空调发电车散热单节泄漏试验台研制(铁路车辆段柴油发电机QC小组)

~~空调发电车散热单节泄漏试验台研制昆明铁路局昆明车辆段柴油发电机QC小组课题类型：创新型2017年3月

前言昆明车辆段是昆明铁路局管辖内唯一的客车车辆段，负责全局准、米轨客车、发电车、路用客车、动车组的定期检修和日常运用维修任务，现配属客车1937辆，其中空调发电车有62辆。空调发电车是一座在钢轨上移动的电站。空调列车是全封闭列车，其空调、照明、采暖、电开水炉、旅客信息系统、安全监控系统等用电设备都依靠发电车的电力运行。发电车的柴油机冷却系统如出现问题，将影响整列空调旅客列车的安全运行。小组概况小组名称柴油发电机QC小组课题类型创新型课题空调发电车散热单节泄漏试验台研制培训时间人均48小时活动时间2016年5月至2017年3月活动制度2至3次/月序号姓名年龄性别学历技术职称组内职务1尹俊杰42男大专高级技师组长2黄锴42男中技高级技师副组长3赵自亚44男大专首席技师组员4任进生34男大专技师组员5李志祥37男大本工程师组员6陈金庄26男大专中级工组员7张嘉25男大专中级工组员8杨弘昀22男大本见习组员9周静37女大本工程师业务指导10葛阳29男大本助工业务指导11楚明52男大专工程师业务指导12李继优26男大专中级工组员历年获奖情况2016年《减少空调发电车康明斯柴油机段修质检故障》获得局级、省级优秀QC小组称号一、选择课题（一）空调发电车柴油机冷却系统简介空调发电车主要采用了康明斯KTA19型柴油机，冷却系统采用水冷却方式,该系统主要由水泵、水滤清器、节温器、散热单节、膨胀水箱等组成。其工作原理是：水温低于65℃时,节温器关闭,柴油机内循环工作；水温在65℃至85℃间，节温器处于半天状态，内、外循环冷却同时开启；水温超过85℃,节温器全开,柴油机外循环工作（见下图）。（二）散热单节简介1.散热单节结构特点散热单节重量为9.8㎏，主要由进、出水口法兰，散热单节框架，进、出水口空心连接铜板，散热片等组成，结构尺寸如下：散热单节结构尺寸图（单位：mm）2.散热单节工作原理柴油机冷却水从上端进入散热单节,从下端流出，在冷却风机的作用下，空气与散热单节中的冷却水进行热交换，降低冷却水温，保证柴油机冷却水得到适宜温度。（二）提出问题中国铁路总公司2015年7月1日正式实施的《铁路客车电气装置检修规程》（铁总运【2015】29号），对发电车柴油机冷却系统作出规定：“散热器进行0.4MPa气压试验，保压5min无泄漏。”（三）现状介绍散热单节的最大问题是泄漏，泄漏点主要位于空心铜板与法兰连接处中部（见下图）。我段现有散热单节泄漏试验装置是一个利用风压加压，一次只能对一只散热单节进行试验的简易装置。2016年5月小组成员对段修散热单节泄漏试验进行了统计，情况如下表：序号车号散热单节数量（只）作业人员单只散热单节试验平均时间（分钟）辆均散热单节试验总用时（分钟）199786342赵自亚、吴珊19798299782142尹俊杰、陈金庄18756399779742任进生、李继优20840499899836黄锴、吴珊21756599842036赵自亚、黄锴19684平均39.6两人19.4768.24从统计表我们可以看出，由于该试验装置每次都需进行拆卸、组装，加水、排水等重复工序，以发电车辆均39.6只散热单节计算，完成一辆发电车的散热单节试验两人需用时768.24分钟（12.80小时），工作效率极其低下，已经严重影响空调发电车段修任务的完成。中国铁路总公司《铁路客车电气装置检修规程》（铁总运【2015】29号）发布后，由于段修发电车检修周期较短，加之人手紧张，为保证顺利完成段发电车检修任务，散热单节主要是委外进行试验检修。委外试验检修支出费用为100元/只，以发电车每月辆均2.5辆计算，每月仅委外就需要39.6×100×2.5=9900元。为保证检修质量，段技术科要求对委外检修返回的散热单节按30%比例进行试验抽查，也就是每辆发电车最少还需投入两人花费768.24×30%=230.47分钟（3.84小时）进行散热单节的试验抽查。