礦用電動輪發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)故障診斷與維修探析

張偉旗

(江西銅業(yè)集團銅材有限公司， 江西 貴溪 335424)

礦用電動輪發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)故障診斷與維修探析

張偉旗

(江西銅業(yè)集團銅材有限公司， 江西 貴溪 335424)

良好的發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)對保障大型礦用電動輪汽車發(fā)動機可靠工作極為關(guān)鍵。本文介紹了礦用電動輪發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)組成、工作原理及功能特點，分析了系統(tǒng)故障原因，提出了相應(yīng)的維修措施。

遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)； 故障診斷； 維修

0 前言

江銅德興銅礦(簡稱德銅)銅廠和富家塢采區(qū)采選礦石產(chǎn)能13萬t/d，其礦石年采剝總量巨大，達1.32億t/a。需采用十幾臺大型電動挖掘機和配套的R170、R190、EH3500、630E、730E、830E等70多臺大型電動輪汽車進行采礦作業(yè)[1]。電動輪汽車均采用交- 直流電傳動方式，以柴油機為動力帶動主發(fā)電機發(fā)出交流電，整流為直流電后送至裝在車輪中的直流電機，通過輪馬達上行星齒輪減速后驅(qū)動車輛行駛。然而，由于電動輪汽車發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)故障率高，易出現(xiàn)干摩擦、動力不足、振動大、噪音大、過早燒損等問題，導(dǎo)致發(fā)動機無法運轉(zhuǎn)，成為制約生產(chǎn)效率的“瓶頸”。

電動輪汽車發(fā)動機是集往復(fù)、回轉(zhuǎn)和沖擊等運動零件于一體的復(fù)雜摩擦學(xué)系統(tǒng)，潤滑不良將導(dǎo)致機械損失、零件磨損增大，動力性、可靠性及經(jīng)濟性的下降[2]。車輛發(fā)動機磨損主要出現(xiàn)在啟動瞬間特別是冷、熱啟動時，美國汽車工程師協(xié)會和道格拉斯公司的共同測試表明，發(fā)動機在冷態(tài)啟動時磨損占總磨損量的60%～80%。因此，進一步提高發(fā)動機的減磨、耐磨性能，使其具有高的效率、可靠度、動力性、經(jīng)濟性及合理的使用壽命，對提高礦山技術(shù)經(jīng)濟和環(huán)保效益十分必要。通過長期的生產(chǎn)實踐，摸索出了一整套發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)故障診斷與維修技術(shù)。

1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)原理及功用特點

1.1 主要結(jié)構(gòu)組成

大型礦用電動輪汽車主要由發(fā)動機、底盤、機電設(shè)備和車身等四大部分組成。其中發(fā)動機是汽車的“心臟”即動力裝置。因電動輪汽車裝載量大，其發(fā)動機皆選用空氣廢氣渦輪增壓、強制空氣中冷、大功率、往復(fù)式活塞式柴油機。以小松730E型電動輪汽車為例，其通過額定功率1 492 kW(2 000 HP)的SSA16V159發(fā)動機驅(qū)動，主要技術(shù)參數(shù)為：16缸、4沖程；額定制動馬力1 491 kW (2 000 HP)、1 900 RPM時；飛輪馬力1 388 kW (1 860 HP) 、1 900 RPM時；凈重5 294 kg(11 670 lbs)。該發(fā)動機設(shè)有一個遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)，主要由發(fā)動機、馬達、泵、電磁線圈定時器、油壓開關(guān)、吸油管路、排油管路、單向閥、電氣線束等部分組成。SSA16V159發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)如圖1所示。

W=白色； OR=橙色； PNK=粉色； BLK=黑色； RED=紅色。1.鑰匙開關(guān)； 2.定時器電磁線圈； 3.在17 kPa時斷開的預(yù)潤滑油壓開關(guān)； 4.遠程預(yù)潤滑馬達軸承； 5.常規(guī)的啟動器繼電器。圖1 SSA16V159發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)示意圖

