QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)故障分析及檢修方法

童憲華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)和我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，世界各國在開采業(yè)投入巨資，從而極大地促進(jìn)了大型電動(dòng)輪自卸車的發(fā)展。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在開采中，220t及以上的大型礦用電動(dòng)輪自卸車發(fā)揮著極其重要的作用。德興銅礦為滿足產(chǎn)量增加對(duì)設(shè)備的需求，引進(jìn)了220t配備康明斯QSK60單級(jí)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的小松830E電動(dòng)輪自卸車。在投入生產(chǎn)的使用過程中，QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)的故障影響了設(shè)備的利用率。

2 冷卻系統(tǒng)的工作原理

QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)使用雙泵/雙循環(huán)回路冷卻系統(tǒng)，由水泵、節(jié)溫器、水箱、水管、風(fēng)扇葉等組成，分為高溫回路和低溫中冷回路。2個(gè)回路共用1個(gè)補(bǔ)充水箱，當(dāng)冷卻水膨脹時(shí)進(jìn)入補(bǔ)充水箱，可以防止給水管道被冷卻水脹破。水不足時(shí)補(bǔ)充水箱也可起到補(bǔ)充水的作用。高溫水箱及低溫中冷水箱均由風(fēng)扇皮帶、風(fēng)扇離合器帶動(dòng)風(fēng)扇葉進(jìn)行冷卻。風(fēng)扇離合器根據(jù)水溫變化控制離合器的分離和結(jié)合，從而控制風(fēng)扇葉的轉(zhuǎn)速，達(dá)到降低風(fēng)扇功率消耗的目的。

2.1 高溫回路

圖1 QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)示意圖

QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器為水冷式，冷卻水從水歧管進(jìn)入增壓器軸承殼體下部，從軸承殼體上部流出至高溫節(jié)溫器殼體至高溫水泵的旁通管。

2.2 低溫中冷回路

低溫中冷回路又稱LTA回路，由低溫水泵(LTA水泵)、中冷器、低溫中冷節(jié)溫器(LTA節(jié)溫器)、低溫中冷水箱(LTA水箱)及水管等構(gòu)成。低溫水泵安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)左排側(cè)的前齒輪室蓋上。低溫水泵使冷卻水泵至發(fā)動(dòng)機(jī)左右側(cè)的4個(gè)中冷器，冷卻空氣后，經(jīng)過水歧管至低溫中冷節(jié)溫器殼體。水溫未超過46℃時(shí)，冷卻水直接從低溫中冷卻節(jié)溫器殼體處旁通至低溫水泵，再泵至中冷器，形成小循環(huán);當(dāng)水溫達(dá)到46～57℃時(shí)，低溫中冷節(jié)溫器逐漸打開，冷卻水流到低溫中冷水箱冷卻后至低溫水泵，形成大循環(huán)。見圖1。

3 冷卻系統(tǒng)故障的原因分析及檢修方法

QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)故障主要分為冷卻液泄漏和溫度異常。其中冷卻液泄漏分為外部泄漏和內(nèi)部泄漏。溫度異常分為溫度過低和溫度過高。

3.1 外部泄漏的原因及檢修方法

外部泄漏主要是因?yàn)樗灼屏鸦蛭丛o、水管破裂、水管連接水封老化、水箱蓋損壞、水箱散熱管或水封損壞等，造成冷卻液泄漏至外部。由于外部泄漏有較明顯的痕跡，因此容易觀察且便于檢修，只要更換相應(yīng)損壞的部件即可。

3.2 內(nèi)部泄漏的原因及檢修方法

內(nèi)部泄漏主要是指冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)組件中發(fā)生泄漏，一般都能泄漏進(jìn)機(jī)油中。泄漏較多時(shí)，機(jī)油油位異常增加，通過松開油底殼放油堵頭觀察顏色及機(jī)油乳化現(xiàn)象可確定冷卻液內(nèi)部泄漏;泄漏很少時(shí)，機(jī)油油位無明顯增加及機(jī)油無乳化現(xiàn)象?？赏ㄟ^油樣光譜檢測，當(dāng)光譜數(shù)據(jù)中的Na元素超過20ppm且持續(xù)增加時(shí)可判定冷卻液內(nèi)部泄漏。

