液压挖掘机涡轮增压器故障的分析与处理

2021-11-18 11:12柯良雄周海宁
装备维修技术 2021年34期
关键词:故障排查典型案例工作原理

柯良雄 周海宁

摘? 要:通过分析涡轮增压器在运行过程中的常见故障及典型案例剖析,了解其工作原理和性能,为日后处理故障提供参考依据

关键词:工作原理;典型案例;故障排查;分析处理

1 前言:

液压挖掘机在露天矿开采中有至关重要的作用,可用于采坑岩石剥离、煤炭装运、道路修筑等多用途功能,而涡轮增压器作为其发动机的核心部件,工况好坏直接影响输出功率,涡轮增压器在同样排量状况下增加了输出功率,具有很好的经济效益。下面将对涡轮增压器故障进行系统分析,以供日后检修作参考。

2 涡轮增压器工作原理介绍:

涡轮与压气轮在同一根轴上安装,当发动机正常运行时排出的废气驱动涡轮,以使压气轮以相同的速度旋转,涡轮的速度取决于废气的压力、温度、数量,再通过控制装置如旁通阀、喷头等调整,达到符合要求的转速,同时进入增压器的热空气经过中冷器冷却后再进入发动机,使密度和温度都增高,在同样的排量下,燃烧更充分,发动机功率明显提高,获得了很好的经济性效益。

3、常见故障分析

3.1油路故障

渦轮增压器故障常因油路引起为主,故障有漏油,供油压力不足或回油不畅,油质不佳等。

3.1.1漏油的主要因素

增压器以密封环为间隔,确保各密闭腔室轴承润滑良好,如密封环损坏或与轴间隙过大,就会出现漏油现象;安装不规范或由增压器本体温度过高,都会造成密封失效;轴承与轴之间产生间隙,旋转振动加剧,增大冲击,破坏了动平衡,当间隙达到一定程度会使两端密封破坏,损坏增压器。

3.1.2供油压力不足或回油不畅

若发动机油泵供油压力低或回油不畅,造成轴承和轴润滑不良而损坏。涡轮增压器的转速随负荷增加而增加,机油供给量随之增加,如果供油滞后将造成轴承损坏;日常要定期清理供油管路,确保供油正常。

3.1.3油质不佳

若机油中含有杂质,在高速旋转中加速对涡轮增压器轴承及密封环的磨损;若机油长时间未更换,逐渐会氧化变质,掺杂燃油和废弃物等直接影响机油粘度和耐高温性。

3.2气路故障

3.2.1杂质进入发动机气路

增压器高速运转中若有杂质进入气路,先是异常响声再到损坏涡轮叶片,功率损失,进而击坏增压器机外壳。

3.2.2进气量不足

空滤需根据工作状况定期清理和更换,如若空滤不干净,进气不畅,会导致发动机转速降低和动力不足。

3.2.3进气温度过高

每个涡轮增压器都有设计最高速度和最高温度,持续的超速超温运转会造成机械失效。增压器正常运转发动机排气温度不允许高于750℃。气门损坏或间隙调整不当,喷油提前角过小等原因,造成柴油燃烧不充分,进去排气管二次燃烧,导致排气温度过高,排气管和增压器发红。增压器机体温度过高会引起增压器密封损坏,机件变形,润滑油老化变质,轴承咬死等。

4、典型故障案例分析与处理

4.1典型故障1

4.1.1故障描述:某露天矿一台液压挖掘机CAT374正在采坑挖掘土方,司机突然感觉行动缓慢,挖掘无力,发动机冒黑烟。

4.1.2故障排查:修理工针对司机描述的故障,进行初步排查,对燃油系统和进气系统逐项排除后,对涡轮增压器进行了拆解,打开后发现叶轮叶片损坏,更换新的涡轮增压器后,挖掘机可以正常作业,故障排除。