其壓力開關(guān)是一個17 kPa、常閉式N/C開關(guān)，它必須位于機油過濾器后且可傳感到油壓的位置，通常情況下位于發(fā)動機汽缸體后部的凸輪蓋處。其吸油軟管將油底殼連接至預(yù)潤滑泵，其直徑為20 mm，長度不超過1 422 mm，需要支架來避免過多的振動或摩擦，若該軟管直徑小于20 mm，則會導(dǎo)致泵輸出降低。

電磁線圈定時器通過鑰匙開關(guān)供應(yīng)電流來控制預(yù)潤滑循環(huán)。預(yù)設(shè)17 kPa時斷開的常閉壓力開關(guān)完成接地路徑，開關(guān)斷開時，電流3 s延遲后被重新引導(dǎo)至用于發(fā)動機啟動的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機啟動器電磁線圈；為限制發(fā)熱和振動，電磁線圈定時器不得裝在溫度高于85 ℃區(qū)域且不得貼在發(fā)動機上。蓄電池工作期間將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。鉛酸型蓄電池含有硫酸，若對其處理不當(dāng)，則可能導(dǎo)致嚴重的皮膚燒傷，甚至人身傷害。

1.2 主要工作原理

完整的預(yù)潤滑循環(huán)包含預(yù)潤滑狀態(tài)和延時啟動狀態(tài)。預(yù)潤滑狀態(tài)即啟動器從鑰匙開關(guān)被保持在啟動位置時開始泵油，預(yù)潤滑壓力達17 kPa時，因壓力開關(guān)斷開而中斷。延遲啟動狀態(tài)是指從壓力開關(guān)斷開時開始，啟動模式之前有3 s延遲。延時模式先于啟動模式，若拆下壓力開關(guān)電線且斷開地線，預(yù)潤滑裝置則簡單地延時和啟動。

當(dāng)司機轉(zhuǎn)動鑰匙開關(guān)，并將其保持在啟動位置時，預(yù)潤滑系統(tǒng)即被激活，電流流至預(yù)潤滑啟動器電磁線圈定時器，當(dāng)電磁線圈定時器被激發(fā)時，電流流至遠程預(yù)潤滑馬達，但不允許啟動馬達與啟動小齒輪嚙合；預(yù)潤滑馬達驅(qū)動預(yù)潤滑泵總成，它向發(fā)動機每分鐘輸送約15 Gal油。發(fā)動機凸輪油來復(fù)線內(nèi)壓力達17 kPa時，接至定時器電磁線圈的電路開路，3 s延遲之后，電流流入標(biāo)準(zhǔn)的啟動器電磁線圈；啟動馬達隨后將被激活，且小齒輪嚙入飛輪齒圈。此時系統(tǒng)將確保有足夠潤滑，以保護發(fā)動機軸承和其它部件正常啟動，不致?lián)p壞。

1.3 主要功用特點

該預(yù)潤滑系統(tǒng)的主要功用是每次啟動發(fā)動機前，能自動、安全且快速地將過濾器及所有油路充滿油，減少干啟動的風(fēng)險；可降低機油污染程度，適當(dāng)延長機油更換時間[4]；換油時，可對新油過濾器進行預(yù)加注；可減少因啟動后壓力延遲所致的加壓磨擦表面磨損；發(fā)動機內(nèi)缺機油時，能防止發(fā)動機啟動；同時，該系統(tǒng)還具有散熱、防銹、清潔和密封等功用。

溫度過高或過低時，發(fā)動機停機很長一段時間后，隨著油的變化，必然會出現(xiàn)發(fā)動機干啟動。而預(yù)潤滑系統(tǒng)能自動給過濾器充油，且每次啟動發(fā)動機前，可預(yù)先將足量、適宜溫度的潔凈油輸送至全部傳動件的摩擦表面之間形成油膜，以充分地對曲軸、凸輪軸、發(fā)動機、渦輪增壓器軸承表面及搖臂等進行預(yù)潤滑，實施液體摩擦，有效地減少干啟動的摩擦，以達到降低摩擦阻力、機件磨損及功率消耗，提高發(fā)動機工作可靠性和耐久性之目的。該系統(tǒng)省工降費、安全高效環(huán)保、車輛壽命長、潤滑效果良好。

