內(nèi)燃機(jī)車增壓器軸承燒損分析及改進(jìn)措施研究

靳 強(qiáng)

（山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鐵路運(yùn)營(yíng)公司， 山西 長(zhǎng)治 046031）

引言

山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鐵路運(yùn)營(yíng)公司共有42 臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車，其中DF4B 型內(nèi)燃機(jī)車14臺(tái)、DF4D 型內(nèi)燃機(jī)車11 臺(tái)、DFS 型內(nèi)燃機(jī)車6 臺(tái)、DFBB 型內(nèi)燃機(jī)車3 臺(tái)、DF7G 型內(nèi)燃機(jī)車3 臺(tái)、NJ2內(nèi)燃機(jī)車5 臺(tái)。主要擔(dān)負(fù)著潞安礦業(yè)下屬各煤礦的運(yùn)輸主線和運(yùn)輸支線的貨物運(yùn)輸和取送車任務(wù)，牽引區(qū)段平均海拔在1 000 m 以上，自然條件比較惡劣。因此針對(duì)公司國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車ZN315LSB 型增壓器軸承燒損故障問(wèn)題進(jìn)行了分析，有針對(duì)性地提出了處理措施及改進(jìn)建議，為內(nèi)燃機(jī)車的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證[1]。

1 問(wèn)題的提出

增壓器是內(nèi)燃機(jī)車上的關(guān)鍵部件，DF4B、DF4D機(jī)車上裝配的增壓器主要是VTC254 和ZN315（LSA、LSB）型，上述增壓器的高增壓比使得柴油機(jī)功率得到較好的發(fā)揮，但是在運(yùn)用過(guò)程中也不同程度地暴露出一些質(zhì)量問(wèn)題。機(jī)車在運(yùn)行途中一旦發(fā)生增壓器故障，將導(dǎo)致機(jī)車轉(zhuǎn)速不升、功率下降，無(wú)法正常牽引列車運(yùn)行。在電氣化區(qū)段運(yùn)行時(shí)，如果增壓器噴出大量滑油，還會(huì)造成接觸網(wǎng)線接地?zé)龘p斷線，將給運(yùn)輸生產(chǎn)帶來(lái)重大安全隱患。

2015 年1—8 月份因增壓器故障造成機(jī)車故障7 件、臨修15 件，機(jī)車增壓器故障仍然是國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車的慣性故障。通過(guò)對(duì)2015 年1—6 月落修的315ISB 型增壓器解體檢查，發(fā)現(xiàn)15 件為軸承燒損、轉(zhuǎn)子軸固死導(dǎo)致的，占總落修率的32.6%；其次是喘振、壓氣機(jī)油封漏油、葉輪掃膛等故障。因此增壓器潤(rùn)滑不良導(dǎo)致軸承燒損、轉(zhuǎn)子固死故障是急待解決的突出質(zhì)量問(wèn)題。具體情況詳見(jiàn)圖1。

圖1 2015 年1—6 月增壓器故障

2 原理分析

柴油機(jī)氣缸膨脹做功后的燃?xì)饨?jīng)過(guò)排氣管進(jìn)入增壓器的渦輪進(jìn)氣殼中，燃?xì)庠跍u輪中繼續(xù)膨脹做功并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，膨脹做功后的燃?xì)鈴臏u輪出氣殼中排出，新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣殼吸入壓氣機(jī)工作輪，增壓和提速后進(jìn)入蝸殼，在蝸殼中進(jìn)一步擴(kuò)壓后從蝸殼出口經(jīng)中冷器進(jìn)入柴油機(jī)氣缸，循環(huán)往復(fù)[2-3]。

3 故障原因

通過(guò)對(duì)巧臺(tái)軸承燒損的增壓器進(jìn)行解體分析，發(fā)現(xiàn)軸承燒損原因有以下幾種，詳見(jiàn)圖2，其中主要原因有機(jī)油壓力低、軸承定位銷孔深度偏差。