发电车中循环冷却水是保证柴油机正常运转的必要条件之一。我们对2016年1至5月发电车柴油机循环冷却水系统故障进行了统计，如下表所示：序号冷却系统故障部位件数（件）故障百分比1散热单节3758%2柴油机部分1524%3水管路813%4冷却塔框架35%累计63100%从发电车柴油机循环冷却水系统统计表及饼图可以看出，循环冷却水系统故障主要为散热单节故障。我们对上述散热单节故障进行了统计，如下表所示：序号散热单节故障部位件数（件）故障百分比1散热单节泄漏故障2876%2散热单节散热片故障616%3散热单节螺栓松动故障25%4散热单节框架破损故障13%累计37100%从散热单节故障统计表及饼图可以看出，散热单节故障主要为泄漏故障，只要解决散热单节的泄漏问题，就可以有效防止冷却水泄漏，从而提高柴油机运行平稳性，减少发电车运用故障。解决散热单节的泄漏试验装置，可以有效满足《铁路客车电气装置检修规程》（铁总运【2015】29号）中的相关要求和检修工艺标准，同时有效控制散热单节的泄漏问题。经过以上分析，我们发现：无论从提高试验散热单节工作效率，还是控制委外检修试验费用支出、降低生产成本，以及满足检修段修发电车的时间要求，研制散热单节泄漏试验装置已迫在眉睫。为确保课题具有创新性,小组将该课题向路局科学技术委员会申报科研立项,并进行科技查新，未找到相应结果。经分析讨论，小组决定研制一套具有推广价值的散热单节泄漏试验装置，并将“空调发电车散热单节泄漏试验台研制”作为本次QC活动的课题。二、设定目标目标值：将空调发电车散热单节辆均试验时间从12.8小时/辆降至≤4小时/辆。三、提出方案并确定最佳方案（一）方案的提出散热单节泄漏试验装置制作专用试验台,实现自动升降散热单节泄漏试验装置制作专用试验台,实现自动升降采用风源作为动力源散热单节泄漏试验台利用现车结构,投资少制作各管道口封堵采用加压装置加压整车泄漏试验装置有高空作业,安全性差制作冷却塔试验装置冷却塔泄漏试验装置采用加压装置加压散热单节安装困难,安全性差多人操作需加满水,试验完成后需排水采用肥皂泡原理,便于观察两人操作制作简单,成本少制作困难,成本高试验效果应实践验证对各方案进行分析论证征求领导意见,得到领导支持申报科研成果水压试验,泄漏点不易观察水压试验,泄漏点不易观察通过亲和图我们得到了三套方案:（二）最佳方案确定为确定最佳方案，小组从效率、安全、人员、成本、技术可靠性、可行性等方面进行了比对，并对方案进行评估，制作了对比评估表：通过分析可以看出：整车泄漏试验装置效率高，但安全性、可靠性、可行性差，并需要大量作业人员且实现困难；冷却塔泄漏试验装置效率高，但安全性、可靠性、可行性略差，操控性不好且投资大；而散热单节泄漏试验台投资少，安全性、可靠性、可行性、操控性好，只需确定试验数量即可。因此，最终确定了散热单节泄漏试验台这一最佳方案。（三）最佳方案细分优化1.散热单节总体结构优化选择根据散热单节泄漏试验台整体设计思路，QC小组将其分为水池、散热单节安装台、升降装置，控制阀及管道等四部分。为了使研发过程更加高效、合理、科学，针对散热单节泄漏试验台试验数量的问题，小组成员集思广益，制定了一次试验3只、6只、9只三种方案，并对几种方案进行了评估对比。序号方案优点缺点综合评价是否采用1散热单节泄漏试验台（3只）1.试验装置移动方便。2.制作费用低.研制难度低。3.散热单节易安装。1.试验效率低。2.费工费时。差不采用2散热单节泄漏试验台（6只）1.制作费用适中。2.制作难度适中。3.试验效率较高.1.移动困难。2.散热单节安装不方便。好采用3散热单节泄漏试验台（9只）1.试验效率非常高。2.省工省时。1.试验装置无法移动。2.散热单节安装非常困难。3.制作费用较高，难度较大。差不采用针对试验台密封性、焊接性、强度的问题，小组成员上网查询和市场调研各种制作材料。