2 冷、熱啟動時存在的問題

發(fā)動機冷啟動時，處于低溫狀態(tài)下的潤滑油粘度會變大，流動性變低，潤滑油需在發(fā)動機運轉(zhuǎn)一定時間后，方可通過油道被泵至曲軸主軸承、連桿軸承等各摩擦副之間，且機油壓力表也需在發(fā)動機運轉(zhuǎn)10～30 s后方可顯示油壓達到要求，此時發(fā)動機各運動副的潤滑僅靠遺留在其表面的油膜進行，并非液體摩擦，如活塞環(huán)、活塞裙部與缸壁之間的摩擦，處于振動、高溫、竄氣、速度劇變等極其復(fù)雜的過程中，涉及密封、潤滑，材料的熱力學(xué)、熱傳導(dǎo)、彈性及其它現(xiàn)象。它們之間的摩擦，時而處于流體潤滑狀態(tài)，時而處于邊界潤滑狀態(tài)或混合潤滑狀態(tài)，導(dǎo)致無油或潤滑油不足。其金屬表面之間極易產(chǎn)生短暫的邊界摩擦、半干摩擦或強烈的干摩擦，使曲柄旋轉(zhuǎn)阻力矩變大，啟動轉(zhuǎn)速降低，發(fā)動機連續(xù)拖動時間延長，磨損陡增。而機械的干磨擦則是造成機械磨損的天敵，易致使發(fā)動機功率消耗劇增，零件工作表面的磨損加劇，且摩擦產(chǎn)生高熱還會燒損零件的工作表面，導(dǎo)致發(fā)動機無法運轉(zhuǎn)。

發(fā)動機熱啟動時，大部分機件仍處于膨脹狀態(tài)，配合間隙極小，運動部件易處于干摩擦狀態(tài)，啟動阻力增大，導(dǎo)致啟動困難，磨損劇增。因而減輕發(fā)動機干磨是減少電動輪汽車修理的關(guān)鍵因素之一[3]。但啟動發(fā)動機時不可試圖通過跨接馬達接線端啟動機械設(shè)備，否則易引起火災(zāi)或?qū)е聶C械設(shè)備路線上人員的重傷或死亡。

3 系統(tǒng)常見故障診斷及維修技術(shù)

3.1 啟動器僅預(yù)潤滑不延遲或啟動

該故障主要表現(xiàn)為油壓不足以斷開壓力開關(guān)，可能的原因是發(fā)動機內(nèi)無油或缺油，泵不能建立足夠的壓力斷開開關(guān)。因此必須檢查機油的油位，按實際需求添加油；齒輪泵發(fā)生故障時，應(yīng)及時清洗輔助泵；壓力開關(guān)不閉合和保持接地時，必須更換壓力開關(guān)；油壓開關(guān)導(dǎo)線與塊體摩擦并與發(fā)動機缸體短路時，必須更換油壓開關(guān)導(dǎo)線。

3.2 啟動器連續(xù)預(yù)潤滑

該故障主要表現(xiàn)為預(yù)潤滑定時器電磁線圈觸點已經(jīng)焊接。由于電磁線圈定時器控制預(yù)潤滑循環(huán)，電流通過鑰匙開關(guān)而流至定時器，接地路徑由常閉壓力開關(guān)完成，該開關(guān)則被預(yù)設(shè)為在17 kPa (2.5 psi)時斷開；當(dāng)開關(guān)斷開時，電流在3 s延遲之后被重新引導(dǎo)至用于發(fā)動機啟動的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機啟動器電磁線圈。低電壓可能導(dǎo)致繼電器故障；而用高于系統(tǒng)的設(shè)計電壓來跨接啟動車輛，將會導(dǎo)致電磁線圈觸點被焊接。

3.3 啟動器延遲啟動無預(yù)潤滑模式

圖2為泵油- 啟動循環(huán)時的電壓圖形。若車輛提示點火完全熄滅，則要確保鑰匙保持在啟動位置3～4 s；若發(fā)動機在短暫延遲之后啟動，則表示壓力開關(guān)的接地連接已經(jīng)斷開，沒有接地路徑，預(yù)潤滑裝置將繼續(xù)延遲和啟動。必須檢查至壓力開關(guān)的導(dǎo)線，若導(dǎo)線被拆除或切斷，則更換；檢查至發(fā)動機缸體的接地帶，若有故障，發(fā)動機缸體和油壓開關(guān)不能接地，應(yīng)更換接地母線；檢查壓力開關(guān)是否開路，拆下導(dǎo)線后檢查開關(guān)端子與開關(guān)殼之間是否開路，若開路，僅需更換壓力開關(guān)。若壓力開關(guān)已斷路，機器可啟動和運轉(zhuǎn)直至更換。對于延時和啟動順序，司機只需握住啟動開關(guān)。

