机车制造检修工艺及装备(第1章)

1、本课程的主要内容一、有关国内铁路机车用柴油机的主要结构二、机车柴油机组装工艺三、机车柴油机试验工艺 主要以大连厂16V240ZJD型、戚厂16V280ZJ型柴油机为例拟达到的目的：对机车柴油机的基本结构主要组成部件的基本结构柴油机的组装工艺、试验工艺有比较深入的了解主要使用范围：参考书目东风4D型内燃机车大连机车车辆厂16V280柴油机 戚墅堰机车车辆厂东风4B型内燃机车大连机车车辆厂目录第一章 概论 第一节 柴油机总体布置 第二节 主要技术参数 第二章 固定件 第一节 机体与油底壳 第二节 连接箱、泵支承箱和弹性支承 第三节 曲轴箱防护装置 第四节 柴油机盘车机构 第五节 气缸套 第六节 轴

2、瓦 第三章 运动件 第一节 活塞组 第二节 连杆 第三节 曲轴 第四节 减振器 第五节 弹性联轴节 第六节 传动装置第四章 配气机构 第一节 配气机构总体 第二节气门机构 第三节 气门驱动机构 第四节 气缸盖 第五章 控制系统 第一节 控制系统综述 第二节 调节器的原理、结构及使用 第三节 控制机构 第四节 调控传动装置与极限调速器第六章 燃油系统 第一节 燃油系统的组成及工作 第二节 燃油箱、燃油输送泵、燃油预热器、燃油粗滤器和精滤器 第三节 喷油泵、喷油器、高压燃油管 第四节 喷油泵凸轮型线 第五节 燃油的不正常喷射第七章 机油系统 第一节 机油系统的作用与分类 第二节 柴油机的机油系统

3、第三节 主要部件结构与要求 第四节 机油第八章 冷却水系统 第一节 冷却水系统综述 第二节 柴油机冷却水系统 第三节 冷却水系统的主要部件 第四节 冷却液第九章 增压系统 第一节 增压系统综述 第二节45GP802涡轮增压器 第三节 空气中间冷却器第十章 柴油发电机组的装配和调整 第一节 总装配中的一些概念和总则 第二节 零部件的清洗 第三节 柴油发电机组的部件组装 第四节 柴油发电机组总装配第十一章 柴油机试验 第一节柴油机性能试验 第二节柴油机台架试验第一章 概 论 国外内燃机车发展概况 从20世纪40年代开始，国外许多国家开始制造内燃机车。 到20世纪50年代左右一些国家先后停止了制造蒸

4、汽机车，转而大量生产内燃机车并将其投入使用。 例如美国在大规模内燃化的十年左右时间内，平均每年增加内燃机车2000台左右，年投入运用的最高台数达3500多台。 但当时机车功率一般在1470千瓦以下，较大功率也不超过2205千瓦。 从60年代到70年代初期的几年，一方面内燃机车的数量继续增加，另一方面机车功率迅速提高。 在此期间各国除大量生产并投入运用14702205千瓦的中等功率内燃机车外，还生产了许多29404855千瓦的内燃机车。 最近几年来，国外内燃机车的研究主要表现在努力提高内燃机车的可靠性、耐久性和经济性，以及防止污染、降低噪音等项目上。（例如：延长大修周期、提高机车轮周效率等等）

5、我国内燃机车发展概况 从19581959年间我国开始仿照国外内燃机车试制自己的产品。其中的机车和柴油机基本上是参考和仿造国外内燃机车产品设计制造的，采用直流电力传动配二冲程和四冲程柴油机，设计水平较低，可靠性较差。 从19641971年间开始定型并批量生产内燃机车。其中的机车和柴油机基本上还是参考和仿造国外内燃机车产品设计制造的，仍是采用直流电力传动配二冲程和四冲程柴油机。 1969年以后我国开始了自行设计和开发内燃机车。机车采用了自行开发的国产四冲程中速和高速柴油机，由交直流电力传动代替了直流电力传动。同时，液力传动技术也有了很大提高。这中间包括了大部分型号的国产内燃机车。例如：东风4、东风

