液壓挖掘機渦輪增壓器故障的分析與處理

2021-11-18 11:12柯良雄周海寧
裝備維修技術 2021年34期
關鍵詞:故障排查典型案例工作原理

柯良雄 周海寧

摘? 要:通過分析渦輪增壓器在運行過程中的常見故障及典型案例剖析,了解其工作原理和性能,為日后處理故障提供參考依據

關鍵詞:工作原理;典型案例;故障排查;分析處理

1 前言:

液壓挖掘機在露天礦開采中有至關重要的作用,可用于采坑巖石剝離、煤炭裝運、道路修筑等多用途功能,而渦輪增壓器作為其發動機的核心部件,工況好壞直接影響輸出功率,渦輪增壓器在同樣排量狀況下增加了輸出功率,具有很好的經濟效益。下面將對渦輪增壓器故障進行系統分析,以供日后檢修作參考。

2 渦輪增壓器工作原理介紹:

渦輪與壓氣輪在同一根軸上安裝,當發動機正常運行時排出的廢氣驅動渦輪,以使壓氣輪以相同的速度旋轉,渦輪的速度取決于廢氣的壓力、溫度、數量,再通過控制裝置如旁通閥、噴頭等調整,達到符合要求的轉速,同時進入增壓器的熱空氣經過中冷器冷卻后再進入發動機,使密度和溫度都增高,在同樣的排量下,燃燒更充分,發動機功率明顯提高,獲得了很好的經濟性效益。

3、常見故障分析

3.1油路故障

渦輪增壓器故障常因油路引起為主,故障有漏油,供油壓力不足或回油不暢,油質不佳等。

3.1.1漏油的主要因素

增壓器以密封環為間隔,確保各密閉腔室軸承潤滑良好,如密封環損壞或與軸間隙過大,就會出現漏油現象;安裝不規范或由增壓器本體溫度過高,都會造成密封失效;軸承與軸之間產生間隙,旋轉振動加劇,增大沖擊,破壞了動平衡,當間隙達到一定程度會使兩端密封破壞,損壞增壓器。

3.1.2供油壓力不足或回油不暢

若發動機油泵供油壓力低或回油不暢,造成軸承和軸潤滑不良而損壞。渦輪增壓器的轉速隨負荷增加而增加,機油供給量隨之增加,如果供油滯后將造成軸承損壞;日常要定期清理供油管路,確保供油正常。

3.1.3油質不佳

若機油中含有雜質,在高速旋轉中加速對渦輪增壓器軸承及密封環的磨損;若機油長時間未更換,逐漸會氧化變質,摻雜燃油和廢棄物等直接影響機油粘度和耐高溫性。

3.2氣路故障

3.2.1雜質進入發動機氣路

增壓器高速運轉中若有雜質進入氣路,先是異常響聲再到損壞渦輪葉片,功率損失,進而擊壞增壓器機外殼。

3.2.2進氣量不足

空濾需根據工作狀況定期清理和更換,如若空濾不干凈,進氣不暢,會導致發動機轉速降低和動力不足。

3.2.3進氣溫度過高

每個渦輪增壓器都有設計最高速度和最高溫度,持續的超速超溫運轉會造成機械失效。增壓器正常運轉發動機排氣溫度不允許高于750℃。氣門損壞或間隙調整不當,噴油提前角過小等原因,造成柴油燃燒不充分,進去排氣管二次燃燒,導致排氣溫度過高,排氣管和增壓器發紅。增壓器機體溫度過高會引起增壓器密封損壞,機件變形,潤滑油老化變質,軸承咬死等。

4、典型故障案例分析與處理

4.1典型故障1

4.1.1故障描述:某露天礦一臺液壓挖掘機CAT374正在采坑挖掘土方,司機突然感覺行動緩慢,挖掘無力,發動機冒黑煙。

4.1.2故障排查:修理工針對司機描述的故障,進行初步排查,對燃油系統和進氣系統逐項排除后,對渦輪增壓器進行了拆解,打開后發現葉輪葉片損壞,更換新的渦輪增壓器后,挖掘機可以正常作業,故障排除。