圖2 泵油- 啟動循環(huán)時的電壓圖形

3.4 處于啟動模式時啟動器脈動

必須檢查蓄電池電力是否低或用盡；檢查交流發(fā)電機輸出是否合格；檢查啟動器蓄電池的接地接線柱至啟動器電磁線圈的G 端子是否有損壞的接地帶或無接地導(dǎo)線；檢查緩沖保護是否轉(zhuǎn)動；檢查是否有損壞的啟動器安全繼電器等，若所有檢查皆沒問題，則應(yīng)更換蓄電池，將啟動器控制電路最大允許電壓降為2 V。

3.5 蓄電池充電不足、過充電及泄漏

蓄電池充電不足時，不能向卡車電氣系統(tǒng)提供足夠的電力。導(dǎo)致蓄電池充電不足的原因有：蓄電池極板與硫酸化合，形成含硫酸鉛的沉淀物；蓄電池連接松動；電氣系統(tǒng)電線故障；交流發(fā)電機驅(qū)動皮帶松馳；交流發(fā)電機故障；蓄電池均衡器故障；天冷時，電解液凍實使蓄電池殼開裂，正極板損壞，必須充電75% 或更高。而蓄電池過熱的過充電，則表明水的使用過多，該情況繼續(xù)發(fā)展，則單元蓋將在正極端向上沖，在極端情況下，蓄電池容器將變形和開裂。

蓄電池連續(xù)潮濕，或端子、托架和周圍區(qū)域過度腐蝕表示有泄漏。在鉛酸型蓄電池中，少量的泄漏腐蝕是正常的，應(yīng)檢查殼、蓋和密封劑是否有孔、裂紋或其它泄漏的跡象；檢查蓄電池壓緊連接處，以確保張力不足以大到使蓄電池開裂，也不小到足以使振動打開接縫。

為除去腐蝕，需采用小蘇打溶液、非鋼絲硬刷子及清水清潔、沖洗蓄電池；確保單元的蓋都緊密，防止清潔溶液進入蓄電池單元，確保端子的干凈且緊密，這在電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中極其重要；腐蝕在充電電路中易產(chǎn)生電阻，導(dǎo)致充電不足和蓄電池電力的逐漸耗盡；若大量電解液已溢出流失，則必須加酸，但之前必須確保蓄電池被完全充電；需注意將電解液比重調(diào)整為1.4時，若硫酸的強度更高，則硫酸尚未充分在溶液里擴散之前，易腐蝕蓄電池板和隔板。

備用蓄電池閑置14天以上時，都會緩慢地自放電，天熱時更明顯，必須拆下蓄電池，置于陰涼、干燥處，以便定期檢查，必要時充電。為補償自放電，備用蓄電池每月至少接受一次再充電(非快速充電)。蓄電池在放電狀態(tài)下長期存放，會使其受到極板上硫酸鉛結(jié)晶的侵襲即蓄電池硫化，這種情況大多不可修復(fù)；不太嚴重的情況下，硫化的蓄電池可通過低速率(約正常速率50%)延長充電，而被恢復(fù)為限制服務(wù)。

3.6 啟動器預(yù)潤滑循環(huán)時間過長

除極寒冷天氣啟動外，預(yù)潤滑循環(huán)時間不應(yīng)超過45 s，導(dǎo)致該故障的主因是油壓低。應(yīng)根據(jù)外界溫度，使用發(fā)動機制造商推薦的合適粘度的油；檢查吸油側(cè)是否有空氣泄漏、連接松動、接頭和泵殼體開裂、軟管扭結(jié)及堵塞；確保吸油軟管直徑大于20 mm；檢查油壓開關(guān)是否處于正確位置。