经过调查，发现制作材料主要有铸铁、45号钢、铝合金、不锈钢四种，并对几种材料进行了统计分析：序号材料名称优点缺点综合评价是否采用1铸铁价格低，具有高强度和硬度，韧性、耐磨性好。重量重，抗腐蚀性和氧化差，精度差，密封性差，不易焊接。差不采用245号钢结构性能好，具有高强度和较好的切削加工性，耐冲击，经热处理后具有一定的韧性、塑性和耐磨性。较重，表面硬度低，抗腐蚀性和氧化较差。良不采用3铝合金价格低重量轻，散热效果好，强度高。易变形，易氧化，抗腐蚀性较差，密封性差，导热性高，焊接工艺要求高。良不采用4不锈钢重量轻，耐腐蚀性好，耐氧化，耐高温、耐低温，具有高强度、硬度，高耐磨性，可塑性好。价格偏高。好采用2.散热单节安装台优化选择为提高散热单节安装效率，小组成员集思广益，对散热器安装定位方式进行了分析对比：序号材料名称优点缺点综合评价是否采用1传统螺栓固定式固定方式简单，设计简单，制作成本低。试验效率低，固定散热单节费工费时，操作困难。差不采用2手动压具固定式散热器安装效率高，固定相对方便，操作简单。需自主设计。好采用3整体自动固定式整体同步自动固定，效率极高。制作成本极高，因散热单节安装面有高有低，实现整体固定研制难度较大。差不采用3.水池优化选择经过充分调查研究，小组成员对散热单节试漏水池提出了固定式和可移动式两种方案，并对两种方案进行了分析对比：序号方案名称优点缺点综合评价是否采用1固定式水池设备管理方便。安装需要场地，需要专门布置风水管道，排水沟等，散热器安装不方便，操作困难，整体制作成本较高。良不采用2移动式水池工作场地灵活，不需要专门布置风水管道，排水沟等，散热器安装方便，操作方便，研制成本低。移动时需用叉车。好采用4.升降装置优化选择为了实现最佳方案的升降设计要求，小组成员进行了上网查询和市场调研，找到了螺旋式手动升降、电动升降、气缸升降三种升降控制方式，并对三种方式进行了分析对比：序号方案名称优点缺点综合评价是否采用1手动螺旋式升降制作成本低，研制难度低，安全性好。试验效率低，操作困难，费工费力。差不采用2电动升降操控性好，省时省力，试验效率高。制作成本非常高，安全性差，研制困难。良不采用3气缸升降操控性好，省时省力，试验效率高，安全性好，研制难度适中。气缸定位困难。好采用在确定了气缸控制升降后，小组成员针对气缸马上进行了上网查询和市场调研。经过调查，目前市场气缸主要有单作用气缸、双作用气缸、旋转气缸、无杆气缸几种，并对四种型号气缸进行了分析评估：序号名称图片工作原理适用范围是否采用1单作用气缸气腔输入压缩空气，实现单向运动的气缸，复位需要外力作用。多用于短行程，其推力及运动速度均要求不高场合。行程达不到要求，不采用。2双作用气缸两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。适用于中、大型设备。研制成本高，不采用。3旋转气缸将缸体本身固定在旋转体上与旋转负载一起旋转,供气组件是固定不动的。适用于特殊设备。行程方向难控制，不采用。4无杆气缸利用活塞直接或间接方式连接外界执行机构，并使其跟随活塞实现往复运动的气缸。节省安装空间，气缸行程大。符合试验装置研制需求，采用。气缸型号确定后，小组成员对升降方式提出了各自的看法。经过统计，主要有水池升降和安装台升降两种：序号方案名称优点缺点综合评价是否采用1水池升降管道定位简单。水池注满水后过重，安全性差，气缸负载过大。差不采用2散热单节安装台升降操控性、安全性好，升降省力。安装台管道易磨碰。好采用5.气管优化选择按照最佳方案设计思路，小组成员通过上网查询和市场调研，对气道使用的气管进行了调查并比对：序号气管形式优点缺点综合评价是否采用1常用胶质气管成本低，可塑性好。耐磨性、耐高压、耐腐蚀性差，易老化变形。差不采用2高压透明气管成本低，耐高压，可塑性好，便于观察管道内情况。耐磨性差，强度、硬度较低。好采用3镀锌管耐高压，成本低，具有高强度、硬度，高耐磨性。可塑性差，耐腐蚀性、耐氧化较差。良不采用4不锈钢管耐高压，耐腐蚀性好，耐氧化，耐高温、耐低温，具有高强度、硬度，高耐磨性，可塑性好。