6、4B、东风4C等等电力传动内燃机车。东方红3和北京型等液力传动内燃机车。 1989年以后，采用与国外合作和进一步自行开发的方式，研制开发了采用新技术的内燃机车。主要是采用了240和280系列柴油机，大多采用了微机控制技术内燃机车，同时采用了架悬式或滚动抱轴箱式转向架，交直流电力传动。代表机车有：东风8、东风11、东风4D等等。 近来，我国正在研制第四代内燃机车。主要是以交流电力传动、微机控制、径向转向架及柴油机电子喷射技术等为特征的。 目前，引进国外内燃机车。1 国产内燃机车与世界先进水平的差距 我国国外内燃机车及其柴油机的最大使用功率3675千瓦44104697千瓦内燃机车最高运行速度160

7、千米/小时200千米/小时机车大修周期（8010）万千米120万160万千米机车柴油机油耗率204克/千瓦.小时186克/千瓦.小时内燃机车轮周效率3544%356%柴油机电喷技术1999年1993年内燃机车微机控制1986年1984年批量径向转向架研究试验1992年使用国家工艺水平较低较高 平均功率逐年提高：年代功 率 等 级 千瓦（马力）1965757 （1030）19751147 （1560）19851492 （2030）19901588 （2160）19951683 （2290）19981880 （2558）单机最大功率也逐步提高：年代功率千瓦（马力）19581470 （2000）19

8、692425 （3300）19843307 （4500）19903609 （4910）19973675 （5000）目前4410 （6000）近代铁路机车对柴油机提出如下要求：恰当的功率，使机车具有足够的牵引力和速度高的可靠性和维修性，以满足铁道机车的可靠性、可用性、维修性和安全性要求好的经济性，使铁道机车具有低的LCC(寿命周期费用)低的废气排放和噪声，使内燃机车满足所要求的各项排放法规 从20世纪80年代以来,先进的新型机车柴油机绝大多数都是四冲程、高废气涡轮增压、直接喷射、高强化的中速柴油机近代柴油机技术状况1、仍然采用四冲程中速柴油机具有较高的经济性，较长的寿命，利于增压强化（1） 气

9、缸直径不再扩大 机车限界尺寸和轴重的限制 一般在D=240-280之间（2） 缸径行程比S/D 仍采用长行程柴油机 S/D=1.1-1.3的范围内（3） 活塞平均速度Cm=12m/s2单机功率继续增加，强化程度不断提高（1） 平均有效压力提高 Pe=2.02.5 MPa 与10年前相比提高1520%（2） 强化系数Pe.Cm不断增大 Pe.Cm 25-35 比10年前提高了30%左右3经济性大幅度提高10年来燃油消耗率下降1015g/kw.h国外达到190 g/kw.h 国内 204-210 g/kw.h（1） 最高喷油压力提高 国外一般在150200 MPa 提高了30% 国内一般在120

10、MPa 共轨式高压喷射系统（2） 废气涡轮增压器效率的改善（3） 最高燃烧压力PZ的提高 PZ每升高1 Mpa，油耗率约降低2.5 g/kw.h 国外一般在15-23 Mpa、 国内一般在12-15 Mpa 提高PZ的主要措施之一是提高压缩比近代机车柴油机技术新进展1 设计、研发的新理念（1）预测设计和虚拟技术利用计算机技术和信息网络技术将经验设计逐步变为网络设计虚拟设计、虚拟装配电子样机、虚拟运行、虚拟制造、虚拟维修整个发动机借助Pro-E系统以三维形式表示出来、缩短了研制周期，节约了人力、物力。（2） 并行工程改变过去在柴油机设计时只考虑柴油机本身的习惯，将涉及其他专业学科开发、销售、用户