3.7 啟動器不能泵油、無延遲及無啟動

若啟動器處在工作中表明系統(tǒng)中電壓中斷。若啟動器完全不工作且無預(yù)潤滑、無延遲和啟動，則表示預(yù)潤滑定時器電磁線圈可能有故障，應(yīng)從壓力開關(guān)上拆下導(dǎo)線即接地線，并激活啟動器開關(guān)數(shù)秒。若啟動器延遲然后啟動，則說明預(yù)潤滑定時器電磁線圈損壞，必須更換定時器電磁線圈總成；若啟動器仍然不工作，則應(yīng)檢查車輛啟動器開關(guān)，當(dāng)鑰匙被激活時，確保預(yù)潤滑定時器電磁線圈的電壓正常。

3.8 啟動器預(yù)潤滑、延遲后不啟動

表示定時器或啟動器有故障?？蓪⒁桓缃与娎|放在啟動器電磁線圈S 接線柱上，若發(fā)動機開始轉(zhuǎn)動，則應(yīng)更換預(yù)潤滑定時器電磁線圈；而當(dāng)S接線柱通電時，若發(fā)動機不轉(zhuǎn)，則應(yīng)排查啟動器電磁線圈和啟動器小齒輪驅(qū)動裝置。

3.9 高壓油管爆裂

高壓油管安裝不當(dāng)時，會由于扭曲、彎折、鋼絲層磨損、銹蝕、局部過載等而爆裂；高壓油管老化、裂縫，或因接觸汽油、柴油等使軟管腐蝕而損壞；安全閥開啟壓力調(diào)整過高，使高壓軟管長期超載荷，或安全閥銹蝕或卡住，使油管內(nèi)的壓力急劇升高，安全閥不能開啟泄壓，致使軟管破裂；彎曲或擊打高壓油管，或采用彎曲或開裂的配管或軟管，使用過程中易產(chǎn)生爆裂。

高壓油管小的高壓針孔泄漏極為危險，噴出的高壓油可穿透皮膚和眼睛，必須戴上安全眼鏡和厚手套，用一塊紙板或木片檢查是否漏油。拆下油管或部件前，必須釋放系統(tǒng)內(nèi)的壓力。平時應(yīng)及時修理任何松動或更換已損壞軟管，否則，一旦油管泄漏，既損失液壓油，又影響工作，且極易導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

4 結(jié)束語

發(fā)動機遠程預(yù)潤滑系統(tǒng)是大型礦用電動輪汽車發(fā)動機正常工作的保障系統(tǒng)。生產(chǎn)實踐證明，針對該系統(tǒng)常見故障診斷與維修技術(shù)進行長期深入的探析并采取相應(yīng)措施，能顯著改善發(fā)動機的潤滑工作條件，在很大程度上減輕發(fā)動機冷、熱啟動造成的干式磨損，特別是對潤滑油在壓力下能直接到達的運動表面摩擦性能的改善極為有利，可降低機油的污染程度，適當(dāng)延長機油的更換時間。該系統(tǒng)生產(chǎn)效率高，設(shè)備故障率低，使用壽命長，可大幅提升車輛出勤率，能確保礦山的安全生產(chǎn)，其應(yīng)用前景廣闊，推廣價值高。

[1] 張偉旗.大型礦用電動輪巨型輪胎技術(shù)裝備創(chuàng)新及損壞形式探究處理[J].中國礦山工程,2012，41(4):37.

[2] 李亞靜,仇玉林,劉強，等.汽車發(fā)動機潤滑系統(tǒng)研究[J].機械,2008，35(4):6-9.

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Discussion and Analysis on Overhaul and Fault Diagnosis of Mining Electric Wheel Engine Remote Pre-lubrication System

ZHANG Wei-qi

Good engine remote pre-lubrication system is critical to guaranteeing large-scale mining electric wheel car engine work reliably. This paper introduces the main structure, working principle and features of mine electric wheel engine remote pre-lubrication system, analyzes the cause of system fault, and raises corresponding measures for overhauling.

remote pre-lubrication system; fault diagnosis; overhaul

2014-08-26

張偉旗(1965—)，男，江西余江人，高級工程師，中國機械工程學(xué)會高級會員，研究方向：銅加工、礦山機械、有色冶金、機電。

TD422

A

1008-5122(2015)04-0037-04