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)營公司， 山西 長治 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)公司國產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車ZN315LSB 型增壓器軸承燒損故障問題進(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)用過程中也不同程度地暴露出一些質(zhì)量問題。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產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車的慣性故障。通過對(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)量問題。具體情況詳見圖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)共用潤滑油，特別是機(jī)車后增壓器，它的潤滑通路處于柴油機(jī)潤滑通路的末端，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，通過上車跟蹤測試，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，因潤滑不良造成軸承固死的增壓器共計(jì)3 臺(tái)。通過對(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。