11、服务、制造、供货等结合起来一并考虑2 维修性和模块化设计3 共轨式电子燃油喷射系统4 柴油机电子控制管理系统5 机车柴油机的废气排放第一节 柴油机主要结构1 . 固定件：机体、油底壳、气缸套、连接箱、 泵支承箱、弹性支承等2 . 运动件：活塞组、连杆组、曲轴等3 . 配气机构：凸轮轴、进排气推杆、顶杆、 摇臂、横臂、气门、气缸盖等4 . 控制系统：调速器、调控传动装置、 控制拉杆等5 . 增压系统：增压器、中冷器、进气稳压 箱、进气支管、排气支管、 排气总管6 . 燃油系统：燃油滤清器、高压油泵、 高压油管、喷油器7 . 机油系统：主机油泵、机油滤清器、 各润滑油道等8 . 冷却系统：水泵、进

12、水支管、进水总管 出水支管、出水总管等第二节 柴油机总体布置以16V240ZJD型柴油机 为例 16-缸数 V-气缸排列形式 240-气缸直径 Z-增压 J-机车用 D-改型A、B、C图11b 16V240ZJD型柴油机纵剖面图1机座支承；2油底壳装配；3机体装配；4连杆装配；5喷油泵装配；6喷油器装配；7配气机构；8空气冷却器；9气缸套总装配；10活塞装配；11盖罩装配；12凸轮轴装配；13机油系统；14NCC105机油泵；15水泵；16NC67-11A型减振器；17泵传动装配；18泵支承箱装配；19燃油系统；20传动机构装配；21调控传动装置；22控制机构；23冷却水系统；24增压器； 2

13、5增压系统；26联合调节器C3X型；27油气分离器；28连接箱；29盘车机构；30曲轴装配；31弹性联轴节。机体采用铸焊组合机体，由整体铸钢主轴承座与钢板焊接而成。横截面为六边形。气缸套采用带有冷却水套的湿式气缸套。活塞采用两种，一种为整体薄壁球铁活塞，一种为整体锻铝活塞。连杆采用并列连杆。曲轴为合金球墨铸铁曲轴。曲轴的输出端通过联轴节与主发电机的转子相连，机体的输出端通过连接箱与主发电机定子连接。齿轮系统布置在自由端，压装在曲轴自由端上的曲轴齿轮，通过传动齿轮驱动凸轮轴。泵支承箱布置在机体的自由端，箱体上安装有机油泵和高低温水泵。安装在曲轴自由端的减振器用来降低曲轴系统的扭振振幅。泵主动齿轮

14、安装在减振器体上，用来驱动机油泵和高低温水泵，泵主动齿轮上的法兰伸出箱体外，可用来驱动机车上的辅助装置。调速器设置在自由端的左上方，由左侧凸轮轴通过调控传动装置驱动。16个气缸套分两排按V型排列在机体里，夹角为50，气缸盖用六个M362的气缸螺栓连同气缸套一起紧固在机体上，气缸内的活塞通过连杆由曲轴带动，作上下往复运动。两排气缸的外侧有各自的喷油泵和气门驱动机构，由布置在机体两侧腔内的凸轮轴驱动。机体两侧中部有进水总管和支管，向气缸套供冷却水。机体形夹角内，其上层为空气腔，与安装在机体顶部的稳压箱共同形成空气稳压腔，其下层为主机油道。稳压箱上方安装了一根排气总管，两端各与一台VTC25413增

15、压器相连，中冷器设置在增压器旁边，压气机出来的增压空气经中冷器冷却后进入稳压箱，按配气相位先后次序要求进入到各气缸。 柴油机设有超速停车机构、机油末端油压继电器和曲轴箱压力差示压力计等装置，对柴油机实行保护，在调控传动装置上还设有紧急停车按钮，当出现非常状况时，可实行手动紧急停车保护。 整个柴油发电机组采用四个橡胶弹性机座支承支承在机车底架上。16V280ZJ型柴油机总体布置采用横截面为六边形的球墨铸铁铸造机体合金钢曲轴钢顶铝裙组合活塞斜切口齿型连接的并列连杆采用湿式气缸套曲轴前端用锥面与减振器连接，曲轴后端用整体法兰与联轴节连接输出功率。第三节 柴油机主要技术参数 16V240ZJD型柴油机