4.1.3故障原因分析:在12月初,北方氣候寒冷,司機午后操作時,直接將發動機調到強行挖掘模式,轉速升至1800-2100rpm之間,挖掘裝車10車以后,發現挖掘無力,手柄操作明顯感覺動作緩慢,發動機冒黑煙,司機趕緊停車報修。經現場檢查,渦輪增壓器外殼有損傷,初步判斷是渦輪增壓器故障,于是拆解渦輪增壓器,發現進氣葉輪、葉片和葉輪殼體發生觸碰而損壞,浮動軸承嚴重磨損,渦輪增壓器軸斷裂。為了分析原因,進一步檢查了渦輪增壓器進油管和回油管,屬正常無堵塞。通過發動機Insite,查看發動機ECU記錄,無增壓器超速故障記錄,進一步查看顯示,確定為發動機啟動時沒有怠速運轉而是直接進入強行挖掘模式,短時間內告訴運轉,機油壓力無法到達渦輪增壓器進行潤滑,造成浮動軸承與轉子軸間未形成潤滑油膜,在高速高溫下加劇浮動軸承與轉子軸間磨損,長時間后,轉子軸在承受壓氣機葉輪和渦輪高速旋轉產生的扭矩下斷裂。

4.2典型故障2

4.2.1故障描述:某露天礦一臺利勃海爾964C液壓挖掘機在夜晚作業,司機發現渦輪增壓器及排氣管亮紅,以前未出現類似狀況,及時匯報停機。

4.2.2故障排查:維修工排查發動機進氣系統,空濾芯和進氣管道沒有堵塞進灰跡象,發動機進氣管無泄漏,中冷器外觀無裂紋漏氣,然后拆解了渦輪增壓器,查看渦輪增壓器正常,沒發現問題。鑒于這種情況,技術部門查找了相關渦輪增壓器發紅及高溫的相關資料,再對其他設備跟蹤對比,發現另外一臺同型號挖掘機作業無此癥狀,于是決定對發動機進氣系統進一步拆解深層次檢查。把中冷器短路,直接與發動機連接,發現故障現象消除進而判斷為中冷器堵塞。由此確定為進氣量不足,燃油在氣缸內燃燒不充分,而未完全燃燒的油氣進入排氣管后二次燃燒,從而導致排氣溫度過高,對渦輪增壓器構成危害。

4.2.3故障原因分析:渦輪殼和軸承外殼發紅、渦輪卡死增壓器對柴油機的排氣溫度(渦輪進氣溫度)要求很嚴,一般不能超過750℃。長時間使增壓器過熱發紅,將導致增壓器的軸和軸承退火、燒死,葉輪和葉片變形,密封損壞,甚至卡死或因供油管路高溫造成機油劣化變質而導致局部乃至發動機整體潤滑不良。發動機排氣溫度過高的原因很多,具體原因有:(1)氣門間隙過小,使氣門封閉不嚴,燃燒過程中部分油氣外逸,氣缸工作壓力過低,導致燃燒不完全;(2)氣門間隙過大,引起配氣相位不正確,或配氣相位本來就有偏差,導致氣缸內燃燒不完全;(3)氣門座燒損、有裂紋,被壓縮氣體流失,燃燒過程上中出現富油燃燒,氣缸的實際壓縮比小于設計值;(4)噴油提前角過小,造成滯后燃燒;(5)噴油器工況不良,燃油霧化程度低,易產生富油燃燒或滯后燃燒;(6)發動機缸套及活塞環磨損后密封不良,出現類似氣門間隙不正確和配氣相位有偏差時的情況;(7)進氣歧管出現漏氣現象,實際起不到增壓作用,吸氣行程中缸內負壓較高,實際進氣量減少,燃燒過程中因油氣濃度過高而燃燒不完全;(8)對于帶中冷器的增壓發動機,若中冷器損壞,則稀薄的高溫、高壓空氣進入氣缸,運行過程中會因油氣濃度過高燃燒不完全。

5、注意事項

(1)發動機啟動后應怠速運轉 2~3min,然后空載提升大臂,進行全車熱車,這樣即可使發動機的潤滑機油達到工作溫度和壓力,以免突然增加負荷時因浮動軸承與轉子軸間無油而加速磨損,也可使全車液壓系統和機械部件“預熱”。(2)使用符合標準的機油并經常檢查機油量,若潤滑油不合格會造車潤滑不良。粘度過高的機油,冷啟動時油膜建立滯后;粘度低的機油不能建立穩定的潤滑油膜。(3)按照說明書要求保養發動機,更換三濾,清洗進氣系統。(4)挖掘機在大功率工作后應怠速運轉 2~3min后關閉發動機,以免潤滑機油喪失壓力,轉子靠慣性轉動時得不到潤滑而損壞。

6 結論

挖掘機發動機渦輪增壓故障維修是一件技術要求較高的工作,我們必須悉知發動機控制系統的工作原理,掌握基本構造的情況下,才能有效的排除故障。同時在日常使用中要科學保養,確保機械正常運行。

參考文獻:

[1]北龍 渦輪增壓器? 2010

[2]呂軍華 淺談液壓挖掘機渦輪增壓器發動機故障處理? 2013

[3]徐培勝 廢氣渦輪結構設計.

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