280系列柴油機噴油泵下體回油量大問題分析及解決措施

顏天敏，高健，朱慧敏

（1．中車資陽機車有限公司，資陽641301；2．陸軍裝備部駐沈陽代表局大連代表室，大連116000）

0 引言

柴油機噴油泵下體需用機油進行潤滑和冷卻，這部分機油消耗不可避免。但2018～2019年度，中鐵某局東風8型機車每月機油消耗量超過該局規(guī)定指標約50%，造成該型機車機油支出成本增加，經(jīng)濟效益下降。

1 問題的提出

中車資陽機車有限公司DF8B機車所用柴油機為16V280ZJA柴油機，柴油機的基本參數(shù)見表1。用戶反映該柴油機噴油泵下體回油量比同類型機車柴油機回油量大。針對此問題，公司對5826＃、5827＃DF8B機車柴油機的噴油泵回油量進行實測，結(jié)果見表2所示。所有回油量測試均在柴油機額定工況穩(wěn)定運行20 min后、機油出口溫度≥75℃時進行。

表1 16V280ZJA柴油機基本技術參數(shù)

表2 各缸回油量 單位：滴／min

由于柴油機噴油泵下體回油量并無國家及行業(yè)標準要求，針對用戶提出的此問題，公司成立專項小組，研究并制定整改措施。

2 原因分析

2.1 噴油泵回油原理

16V280ZJA柴油機的噴油泵下體采用機油進行潤滑，此結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了其在正常狀態(tài)下，噴油泵下體回油中包括： （1）噴油泵上體裝配中從柱塞偶件間隙泄漏的燃油； （2）噴油泵下體裝配中從滾輪體與泵下體的間隙泄漏的潤滑油，即機油［1］。這2種油混合后形成污油從噴油泵下體流出，通過污油管把每缸噴油泵下體回油收集后排到污油箱中。噴油泵結(jié)構(gòu)見圖1所示。

2.2 回油中機油和燃油比例

由于噴油泵下體的回油包括燃油和機油，分析回油量大問題時，首先必須明確是哪種油回油量大，才能具體分析問題產(chǎn)生的原因。因此需對泵下體的回油成分進行化驗，明確燃油和機油的比例。

為了確定噴油泵下體回油中機油與燃油的比例，從5826＃號機車柴油機收集回油樣品，同時取樣0＃柴油、第4代柴油機油、不同比例的機油和柴油的混合油，采用對比上述各類油運動黏度的分析方式，間接分析回油樣品中機油與燃油的比例。各類油品運動黏度檢驗結(jié)果見表3。

由檢驗結(jié)果可知，回油樣品黏度 （68．98）遠大于80%機油與20%柴油的混合油黏度 （46．63），說明泵下體的回油中機油比例遠大于80%。因此，噴油泵下體的回油量大可判定為泵下體機油回油量大。

表3 各類油品運動黏度檢驗結(jié)果

2.3 機油回油量大原因

如圖1可知，噴油泵下體機油回油主要是從滾輪體與泵下體之間的間隙產(chǎn)生，泄漏的可能原因主要有以下幾方面： （1）泵下體與滾輪體加工尺寸超差；（2）O形密封圈切邊、老化； （3）滾輪體上部腔內(nèi)油壓偏高，致使泄漏加劇； （4）O形密封圈密封不良。

針對原因1和原因2，對5826＃機車柴油機上的噴油泵進行全面拆檢，檢查以下內(nèi)容： （1）泵下體各關鍵尺寸； （2）泵下體表面狀況，是否有偏磨或拉傷； （3）O形圈是否切邊。拆檢結(jié)果表明，泵下體各關鍵尺寸符合圖紙要求，泵下體各零件配合面狀況良好，O形密封圈無切邊、老化現(xiàn)象。因此，可排除原因1及原因2。

至此，噴油泵下體機油回油量大原因可推定是原因3（滾輪體上部腔內(nèi)油壓偏高，致使泄漏加?。┖驮?（O形密封圈密封不良引起）。

3 改進措施

3.1 改進結(jié)構(gòu)