16、的技术参数型柴油机的技术参数型式 四冲程、型、水冷、直接喷射、开式燃烧室、燃气涡轮增压、增压空气中间冷却气缸数16 气缸直径mm240活塞行程mm 275总排量L 199.05压缩比 12.4:1UIC标定功率kW 3240 最大运用功率 kW 2940标定转速r/min 1000最低稳定转速r/min 430标定转速时活塞平均速度m/s 9.17标定工况时的平均有效压力Mpa 1.95标定工况时的爆发力 Mpa 14曲轴转向（面对输出端） 顺时针发火次序 1 3 7 5 8 6 2 4 / / / / / / / /16 14 10 12 9 11 15 13 配气相位(按曲轴转角)进气门开

17、 上止点前 50进气门关 下止点后 42排气门开 下止点前 50排气门关 上止点后 50供油提前角 20.5气门冷态间隙mm 进气门 0.2 排气门 0.8喷油器启喷压力 Mpa 3435标定功率时的 排气温度 排气支管 520 排气总管 620标定功率时的燃油消耗率 g/kWh 214标定功率时的机油消耗率 燃油消耗率的1.5%润滑方式 压力机油循环冷却方式 压力水冷循环机油质量 kg 900标定功率时机油末端压力 kPa 400柴油机机油出口温度 98柴油机冷却水出口温度 98柴油机起动方式 电机启动柴油机外形尺寸（长宽高）mm533917903085柴油机质量（干重） kg2260016

18、V280ZJ、16V280ZJA型柴油机主要技术参数型式： 四冲程、型、直接喷射燃烧室、废气涡轮增压、增压空气中间冷却气缸数 16 气缸直径mm 280活塞行程mm 285单缸排量L 17.55压缩比 12.5:1标定转速：1000 r/min最大转速：1100 r/min最低空载转速：400 r/min超速停车转速：11201150 r/min 16V280ZJ、16V280ZJA标定功率 3675kW 3680kW最大功率 4045kW 4246kW 平均有效压力 1.572MPa 1.650MPa 爆发压力 13.24MPa 13.72MPa压缩压力 2.652.95MPa曲轴箱正压力

19、0.6kpa燃油消耗率 211-218 g/kw.h 208-215 g/kw.h 空载油耗 16kg/h喷油器喷射压力：25.5MPa配气相位(按曲轴转角)进气门开 上止点前 59进气门关 下止点后 44排气门开 下止点前 69排气门关 上止点后 64供油提前角 22发火次序 1 3 7 5 8 6 2 4 / / / / / / / /16 14 10 12 9 11 15 13 GEVO16柴油机总体布置和结构特点 柴油机的16个气缸分成左、右两列，两列气缸呈V型45夹角。 柴油机自由端，前端盖组件（IFE）紧固于机体前端面。在前端盖组件的上面安装左、右两台增压器；在增压器下面的前端盖组

20、件内各安装一个抽屉式的中冷器；在自由端下边的左侧安装一台水泵，右侧安装一台润滑油泵；在左侧下方，装有一个加油口和油尺。 曲轴置于机体的主轴承上。在柴油机气缸内，空气与燃油混合燃烧后的燃气推动活塞作往复运动，并通过连杆推动曲轴作旋转运动。 曲轴输出端由压装于曲轴轴颈上的法兰盘通过螺栓与主发电机的转子连接，将柴油机的作功传给主发电机。曲轴输出端的轴颈上还压装有曲轴齿轮，通过惰轮带动凸轮轴齿轮，驱动凸轮轴运转。 与曲轴自由端法兰连接的齿轮带动水泵齿轮和润滑油泵齿轮，驱动水泵和润滑油泵运转。曲轴自由端还安装一个调整柴油机扭转振动的减振器。 两根凸轮轴分别置于机体左、右两侧的凸轮轴轴承上。 凸轮轴的配气