成本高。好采用经过比对，我们根据最佳方案各部功能情况，在下端易磨碰、易腐蚀的部位选用不锈钢管；在支撑架、气缸、各阀间选用1MPa高压透明管。6.散热单节泄漏试验台最佳优化方案经过对最佳方案的层层优化，我们制定了散热单节泄漏试验台的最终方案：四、制作对策表在最终研制方案确定后，我们小组立即制定了如下对策表:对策措施表序号项目对策目标措施负责人地点完成日期1研制准备根据制作材料进行工装、材料的准备充分调研比对，减少研制过程中的困难，并缩短研发周期。1.根据最佳方案采购研制所需工装及材料。楚明、葛阳、黄锴学习室市场2016.52散热单节安装台研制确定安装台结构尺寸，提高散热单节安装效率各部尺寸合理准确，安装台满足设计要求。1.确定安装台结构尺寸。2.设计安装台图纸。3.按图纸进行施工。4.安装台验证测试。张嘉、任进生、赵自亚学习室现场2016.73水池研制确定水池结构尺寸，并循序渐进研制各部尺寸合理准确，整体结构满足设计要求。1.确定水池结构尺寸。2.设计水池图纸。3.按图纸进行施工。4.水池验证测试李志祥、赵自亚学习室现场2016.74升降系统研制确定升降结构尺寸，并定位连接各部件确保研制的成功，功能100%满足设计要求。1.确定升降系统各部结构尺寸。2.设计升降装置图纸。3.按图纸进行施工。4.升降装置验证测试。尹俊杰、陈金庄、路科学习室现场2016.85控制阀、压力表及管路组装根据各部件位置及设计要求选配组装各阀及管道选配到位，排管合理,试验台能有效控制升降、给气、保压、排气的设计要求。1.根据方案选配各阀、表。2.设计各阀、表、气管位置及走向。3.各部件组装4．给气测试及尺寸测量。李继优、黄锴、杨弘昀学习室现场2016.86散热单节泄漏试验台试用选择段修车进行散热单节泄漏试验检验试验台各项性能参数能满足段修规定要求。1.选择现有段修车进行泄漏试验。2.安排专人跟踪记录各部性能参数。尹俊杰、周静、黄锴现场2016.9五、对策实施实施1.研制前的准备为了减少研制过程中的困难，并缩短研发周期，我们根据最佳方案对急需工装、材料进行了采购准备。序号名称型号规格单位数量1小型氩弧焊机金象TIG-250台12无杆气缸亚德客400mm只23夹具手动垂直式只244型材切割机（不锈钢材料切割）φ350mm台15高压气管φ10mmm306不锈钢板8mmkg2007不锈钢板2mmkg1408不锈钢管φ10×8mmm69不锈钢方管50×50mmm1210不锈钢槽钢10m611不锈钢螺栓M10×16mm颗100实施2.散热单节安装台研制根据试验数量、散热单节结构特点及定位方式，我们确定了散热单节安装台结构尺寸，并按1：100比例绘制了安装台图纸：我们按照图纸利用型材切割机等设备进行加工，并采用金属焊接技术进行最终焊接，制作出散热单节安装台。采用M10×16mm不锈钢螺栓将手动垂直式夹具安装到安装台上，并在相应位置制作定位挡板。垂直夹具定位档板垂直夹具定位档板散热单节安装台经实际测量，各部尺寸符合图纸设计要求，散热单节安装方便，符合设计预期目标。实施3.水池研制小组成员充分考虑，并根据散热单节安装台结构特点，水池的安全、排水、承重等问题以及最佳方案总体设计思路，绘制出了水池图纸：严格按照图纸，利用型材切割机等设备进行加工，并采用金属焊接技术进行最终焊接，水池得于顺利完成。水池完成后，我们对水池的进行了注、排水测试，并对各部尺寸进行测量，均符合设计要求。实施4.升降系统的研制根据所选气缸结构特点，水池结构尺寸，安装台升降方式以及最佳方案设计要求，我们按1：100比例绘制了升降支撑架图纸：根据图纸尺寸要求，我们使用型材切割机等设备进行加工，制作出槽型支撑架，并采用金属焊接技术按设计要求与水池进行最终焊接固定。根据设计要求，在支撑架两端内侧合适位置安装行程为400mm的无杆风缸并固定。支撑架及气缸安装实际效果图支撑架及气缸安装实际效果图出于安全及定位考虑，我们在气缸活塞引出板与安装台间制作了专用连接板及安全限位板。