4.1.3故障原因分析:在12月初,北方气候寒冷,司机午后操作时,直接将发动机调到强行挖掘模式,转速升至1800-2100rpm之间,挖掘装车10车以后,发现挖掘无力,手柄操作明显感觉动作缓慢,发动机冒黑烟,司机赶紧停车报修。经现场检查,涡轮增压器外壳有损伤,初步判断是涡轮增压器故障,于是拆解涡轮增压器,发现进气叶轮、叶片和叶轮壳体发生触碰而损坏,浮动轴承严重磨损,涡轮增压器轴断裂。为了分析原因,进一步检查了涡轮增压器进油管和回油管,属正常无堵塞。通过发动机Insite,查看发动机ECU记录,无增压器超速故障记录,进一步查看显示,确定为发动机启动时没有怠速运转而是直接进入强行挖掘模式,短时间内告诉运转,机油压力无法到达涡轮增压器进行润滑,造成浮动轴承与转子轴间未形成润滑油膜,在高速高温下加剧浮动轴承与转子轴间磨损,长时间后,转子轴在承受压气机叶轮和涡轮高速旋转产生的扭矩下断裂。

4.2典型故障2

4.2.1故障描述:某露天矿一台利勃海尔964C液压挖掘机在夜晚作业,司机发现涡轮增压器及排气管亮红,以前未出现类似状况,及时汇报停机。

4.2.2故障排查:维修工排查发动机进气系统,空滤芯和进气管道没有堵塞进灰迹象,发动机进气管无泄漏,中冷器外观无裂纹漏气,然后拆解了涡轮增压器,查看涡轮增压器正常,没发现问题。鉴于这种情况,技术部门查找了相关涡轮增压器发红及高温的相关资料,再对其他设备跟踪对比,发现另外一台同型号挖掘机作业无此症状,于是决定对发动机进气系统进一步拆解深层次检查。把中冷器短路,直接与发动机连接,发现故障现象消除进而判断为中冷器堵塞。由此确定为进气量不足,燃油在气缸内燃烧不充分,而未完全燃烧的油气进入排气管后二次燃烧,从而导致排气温度过高,对涡轮增压器构成危害。

4.2.3故障原因分析:涡轮壳和轴承外壳发红、涡轮卡死增压器对柴油机的排气温度(涡轮进气温度)要求很严,一般不能超过750℃。长时间使增压器过热发红,将导致增压器的轴和轴承退火、烧死,叶轮和叶片变形,密封损坏,甚至卡死或因供油管路高温造成机油劣化变质而导致局部乃至发动机整体润滑不良。发动机排气温度过高的原因很多,具体原因有:(1)气门间隙过小,使气门封闭不严,燃烧过程中部分油气外逸,气缸工作压力过低,导致燃烧不完全;(2)气门间隙过大,引起配气相位不正确,或配气相位本来就有偏差,导致气缸内燃烧不完全;(3)气门座烧损、有裂纹,被压缩气体流失,燃烧过程上中出现富油燃烧,气缸的实际压缩比小于设计值;(4)喷油提前角过小,造成滞后燃烧;(5)喷油器工况不良,燃油雾化程度低,易产生富油燃烧或滞后燃烧;(6)发动机缸套及活塞环磨损后密封不良,出现类似气门间隙不正确和配气相位有偏差时的情况;(7)进气歧管出现漏气现象,实际起不到增压作用,吸气行程中缸内负压较高,实际进气量减少,燃烧过程中因油气浓度过高而燃烧不完全;(8)对于带中冷器的增压发动机,若中冷器损坏,则稀薄的高温、高压空气进入气缸,运行过程中会因油气浓度过高燃烧不完全。

5、注意事项

(1)发动机启动后应怠速运转 2~3min,然后空载提升大臂,进行全车热车,这样即可使发动机的润滑机油达到工作温度和压力,以免突然增加负荷时因浮动轴承与转子轴间无油而加速磨损,也可使全车液压系统和机械部件“预热”。(2)使用符合标准的机油并经常检查机油量,若润滑油不合格会造车润滑不良。粘度过高的机油,冷启动时油膜建立滞后;粘度低的机油不能建立稳定的润滑油膜。(3)按照说明书要求保养发动机,更换三滤,清洗进气系统。(4)挖掘机在大功率工作后应怠速运转 2~3min后关闭发动机,以免润滑机油丧失压力,转子靠惯性转动时得不到润滑而损坏。

6 结论

挖掘机发动机涡轮增压故障维修是一件技术要求较高的工作,我们必须悉知发动机控制系统的工作原理,掌握基本构造的情况下,才能有效的排除故障。同时在日常使用中要科学保养,确保机械正常运行。

参考文献:

[1]北龙 涡轮增压器? 2010

[2]吕军华 浅谈液压挖掘机涡轮增压器发动机故障处理? 2013

[3]徐培胜 废气涡轮结构设计.

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