3.2.1 水泵泄漏的原因及檢修方法

2012年3月26日，美國總統(tǒng)奧巴馬與俄羅斯總統(tǒng)梅德韋杰夫交流“悄悄話”時(shí)忘記關(guān)閉話筒，于是再次上演了麥克風(fēng)“傳輸秘密”的外交戲碼。

高溫及低溫中冷水泵均由發(fā)動(dòng)機(jī)前端的齒輪系驅(qū)動(dòng)，齒輪系由機(jī)油提供潤滑。水泵內(nèi)部由水封及油封將冷卻液和機(jī)油分開。當(dāng)水封、油封老化磨損后，冷卻液可泄漏進(jìn)機(jī)油中。

水泵下部有一觀察孔，正常時(shí)是干燥的。當(dāng)觀察孔有滲出冷卻液及機(jī)油的痕跡時(shí)，可確認(rèn)水泵泄漏，應(yīng)及時(shí)更換水泵。當(dāng)觀察孔滲出物僅能明顯分辨出只有冷卻液或機(jī)油時(shí)，只能確認(rèn)水泵水封或油封老化磨損，不能確認(rèn)冷卻液泄漏進(jìn)機(jī)油中。可更換水泵后運(yùn)行一段時(shí)間取油樣進(jìn)行光譜檢測。

3.2.2 機(jī)油冷卻器泄漏的原因及檢修方法

機(jī)油冷卻器在發(fā)動(dòng)機(jī)V腔中。當(dāng)機(jī)油冷卻器芯出現(xiàn)破裂時(shí)，冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)滲入機(jī)油中。由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī)油壓力大于冷卻液的壓力，此時(shí)機(jī)油大量進(jìn)入冷卻系統(tǒng)中。打開水箱蓋可觀察到冷卻液表面浮著一層機(jī)油即可確認(rèn)機(jī)油冷卻器泄漏。

檢修時(shí)需要打開發(fā)動(dòng)機(jī)V腔，取出所有機(jī)油冷卻器芯，然后將其浸入溶液中，用空氣加壓觀察是否有氣泡出現(xiàn)從而確定損壞的冷卻器芯。更換冷卻器芯，用溶劑清洗掉冷卻系統(tǒng)中殘留的機(jī)油。

3.2.3 中冷器泄漏的原因及檢修方法

當(dāng)中冷器芯破裂時(shí)，冷卻液泄漏至中冷器殼體，通過中冷器的進(jìn)氣口進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的燃燒室后滲入曲軸箱的機(jī)油中。4個(gè)中冷器的下部均有1個(gè)進(jìn)氣溫度傳感器，拆除傳感器后觀察安裝孔是否有冷卻液流出即可確認(rèn)損壞的中冷器。更換新的中冷器就可排除故障。

3.2.4 缸蓋、缸套泄漏的原因及檢修方法

缸蓋、缸套出現(xiàn)裂紋或密封損壞，冷卻水道的冷卻液滲入曲軸箱的機(jī)油中。可觀察排氣管的煙色為白色從而確認(rèn)故障點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)左列還是右列，結(jié)合閱讀各缸的排氣溫度的歷史數(shù)據(jù)初步判定，從噴油器安裝孔伸入內(nèi)窺鏡觀察或拆去發(fā)動(dòng)機(jī)左右邊蓋板觀察進(jìn)一步確定損壞的位置。如仍難以確定，需要拆去油底殼，從下部觀察滲下的冷卻液最終可確定損壞的具體位置。拆除相應(yīng)位置的缸蓋、密封、缸套等觀察是否存在裂縫、破損等，更換相應(yīng)損壞的備件。

