检修成本。对内燃机车的结构构成进行分析得，内燃机车的控制系统主要采用原始继电器搭建的控制电路，电路中采用的也主要是模拟信号，高压到低压信号的传递如图1。对系统进行简单的分析可得，由于内燃机车主要依赖的是外部电路的控制，结构简单，逻辑思路也十分清晰，因此整个系统的拆分也较为简单。对系统拆分后会发现，各环节间传递的无非是电压信号，虽然高压无法进行模拟，但变压电阻后的低压信号却是可轻易模拟的，即在变压电阻后加入一个低压模拟信号，用来模拟机车启动后的状态以此来进行机车的调试和故障的查找。最后实验完毕后，再进行一次性的实验确认。2.2典型案例分析。如图2和图3，为DF8B型内燃机车微机位主电路接地保护功能的电器原理图。当图中DK开关置微机位时，机车主电路中的零电位点通过715-209-DK触点-208-672-676-R19-678-R20-677-666支路连通接地点。当主回路中产生高电位接地点或低电位点接地时，都会与零电位点产生电势差，并通过接地点构成回路，形成漏电电流。漏电电流通过限流电阻R19和R20形成漏电电压信号，经电流传感器SCM4输送给微机漏电电流信号。机车在牵引、电阻制动或自负荷工况下，如果接地电流大于950mA或在30min内3次大于500mA，则主发电机功率限制为0，微机屏显示“主回路接地”并记录，同时微机报警灯亮。如果该保护功能异常是不允许进行下一步实验的，同时该系统是对机车主电路进行保护，即机车启机后主发电机产生200V以上的高压电后，且必须保持系统持续运作，才能进行必要的检查和实验。由于在该过程中机车始终处于加载中，机车各电路带电且运动部件持续转动，所以车上其他专业人员严禁作业，整个检测过程中由于系统是相互关联影响的，因此故障判断的准确较低，最快的故障处理时间约3h。并且整个过程中还要通过更换配件对比数据的方法进行故障点的定位，因此还要造成配件检修成本的增加。笔者在班组实习的过程中遇到过一个典型的微机接地故障处理案例，故障处理耗时超过5个小时，并且更换相关微机插件和电流传感器后故障依然存在，所以故障处理陷入僵局。笔者通过分析电路图和微机接地保护的原理，首次提出利用模拟实验和排除法确认故障点的思路。即，通过电路图分析可知，虽然微机接地位时给微机系统输送信号的传感器（SCM板）叫电流传感器，但实际其输入端接收的是电压信号，输出的也是电压信号。具体的是将主电路的漏电流通过限流电阻R19、R20转化成电压并通过1比1的变比输送给微机1-10V的电压信号，同时起到隔离高压，保护微机系统的作用。既然已知道微机接收的是电压信号，并且10V以内是安全的，那么就可以用干电池直接模拟信号，判断具体的故障点。通过模拟后我们发现，当微机接收到6V模拟信号后，微机屏显示机车漏电流600mA。当在SCM板输入端加6V模拟信号后，在输出端也能测到6V输出信号。按照以上的模拟实验结果，各环节都能正常工作，问题应该出在细节处。于是进一步进行细节区分时发现，SCM板输入端加正电压输出为正电压，当输入端为负电压，输出即为负电压，但给微机输入正电压时，微机能有效识别，输入负电压时微机却无反应。再次对比不同机车发现DF11型机车的微机系统可识别正负电压，对SCM板无特别要求。但是DF8B型内燃机车的微机只能识别正电压信号，所以需要SCM板自身具备整流的功能。原先机车使用的SCM板均具备整流功能，所以未出现类似难以解决的问题，原车SCM板故障，新更换SCM板不具备整流功能，更换正确SCM板后故障消除。并且区别于传统故障查找方式，本次故障查找不仅快速定位了故障点，并且整个过程的机车动态试验时间不超0.5小时，对平行作业的影响较小。由于前期故障处理是采用模拟信号的方法，机车未启动，车上其他专业人员正常作业，未造成人力的浪费，同时，实际操作过程中发现，分部模拟的方法有利于快速定位故障点。由于单次的故障处理具有特殊性，进行保守估计，原故障处理需要启机2h，优化流程后需要启机时间为0.5h。2.3成本节约计算。程序优化后，设启机减少的时间记为Tj，则因启机时间减少节约的成本L2=S1*Tj=（l1*Y1+Yr*R）*Tj我们不妨根据实际情况简单估算各参数值，带入公式测算测算一下节约的成本。柴油每L价格Y1取0号柴油市场价5元，内燃机车性能试验每小时油耗l1取50L，每小时每人人力成本记为50元，Tj取3小时，R取6人，则L2=（50*5+50*6）*3=1650元。如果该类机车调试一天只发生一次，一年的作业时间按240天计算，则该程序优化只在减少启机时间一项上所节约的成本就有396000元。实际检修系统中，关键环节的时间优化，就等于整个系统的时间优化，如配件供应环节、配件检修成本、各环节管理成本等的节约。因此实际节约的成本要是该数值的数倍甚至十数倍。2.4系统优化分析该系统的优化带来的不仅仅是机车调试过程中成本的节约，还有相关部门的成本节约，故障的快速定位，减少了配件的更换，而更换后的配件是需要重新检测入中心配件库，这个过程中的成本损耗节约也相当可观。关键是该环节的优化并不需要购入高价值设备，利用现有的设备设施优化实验方法即可实现。因此，内燃机车正是因为其技术相对简单可规划性强，合理的规划可带来整体的效益提升。

3结束语

内燃机车的各检修过程具有共通性，各检修过程的流程可根据内燃机车的检修特点进行重新分类整合。特别是在技术逐渐革新，而内燃机车逐步退出主流市场的情况下，部分配件本身的状况和供应环境不断恶化，待料待工的情况不断突出，因此造成的成本压力不断加剧。除了不断优化外部检修环境的方法外，优化内部流程势在必行。采用更适合现状的新标准进行现有资源的分类，整合和再分类，以达到减少检修瓶颈，降低检修成本的效果。

参考文献：

[1]创新内燃机车检修模式探索与实践[J].工程技术研究，2020，01：255-256.

[2]铁路内燃机车常见故障与维修[J].科技经济导刊，2020，04：153-154.

[3]内燃机车主电路接地故障诊断方法探讨[J].中国设备工程2020，03：73-74.

作者:时振泽 单位:中国铁道科学研究院