空氣壓縮機(jī)竄油質(zhì)量問題的試驗(yàn)研究及其設(shè)計(jì)改進(jìn)

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

空氣壓縮機(jī)竄油質(zhì)量問題的試驗(yàn)研究及其設(shè)計(jì)改進(jìn)

邢磊，蔡敏
（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

現(xiàn)有D114系列柴油機(jī)的空氣壓縮機(jī)的竄油故障率較高，影響機(jī)油耗率和空氣壓縮機(jī)的可靠性，用戶反映強(qiáng)烈。經(jīng)試驗(yàn)研究，對(duì)空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣接頭內(nèi)徑、進(jìn)油孔徑以及缸體與曲軸箱的連接作了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并取得了成效。

空氣壓縮機(jī) 竄油量 改進(jìn)設(shè)計(jì)

1 概況

空氣壓縮機(jī)是氣壓制動(dòng)系的主要部件，它主要是輸出高壓空氣到儲(chǔ)氣筒，提供制動(dòng)能源。它具有與發(fā)動(dòng)機(jī)類似的氣缸體、氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)及連桿的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，為確?？諝鈮嚎s機(jī)性能和工作可靠性，封氣、封油性能致關(guān)重要。在對(duì)D114系列柴油機(jī)存在竄油的現(xiàn)象進(jìn)行攻關(guān)試驗(yàn)，找出了癥結(jié)，對(duì)空壓泵的進(jìn)氣接頭內(nèi)徑尺寸、進(jìn)油孔徑尺寸、以及缸體與曲軸箱體的連接方式進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，較好地解決了竄油的質(zhì)量問題。

2 空氣壓縮機(jī)的分類及常見故障

2.1 空氣壓縮機(jī)的分類

空氣壓縮機(jī)按照其氣缸數(shù)可以分為單缸、雙缸和多缸活塞往復(fù)式；按照其冷卻方式可以分為風(fēng)冷式和水冷式；按照其卸荷方式可以分為排氣卸荷和進(jìn)氣卸荷。

進(jìn)氣卸荷：當(dāng)儲(chǔ)氣筒中的壓力升高到一定范圍時(shí)，來自儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣經(jīng)調(diào)壓閥進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的卸荷裝置的卸荷氣室中，進(jìn)氣門被頂開。此時(shí)，空氣壓縮機(jī)的活塞雖仍在上下運(yùn)動(dòng)，但不產(chǎn)生壓縮空氣，只是通過進(jìn)氣門將空氣吸入而又排出，空氣壓縮機(jī)停止向儲(chǔ)氣筒供氣；當(dāng)儲(chǔ)氣筒內(nèi)氣壓下降到一定程度時(shí)進(jìn)氣門復(fù)位，空氣壓縮機(jī)繼續(xù)產(chǎn)生壓縮空氣。排氣卸荷：在空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣筒之間串聯(lián)調(diào)壓閥，調(diào)壓閥同空氣壓縮機(jī)一樣，屬于氣壓制動(dòng)系的一個(gè)供能控制裝置，以控制儲(chǔ)氣筒中的氣壓保持在一定范圍內(nèi)，在儲(chǔ)氣筒壓力超過規(guī)定值時(shí)，儲(chǔ)氣筒中的壓縮空氣就直接向大氣中排出。

D114系列柴油機(jī)選用的空氣壓縮機(jī)為單缸活塞往返式、水冷，多數(shù)采用排氣卸荷，少部分采用進(jìn)氣卸荷。

2.2 空氣壓縮機(jī)的常見故障

空氣壓縮機(jī)常見故障有不打氣、空氣壓縮機(jī)曲軸斷裂、空氣壓縮機(jī)排氣閥片斷、空氣壓縮機(jī)閥板墊片斷裂、卸荷閥卡滯、空氣壓縮機(jī)竄油等，而D114系列柴油機(jī)空氣壓縮機(jī)的主要故障是竄油。

3 空氣壓縮機(jī)竄油的原因分析

空氣壓縮機(jī)適當(dāng)竄油是有益的，但竄油過多，會(huì)使柴油機(jī)機(jī)油消耗量增加，還會(huì)引起閥板和缸蓋排氣腔積炭，導(dǎo)致上氣緩慢甚至不打氣。故障原因主要有：吸氣不暢使活塞頂部產(chǎn)生較大的負(fù)壓，將機(jī)油吸入；進(jìn)油流量過大，回油不暢，增加竄油機(jī)會(huì)；活塞環(huán)張力不夠；缸體與曲軸箱的同軸度偏差大等，D114系列柴油機(jī)空氣壓縮機(jī)主要是吸氣不暢、進(jìn)油流量過大、以及缸體和曲軸箱的同軸度偏差大等因素。