圖2 增壓器軸承燒損故障分析圖

3.1 軸承定位銷深度偏差

對(duì)故障增壓器解體后發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)壁上有凸起的圓點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析，由于軸承定位銷孔深度小于1.5 mm，而軸承定位銷突出部分尺寸為1.5 mm，軸承定位銷安裝在軸承座銷孔內(nèi)將內(nèi)壁頂出凸點(diǎn)，凸點(diǎn)的形成破壞了正常的潤(rùn)滑間隙將軸承拉傷，導(dǎo)致軸承燒損。另外，銑孔深度不足0.5 mm 時(shí)導(dǎo)致軸承發(fā)生移動(dòng)或隨軸套一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)櫥筒荒軓妮S承油楔進(jìn)入，軸承與軸運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生干摩擦而燒損軸承。所以，315B 型增壓器軸承定位銷及銷孔的幾何尺寸定位問(wèn)題是解決軸承燒損的關(guān)鍵所在，而現(xiàn)行的增壓器檢修工藝沒(méi)有此項(xiàng)要求，因此必須有針對(duì)性的調(diào)整[4]。

3.2 機(jī)油壓力低、流量小

315B 高原型增壓器轉(zhuǎn)子最高工作轉(zhuǎn)速可達(dá)28 500 r/min，進(jìn)入增壓器油腔內(nèi)的油壓，受柴油機(jī)供給增壓器的機(jī)油管道中的壓力控制，進(jìn)油法蘭上的節(jié)流孔徑大小可調(diào)節(jié)進(jìn)油量。軸承與軸的徑向間隙為0.18～0.28 mm，對(duì)潤(rùn)滑的質(zhì)量要求比普通型增壓器高，而增壓器與機(jī)車柴油機(jī)共用潤(rùn)滑油，特別是機(jī)車后增壓器，它的潤(rùn)滑通路處于柴油機(jī)潤(rùn)滑通路的末端，進(jìn)入后增壓器機(jī)油壓力在機(jī)油系統(tǒng)中最低，若節(jié)流孔過(guò)小容易造成軸承間斷缺油，將會(huì)破壞軸承正常的油膜，最終導(dǎo)致軸承燒損或轉(zhuǎn)子固死故障的發(fā)生。

4 優(yōu)化改進(jìn)措施

4.1 對(duì)軸承定位銷孔進(jìn)行改造設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)增壓器軸承定位銷孔及定位銷結(jié)構(gòu)的分析，選擇對(duì)軸承定位銷孔進(jìn)行改造，購(gòu)置高緊密度的銑床進(jìn)行加工，將定位銷座孔深度加工為1.5 mm，直徑為5 mm，軸承定位銷突出部分尺寸為1.4 mm。將加工后的軸承安裝后又分解檢查，未發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)壁出現(xiàn)凸點(diǎn)，達(dá)到預(yù)期的效果。

4.2 對(duì)增壓器進(jìn)油法蘭上的節(jié)流孔尺寸進(jìn)行調(diào)整

根據(jù)增壓器工作壓力及對(duì)油壓、流量的要求，將增壓器進(jìn)油法蘭上的節(jié)流孔由原來(lái)的4.5 mm 擴(kuò)大為7.5 mm±0.5 mm，同時(shí)對(duì)直徑小于20 mm 的進(jìn)油管改造為直徑大于20 mm 的進(jìn)油管。2017 年10 月份對(duì)DF4D 型3195、3197 機(jī)車進(jìn)行以上技術(shù)改造，通過(guò)上車跟蹤測(cè)試，增壓器工作性能穩(wěn)定，油壓符合規(guī)定。

5 效果

截止2016 年1 月30 日，對(duì)所有的315B 型增壓器節(jié)流孔和DF4B、DF4D 型機(jī)車的進(jìn)油管進(jìn)行改造，并對(duì)2015 年8 月—2016 年1 月間落修的增壓器故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，因潤(rùn)滑不良造成軸承固死的增壓器共計(jì)3 臺(tái)。通過(guò)對(duì)315B 型增壓器節(jié)油孔及進(jìn)油管的改造以及對(duì)軸承定位銷孔幾何尺寸確定后，2017 年杜絕了因增壓器軸承燒損引起的故障，達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量效果，為潞安礦業(yè)集團(tuán)貨物運(yùn)輸生產(chǎn)提供了可靠的動(dòng)力保障。