21、凸轮推动气门驱动机构，控制气门的开闭；凸轮轴的燃油凸轮推动喷油泵下体的滚轮，使喷油泵产生高压燃油。 装在喷油泵外侧的电磁阀，接受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。 喷油泵输出的高压燃油经由高压油管和喷油器向气缸喷油，供柴油机燃烧作功。 在柴油机V型的左、右两侧，布置燃油进油总管和燃油回油总管。 并在柴油机左、右两侧的机体平面上从上至下各装有八个凸轮轴检查孔盖和曲轴箱检查孔盖。 打开这些盖可检查凸轮轴和曲轴和的情况，曲轴箱检查孔盖还设置曲轴箱的防爆装置。， 机体V型夹角内的下部铸出冷却水腔，在其上面安装一个进气和出水管组件。其下部为进气总管、上部为出水总管。 经过中

22、冷器冷却的空气，经由安装中冷器的前端盖组件内腔进入进气总管，再送入各气缸。出水总管与接有增压器出水管的过渡管连接，将柴油机的出水送入机车的散热器进水管路。 在进气和出水管组件上方，靠外侧布置着两根排气总管，左、右各气缸的排气经各支管接入该侧的排气总管，再由过渡管与增压器的涡轮进气口连接，将高温的压力气体送入增压器，供涡轮作功 在柴油机后端，机体左后侧的凸块上安装有两个曲轴转速传感器。压装于曲轴后端的法兰盘上，有一个89齿（另加一个缺失齿）的齿圈。 曲轴转速传感器通过检测齿圈上的齿来确定曲轴在旋转过程中的位置，提供柴油机的电子燃油控制系统，确定供油时刻。柴油机上安装有电子燃油控制系统的各种传感器

23、，它们向计算机提供多种信息，计算机依此向电磁阀发出信号，操纵电磁阀的动作，从而控制柴油机的功率和转速，并实现各种保护功能。 靠输出端的右侧，安装有柴油机的盘车机构。 油底壳装在机体的底面。 柴油机的四个支承.分别装于机体靠自由端底部两侧和主发电机底部两侧。 柴油机吊运时，将起重吊钩拧入柴油机两侧的柴油机支承螺孔，和安装于机体输出端顶面的起重吊钩一起与柴油机吊具连接后，便可起吊柴油机。 结构特征 机体 带加强筋和角撑的单件铸铁结构 气缸套 离心铸铁，全加工 曲轴 硬化高质量钢材锻造，轴颈表面精磨 连杆 锻钢，连杆并排安装、结合面带倾角 减振器 粘性减振器 涡轮增压器 增压方式 恒压 型式 单级离

24、心式 额定增压比 3.35:1 额定流量 3.75 kg/s 压气机额定效率 81 % 喘振裕度 13 % 最大允许转速 27500 r/min 中冷器 结构形式 铜制管和散热片、钢制壳体中冷器效率 89%92%进口水温47 C出口水温70 C 主机油泵 曲轴齿轮驱动、正排齿轮泵流量：2175 L/min（额定转速1050 r/min时） 电子控制燃油控制系统型式 单体喷油泵、喷油器型号 Bosch控制方式 速度调节喷油器结构 全机械式喷油泵结构 电子控制高压燃油喷射泵 冷却水泵 曲轴齿轮驱动、离心式叶轮水泵流量：2270 L/min（额定转速1050 r/min时）GEVO16型柴油机具有如下结构特点：两列气缸呈V型45布置，这允许较大缸径的柴油机封装在一个窄的机车总宽度里，此正为机车柴油机所要求的。独立的动力组件安装于半隧道式的曲轴箱上。通过卸去最少数量的紧固件，即可将包括气缸盖、气缸套、加强套、活塞、连杆、高压油泵、气门挺柱和气门推杆的动力组件整体从柴油机中取出。此结构，可方便柴油机维护，缩短检修周期，避免冷却水对润滑油的影响等。 前端盖组件集中安装了增压器、中冷器、水泵、润滑油泵等部件，前端盖组件内还布置有空气、水、润滑油通道； 柴油机V型夹角里，从下至上设置有柴油机总的进水腔、进气道和出