4 竄油的改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1 進(jìn)氣接頭改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)吸氣不暢，增大空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣接頭內(nèi)徑尺寸，原配D6114系列柴油機(jī)的空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣接頭內(nèi)徑大多在Φ10 mm，現(xiàn)采用Φ15 mm、Φ19 mm分別作對(duì)比試驗(yàn)。將機(jī)油溫度控制在100～120℃之間，機(jī)油壓力控制在0.45 MPa左右，排氣壓力為0.8 MPa，在2 200、2 000、1 800 r/min三檔轉(zhuǎn)速下分別用濾紙定性地測(cè)試三種不同內(nèi)徑的進(jìn)氣接頭的竄油情況，濾紙距排氣口100 mm處，每次測(cè)試時(shí)間均為30min并記錄進(jìn)氣真空度數(shù)據(jù)。圖1為不同進(jìn)氣接頭孔徑對(duì)空氣壓縮機(jī)真空度的影響，竄油情況見圖2～4。

從空氣壓縮機(jī)的真空度和竄油試驗(yàn)情況來看，進(jìn)氣接頭內(nèi)徑越大，進(jìn)氣真空度越小，竄油量越??；進(jìn)氣接頭內(nèi)徑越小，進(jìn)氣真空度越大，竄油量越大。

4.2 進(jìn)油接頭改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)進(jìn)油流量過大，減小空氣壓縮機(jī)的進(jìn)油孔直徑。原配空氣壓縮機(jī)進(jìn)油接頭內(nèi)徑是Φ5 mm，現(xiàn)在改為內(nèi)徑Φ2 mm作對(duì)比試驗(yàn)，采用進(jìn)氣接頭內(nèi)徑Φ19 mm，把機(jī)油溫度控制在100～120℃之間，機(jī)油壓力控制在0.45 MPa左右，在2200、2 000和1 800r/min三檔轉(zhuǎn)速下，依次測(cè)量空氣壓縮機(jī)工作10 min的進(jìn)油量數(shù)據(jù)，以及在2 200 r/min時(shí)空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)30 min時(shí)的竄油量。進(jìn)油量數(shù)據(jù)見圖5，竄油定性情況見圖6和圖7。

從測(cè)試數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)情況來看進(jìn)油孔徑越小，空氣壓縮機(jī)的進(jìn)油量越小，竄油量也越小。

圖1 Φ10進(jìn)氣接頭內(nèi)徑在2200r/min時(shí)的竄油情況

圖2 Φ10進(jìn)氣接頭內(nèi)徑的竄油情況

圖3 Φ15進(jìn)氣接頭內(nèi)徑的竄油情況

4.3 缸體和曲軸箱改進(jìn)設(shè)計(jì)

對(duì)空氣壓縮機(jī)的缸體和曲軸箱進(jìn)行整體式制造加工缸體和曲軸箱進(jìn)行整體式制造后，減小了原來缸體和曲軸箱連接的四個(gè)緊固螺栓的安裝誤差，提高了同軸度，從而有效提高了活塞環(huán)的耐磨性。從小批裝機(jī)出廠后的半年多跟蹤情況來看，還沒有出現(xiàn)一臺(tái)空氣壓縮機(jī)竄油現(xiàn)象，可以說采用整體式空氣壓縮機(jī)是能有效減少空氣壓縮機(jī)的竄油，見圖8。

圖4 Φ19進(jìn)氣接頭內(nèi)徑的竄油情況

圖5 進(jìn)氣接頭孔徑對(duì)進(jìn)油量的影響

圖6 Φ5進(jìn)油接頭在2 200r/min時(shí)的竄油情況

5 結(jié)論

D114系列柴油機(jī)用空氣壓縮機(jī)采用進(jìn)氣接管內(nèi)徑從原來的Φ10 mm加大到Φ19 mm，進(jìn)油孔徑從原來的Φ5 mm減小到Φ2 mm的設(shè)計(jì)，空氣壓縮機(jī)的缸體和曲軸箱采用整體式加工的改進(jìn)措施后，空氣壓縮機(jī)竄油質(zhì)量問題得到了有效的控制。

Test Investigation of Internal Oil Leakage in Air Compressor and Design Improvement

Xing Lei,Cai Min
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,Chian）

The air compressor of the existing D114 series diesel engine had a rather high failure rate in terms of oil flee,resulting in strong customers'complain about high oil consumption and poor reliability of the air compressor.After testing investigation and analysis,design modifications were done to the inner diameter of the air inlet connector of the air compressor,the dimension of the oil inlet hole as well as the connection between the cylinder body of the air compressor and crankcase.These improvement designs prove functional.

air compressor,fleeing oil amount,improving design

圖7 Φ2進(jìn)油接頭在2 200r/min時(shí)的竄油情況

圖8 空氣壓縮機(jī)新、老結(jié)構(gòu)外型圖

10.3969/j.issn.1671-0614.2011.01.008

來稿日期：2010-09-28

邢磊（1977-），男，工程師，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配。