3.3 溫度過高或過低

冷卻系統(tǒng)的良好工作溫度應(yīng)在80～90℃之間。溫度過高造成發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效果差，加劇磨損導(dǎo)致拉缸、抱瓦等嚴(yán)重故障;溫度過低則增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的冷磨損和燃油消耗。

QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度過高在發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)警系統(tǒng)中主要表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高和中冷進(jìn)氣溫度高。主要原因是外部可見故障，如風(fēng)扇皮帶過松或損壞、風(fēng)扇葉損壞、散熱器導(dǎo)風(fēng)口破損等;內(nèi)部故障如風(fēng)扇離合器故障、節(jié)溫器故障等。

QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度過低主要是因?yàn)轱L(fēng)扇離合器故障和節(jié)溫器故障。

3.3.1 外部可見故障的原因及檢修方法

溫度過高故障檢查應(yīng)從易至難，在確定冷卻水充足無泄漏、散熱器外部無臟物堵塞的情況下先檢查風(fēng)扇皮帶是否過松或損壞;風(fēng)扇葉的葉片是否缺損;散熱器的導(dǎo)風(fēng)口是否破損。這些都會(huì)造成冷卻風(fēng)力不足使冷卻水箱散熱不足，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高報(bào)警。檢修時(shí)針對(duì)發(fā)現(xiàn)的原因，調(diào)整風(fēng)扇皮帶張力、更換風(fēng)扇皮帶、風(fēng)扇葉、修補(bǔ)導(dǎo)風(fēng)口。

3.3.2 風(fēng)扇離合器故障的原因及檢修方法

風(fēng)扇離合器是通過感溫傳感器、電磁閥控制機(jī)油進(jìn)入離合器內(nèi)部，從而調(diào)控離合器的分離和接合。溫度低時(shí)，離合器逐漸分離，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速減慢;溫度高時(shí)，離合器逐漸接合，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速加快。

感溫傳感器、電磁閥或離合器本身出現(xiàn)故障，使離合器常處在分離或接合狀態(tài)就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)扇轉(zhuǎn)速始終處在較慢或較快狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度相應(yīng)出現(xiàn)過高或過低的現(xiàn)象。

檢查此類故障最方便的方法是測量風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。如無測量轉(zhuǎn)速條件時(shí)可通過負(fù)載試驗(yàn)來檢查發(fā)動(dòng)機(jī)水溫狀態(tài)，當(dāng)水溫達(dá)到90～97℃之間時(shí)，如風(fēng)扇離合器工作正常，水溫會(huì)明顯下降至90℃以下。確定風(fēng)扇離合器工作異常后，通過檢查感溫傳感器、電磁閥來確定故障源，排除控制管路故障后最后再確定離合器內(nèi)部是否損壞。

3.3.3 節(jié)溫器故障的原因及檢修方法

QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)溫器分為高溫節(jié)溫器和低溫中冷節(jié)溫器。

高溫節(jié)溫器打開溫度是85～97℃，過早打開或常開使冷卻系統(tǒng)始終處在大循環(huán)工作狀態(tài)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)水溫過低;而節(jié)溫器不打開會(huì)造成冷卻系統(tǒng)無法形成大循環(huán)，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高報(bào)警。

低溫中冷節(jié)溫器打開溫度是46～57℃，工作原理相同。不同之處是當(dāng)?shù)蜏刂欣涔?jié)溫器不打開時(shí)，會(huì)導(dǎo)致中冷進(jìn)氣溫度偏高報(bào)警。

檢查這類故障時(shí)可通過手摸或紅外線測溫儀檢測節(jié)溫器附近的水管溫度即可判定故障源。更換相應(yīng)的節(jié)溫器，排除故障。

4 結(jié)語

通過實(shí)踐總結(jié)和系統(tǒng)分析，精確地查找到康明斯QSK60發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)故障原因，加強(qiáng)故障易發(fā)點(diǎn)的維護(hù)和檢查，快速排除故障，從而提高了設(shè)備利用率，為生產(chǎn)的有序進(jìn)行提供了保障。

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