KTA50發動機冷卻風扇故障的分析

前言：CumminsKTA50發動機，較多地配備于154噸即170短噸的電動輪汽車上，已成為該噸級的礦用電動輪汽車的主要動力源。在國內外，被很多黑色冶金、有色礦山、煤炭礦山所采用。在國內，隨著進口設備件國產化進程加快，有部分質量較差的冷卻風扇被裝機使用，呈現發動機主要附件???—冷卻風扇良莠不齊的狀態，帶來了嚴重的后果，且經濟損失的巨大，本文僅就此作初步的分析。

關鍵詞：KTA50發動機 冷卻風扇 故障分析 技術措施

一.故障案例

1.某礦山154噸甲號卡車，4月20日發生故障，風扇葉片根部加強筋8顆鉚釘斷裂，風扇固定螺栓外緣中心骨架斷裂約150mm，80%為舊裂紋，導致骨架根部構件與根部加強筋整體甩出，打壞散熱器，設備因此故障而停機。

2. 同一礦山的154噸乙號卡車，5月1日更換發動機后，更換了新風扇輪固定螺栓，5月3日下午發生故障，風扇葉片甩掉一葉，幸好沒有打壞水箱。經查記錄，乙號卡車于3月1日在采場干線坡路頂端轉彎處，風扇損壞，由于地處交通主干道，加班搶修，更換新風扇裝機，當晚生產，那么，可以說該風扇只運行2個月即損壞發生故障。

經對損壞風扇檢查，一葉風扇整體從根部斷裂甩出，風扇固定螺栓處有裂紋（與甲號車風扇大致相同）。目測可見沒有完全斷裂的裂紋存在，斷裂部位呈“L”型斷裂形狀。

二、故障分析

我們都知道，cumminsKTA50發動機，額定功率為1600馬力。在全負荷工況下，為滿足發動機的正常運轉，從設計上講，必須有足夠尺寸的風扇運轉，對發動機的冷卻介質（防凍液）進行強制風冷。以便達到水溫在85℃～94℃之間的理想發動機工作溫度，保證發動機正常工作。據Cummins有關資料介紹，KTA50發動機全負荷工況下將消耗功率50馬力左右，風扇運轉的平穩性、動平衡性要求相當嚴格，如風扇本身存在動平衡的問題、強度不夠的問題，高速高負荷運轉工況下，風扇高頻的振顫及離心力相當之大，足以造成相關機件故障的產生。具體的說：如風扇輪軸承的早期損壞，風扇軸端部鎖帽脫出，風扇輪固定螺栓的松動與斷裂，風扇葉片在應力集中區的斷裂，甩出打壞散熱器等一系列問題，造成嚴重的經濟損失及較大的檢修工作量。

三、具體分析

僅就某礦154卡車甲、乙兩車故障分析看，風扇在高速高負荷運轉工況下，由于高頻巨大的振動力、慣性力作用，風扇葉本身會產生振動微量變形，由于風扇葉子本身為鋁合金材質，可以承受微量變形，這是由鋁質材質本身的特性所決定的。而故障部位出現在根部固定螺栓外緣處，首先是出現裂紋，隨著使用時間的延長，達到相當程度后斷裂甩出，就其原因，初步分析有以下兩點。

1、斷裂處在固定螺栓外緣處，位于風扇骨架的中心部位，在無外力的作用下，本不應損壞。實際情況是，在高速運轉工況下，葉片振動大，葉片本身鋁質材質，不易斷裂，而產生斷裂處鐵質骨架根部，一是適應變形能力差，二是有風扇螺栓固定不允許變形導致應力集中，在固定螺栓外緣呈不規則斷裂，由此可見風扇葉子整體的強度是不夠的，不能承受高負荷，高速運轉工況下的載荷，因而產生故障。

2、分析認為，某些國產風扇葉強度不夠，造成故障的原因是第二位的。最根本的原因是，風扇葉本身的動平衡性不好，是否經過動平衡臺架試驗，值得探討。如風扇葉子本身動平衡性不好，或則沒有經過臺架試驗。高速高負荷工況下，其本身存在的失衡慣性呈百倍的加大，必然導致在應力集中，在承載力較弱的部位斷裂。為此，風扇葉本身的質量和動平衡性至關重要，否則將帶來一系列的故障與損失。

簡言之，風扇的動平衡性不好，可直接影響破壞風扇本身的強度，造成葉片本身的損壞。

四、技術措施

由于實際工況中，風扇葉、風扇輪屬高速運轉機件，負載受力大。為此，選用質量上乘的風扇葉至關重要，核心問題一是動平衡性；二是承載強度。具體可采取如下措施。

1、選用質量上乘的風扇，最好采用進口原機廠家風扇。例如： Cummins公司產品，他們的產品均經過嚴格的動平衡檢測。外觀目測檢查，進口風扇質量較輕，均打有“made in USA”字樣。且單體為一個包裝箱。采用國產風扇，必須具有動平衡測試合格證，有資質、質量上乘的廠家產品。

2、采用進口風扇軸、進口螺栓及軸承。實踐證實，國產軸，如要保證其裝配尺寸，其承載能力是不夠的，極易產生斷裂，造成損失極為嚴重。而Cummins的風扇軸，它的選材、加工及質量是與發動機主體壽命匹配的，不會出現早期斷裂問題。進口螺栓可以保證在標準的擰緊力矩下承受更大的工作載荷。

3、嚴格執行Cummins風扇軸承裝配技術標準，配合間隙，軸向竄動量、徑向擺差量，必須符合技術規范并按規定力矩，鎖緊端部固定螺母。采用質量上乘的潤滑油進行裝配，可借鑒使用Cummins公司推薦的“殼牌”5號航空高溫潤滑脂為好。按標準調整風扇皮帶張力，過緊，風扇軸承負載大，易產生早期損壞、過松，皮帶打滑，降低皮帶壽命，并影響散熱功效。

4、加強設備點檢，及時消除例如：散熱器下座螺栓松動、竄位、散熱器大小拉桿松動、散熱器內護板固定螺栓松動、上下左右竄位以及風扇內護圈固定情況，盡力避免風扇運轉過程中，由于上述部位存在問題，產生刮磨現象，減少機械損壞。

5、改變風扇結構：風扇安裝轂采用雙向壓合結構，葉片采用獨立

葉片軸系安裝結構，即配合方式為孔軸配合，能夠有效減小葉片高速旋轉時應力集中問題，防止葉片根部斷裂。葉片獨立生產能夠保證葉片模型精度，提高風扇整體動平衡性。

6、改變葉片材質，葉片采用玻璃纖維增強聚酰胺材料，該材料具有質量輕、剛性高、耐溫耐候等特點。風扇轂采用硅鋁合金壓鑄件，這樣的組合結構能使風扇質量分布集中，減小葉片離心力，增強風扇使用性能。

以上所述，看似僅為冷卻風扇問題，實為不可小視，因為此故障產生，將產生一系列嚴重問題，影響發動機的正常工作，造成檢修工作量大，造成昂貴的機件損壞、損耗，停機時間較長，嚴重影響生產，為此，冷卻風扇好壞也是發動機正常運轉的關鍵問題之一，必須引起高度重視。

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