對噴油泵下體通氣／通油孔進行結(jié)構(gòu)更改。此孔的主要作用為通氣，另外有少量飛濺的機油從此孔流出，回到柴油機油底殼。該孔原本為2×φ14 mm對稱布置，改為4×φ14 mm均勻布置。此項措施主要是為了避免滾輪體上部腔內(nèi)聚集的機油太多，使O形密封圈密封部位所承受的油壓過大，造成密封圈密封不良，機油從O形圈密封部位上竄，導致回油量大。此項措施在不影響泵下體強度的基礎上減小了滾輪體上部集油腔的油壓。在5826＃機車柴油機上進行泵下體通氣／通油孔更改前后的對比試驗，結(jié)果見表4?；赜土繉Ρ葴y試均在柴油機額定工況穩(wěn)定運行20 min后、機油出口溫度≥75℃時進行。

由試驗結(jié)果可知，增加噴油泵下體通氣孔數(shù)量后，其回油量與更改前差異較小，說明回油量大問題并不是O形密封圈密封部位所承受的油壓過大造成。排除原因3后，就需考慮O形密封圈密封不良引起泄漏的原因，并制定相應改進措施。

表4 結(jié)構(gòu)改進前后回油量對比 單位：滴／min

3.2 改進O形密封圈

引起O形密封圈密封不良的因素較多，可能是O形密封圈尺寸超差、材料硬度不符合要求、O形密封圈壓縮量偏小等因素導致。對所用的O形密封圈 （型號：34×3．5）進行檢測，檢測結(jié)果見表5。

表5 O形密封圈檢測結(jié)果

由檢測結(jié)果可知，O形密封圈尺寸、材料硬度均符合標準要求。排除尺寸、材料因素后，對密封圈壓縮量進行分析。一般來說，O形密封圈的壓縮量在9．5% ～23%范圍，均符合《機械設計手冊要求》［2］。經(jīng)計算此O形圈壓的縮量為13．6%，可適當增加O形密封圈截面直徑，使密封圈的壓縮量增加，從而提高密封效果。但由于泵下體的特殊結(jié)構(gòu)，要求裝配后滾輪體在不大于58．8 N重力作用下應能滑動落下無卡滯現(xiàn)象，所以在考慮增加壓縮量的同時還需考慮滑動性問題，不能把壓縮量增加太多。經(jīng)計算，若O形密封圈截面直徑增加至3．8 mm，其壓縮量為20．8%，此時滾輪體向下滑動的重力為40 N，符合裝配要求。同時，還考慮增加氟橡膠材料的硬度以提高密封圈的密封性能，因此將此O形密封圈設計成非標。O形密封圈型號為34×3．8，材料為氟橡膠，硬度為邵氏76，顏色為黑色。對新設計的O形密封圈，進行5826＃機車柴油機裝機試驗，結(jié)果見表6。試驗工況和條件同前。

表6 新O形密封圈更換前后回油量對比單位：滴／min

由試驗結(jié)果可知，增大O形密封圈的截面直徑，使密封圈的壓縮量增加，能大大減少噴油泵下體回油量，同時符合裝配中滑動性要求。將泵下體通氣／通油孔結(jié)構(gòu)改進和新設計的O形密封圈2項措施在5827＃機車柴油機上進行試驗驗證，結(jié)果見表7。試驗工況和條件同前。

表7 改進措施前后回油量對比 單位：滴／min

由試驗結(jié)果可知，上述2項改進方案，使噴油泵下體回油量有顯著改善，平均減少約120滴／min，相當于每小時可減少約700 ml。改進結(jié)果得到了用戶的充分認可，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能耗。

4 結(jié)論

通過對噴油泵下體回油量大原因進行逐一排查，提出改進噴油泵下體通氣／通油孔結(jié)構(gòu)和O形密封圈結(jié)構(gòu)措施，使噴油泵下體回油量大問題得到有效解決。噴油泵下體裝用新設計的非標O形密封圈，在后續(xù)280系列柴油機上進行裝機驗證，均大大減少了泵下體回油量，取得了可觀的經(jīng)濟效益，降低了能耗，具有很高的推廣價值。