在水池与安装台尺寸定位后，我们采取了螺栓连接与金属焊接的方式对其进行了连接。升降支撑架研制完成并与水池、安装台连接后，我们对各部尺寸进行了测量，各部尺寸符合图纸及方案设计要求。实施5.控制阀、压力表及管路的组装根据无杆气杆的工作原理，我们选配了HV-04型的1MPa的气压调整装置的双向调节阀，实现气缸双向进气、排气功能。根据散热单节试验台设计要求及各部位实际情况，我们选配了气动开关（包括油水分离器、气阀、调压阀、压力表等）、铜接头、不锈钢阀等，并按照合理、实用、美观的原则将各部进行了有机结合。在各阀、管道完成后，小组成员进行了给气泄漏试验，检查各部无泄漏，各部结构合理，各部功能正常，达到最佳方案设计预期目标。实施6.散热单节泄漏试验台试用试用过程：1）检查散热单节泄漏试验台各部良好，向散热单节泄漏试验台加注试验所需水位（淹过试验散热单节最少10mm），将试验风管连接至散热单节泄漏试验台准备试验。试验台加注水试验台风管连接试验台加注水试验台风管连接2）用铲刀将散热单节安装面清洁干净，装上新的密封O形圈，抬到泄漏试验台定位，调节试验台散热单节安装座俩端的压紧螺栓，将散热单节固定无泄漏。安装座压紧夹具安装座压紧夹具3）把试验台升降阀开启至降位，使安装台降至最下端，关闭排气阀，打开主供气阀，调整气压至0.4MPa，保压5min，观察散热单节有无泄漏。散热单节保压压力表主压力表及压力调节阀主供气阀散热单节保压压力表主压力表及压力调节阀主供气阀保压试验中注意观察散热单节泄漏情况排气阀保压试验中注意观察散热单节泄漏情况排气阀4）试验完后将试验台升降阀开启至升位，关闭主供气阀，打开排气阀排尽试验台空气，然后松开散热单节安装座压紧螺丝，抬下散热单节按泄漏情况进行分类存放。拆卸前排尽空气关闭供气阀拆卸前排尽空气关闭供气阀5）试验完毕，将散热单节泄漏试验台试验用水排尽，取下试验用连接风管收好，试验台归位放好。在试验过程中，小组专人全程记录试验步骤和数据：散热单节泄漏试验中散热单节安装台升降良好，升降气缸作用良好。双向开关、1、2、3号压力表正常，1、2号调压阀正常，试验中调压至0.4MPa保压5分钟，保压过程中气压稳定，各项指标达到预期设计要求。六、效果检查1.目标效果检查散热单节泄漏试验台投入试用后，我们对段修发电车散热单节泄漏试验进行了连续跟踪调查，2016年10至12月段空调发电车散热单节泄漏试验数据统计如下表：序号月份段修车号散热单节数量（只）作业人员试验准备（分钟）平均每组试验时间（分钟）试验台收整（分钟）发电车散热单节试验总用时（分钟）11099781742李继优15121010999781942尹俊杰14131111621199780842任进生16131211999822036黄锴15141111031299820936赵自亚14121096平均39.61人14.812.810.8110（1.83小时）从统计表我们可以看出，空调发电车散热单节泄漏试验台使用后，试验效率大幅提高，发电车散热单节泄漏试验时间从12.8小时/辆降至1.83小时/辆。经过现场实践，空调发电车散热单节试验台实现了空气过滤、升降控制、保压控制等各项性能，满足了《铁路客车电气装置检修规程》（铁总运【2015】29号）的检修要求，解决了试验台的可操控性、安全性等问题，而且一人即可操作，提高了散热单节的检修质量及试验效率。我们的目标实现了！2.经济效益散热单节泄漏试验台投入试用后，我们对2016年10至12月段修发电车散热单节试验泄漏数量进行了统计：序号月份段修车号散热单节总数（只）散热单节泄漏故障数（只）110997817421029978194293119978084294998220365512998209366辆平均39.67.8从统计表我们可以看出，段修发电车因长时间运用而存在了许多安全隐患，辆均试验泄漏7.8只。据此我们制作了散热单节泄漏试验台试用前后委外的费用开支表：项项目名称散热单节（只/辆均）委外试验检修费用（元/只）平均段修发电车（辆/月）总计(元/月)使用前39.6100