液壓挖掘機渦輪增壓器故障的分析與處理

柯良雄　周海寧

摘? 要：通過分析渦輪增壓器在運行過程中的常見故障及典型案例剖析，了解其工作原理和性能，為日后處理故障提供參考依據(jù)

關(guān)鍵詞：工作原理;典型案例;故障排查;分析處理

1 前言：

液壓挖掘機在露天礦開采中有至關(guān)重要的作用，可用于采坑巖石剝離、煤炭裝運、道路修筑等多用途功能，而渦輪增壓器作為其發(fā)動機的核心部件，工況好壞直接影響輸出功率，渦輪增壓器在同樣排量狀況下增加了輸出功率，具有很好的經(jīng)濟效益。下面將對渦輪增壓器故障進行系統(tǒng)分析，以供日后檢修作參考。

2 渦輪增壓器工作原理介紹：

渦輪與壓氣輪在同一根軸上安裝，當(dāng)發(fā)動機正常運行時排出的廢氣驅(qū)動渦輪，以使壓氣輪以相同的速度旋轉(zhuǎn)，渦輪的速度取決于廢氣的壓力、溫度、數(shù)量，再通過控制裝置如旁通閥、噴頭等調(diào)整，達(dá)到符合要求的轉(zhuǎn)速，同時進入增壓器的熱空氣經(jīng)過中冷器冷卻后再進入發(fā)動機，使密度和溫度都增高，在同樣的排量下，燃燒更充分，發(fā)動機功率明顯提高，獲得了很好的經(jīng)濟性效益。

3、常見故障分析

3.1油路故障

渦輪增壓器故障常因油路引起為主，故障有漏油，供油壓力不足或回油不暢，油質(zhì)不佳等。

3.1.1漏油的主要因素

增壓器以密封環(huán)為間隔，確保各密閉腔室軸承潤滑良好，如密封環(huán)損壞或與軸間隙過大，就會出現(xiàn)漏油現(xiàn)象;安裝不規(guī)范或由增壓器本體溫度過高，都會造成密封失效;軸承與軸之間產(chǎn)生間隙，旋轉(zhuǎn)振動加劇，增大沖擊，破壞了動平衡，當(dāng)間隙達(dá)到一定程度會使兩端密封破壞，損壞增壓器。

3.1.2供油壓力不足或回油不暢

若發(fā)動機油泵供油壓力低或回油不暢，造成軸承和軸潤滑不良而損壞。渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷增加而增加，機油供給量隨之增加，如果供油滯后將造成軸承損壞;日常要定期清理供油管路，確保供油正常。

3.1.3油質(zhì)不佳

若機油中含有雜質(zhì)，在高速旋轉(zhuǎn)中加速對渦輪增壓器軸承及密封環(huán)的磨損;若機油長時間未更換，逐漸會氧化變質(zhì)，摻雜燃油和廢棄物等直接影響機油粘度和耐高溫性。

3.2氣路故障

3.2.1雜質(zhì)進入發(fā)動機氣路

增壓器高速運轉(zhuǎn)中若有雜質(zhì)進入氣路，先是異常響聲再到損壞渦輪葉片，功率損失，進而擊壞增壓器機外殼。

3.2.2進氣量不足

空濾需根據(jù)工作狀況定期清理和更換，如若空濾不干凈，進氣不暢，會導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低和動力不足。

3.2.3進氣溫度過高

每個渦輪增壓器都有設(shè)計最高速度和最高溫度，持續(xù)的超速超溫運轉(zhuǎn)會造成機械失效。增壓器正常運轉(zhuǎn)發(fā)動機排氣溫度不允許高于750℃。氣門損壞或間隙調(diào)整不當(dāng)，噴油提前角過小等原因，造成柴油燃燒不充分，進去排氣管二次燃燒，導(dǎo)致排氣溫度過高，排氣管和增壓器發(fā)紅。增壓器機體溫度過高會引起增壓器密封損壞，機件變形，潤滑油老化變質(zhì)，軸承咬死等。

4、典型故障案例分析與處理

4.1典型故障1

4.1.1故障描述：某露天礦一臺液壓挖掘機CAT374正在采坑挖掘土方，司機突然感覺行動緩慢，挖掘無力，發(fā)動機冒黑煙。

4.1.2故障排查：修理工針對司機描述的故障，進行初步排查，對燃油系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)逐項排除后，對渦輪增壓器進行了拆解，打開后發(fā)現(xiàn)葉輪葉片損壞，更換新的渦輪增壓器后，挖掘機可以正常作業(yè)，故障排除。

4.1.3故障原因分析：在12月初，北方氣候寒冷，司機午后操作時，直接將發(fā)動機調(diào)到強行挖掘模式，轉(zhuǎn)速升至1800-2100rpm之間，挖掘裝車10車以后，發(fā)現(xiàn)挖掘無力，手柄操作明顯感覺動作緩慢，發(fā)動機冒黑煙，司機趕緊停車報修。經(jīng)現(xiàn)場檢查，渦輪增壓器外殼有損傷，初步判斷是渦輪增壓器故障，于是拆解渦輪增壓器，發(fā)現(xiàn)進氣葉輪、葉片和葉輪殼體發(fā)生觸碰而損壞，浮動軸承嚴(yán)重磨損，渦輪增壓器軸斷裂。為了分析原因，進一步檢查了渦輪增壓器進油管和回油管，屬正常無堵塞。通過發(fā)動機Insite，查看發(fā)動機ECU記錄，無增壓器超速故障記錄，進一步查看顯示，確定為發(fā)動機啟動時沒有怠速運轉(zhuǎn)而是直接進入強行挖掘模式，短時間內(nèi)告訴運轉(zhuǎn)，機油壓力無法到達(dá)渦輪增壓器進行潤滑，造成浮動軸承與轉(zhuǎn)子軸間未形成潤滑油膜，在高速高溫下加劇浮動軸承與轉(zhuǎn)子軸間磨損，長時間后，轉(zhuǎn)子軸在承受壓氣機葉輪和渦輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩下斷裂。

4.2典型故障2

4.2.1故障描述：某露天礦一臺利勃海爾964C液壓挖掘機在夜晚作業(yè)，司機發(fā)現(xiàn)渦輪增壓器及排氣管亮紅，以前未出現(xiàn)類似狀況，及時匯報停機。

4.2.2故障排查：維修工排查發(fā)動機進氣系統(tǒng)，空濾芯和進氣管道沒有堵塞進灰跡象，發(fā)動機進氣管無泄漏，中冷器外觀無裂紋漏氣，然后拆解了渦輪增壓器，查看渦輪增壓器正常，沒發(fā)現(xiàn)問題。鑒于這種情況，技術(shù)部門查找了相關(guān)渦輪增壓器發(fā)紅及高溫的相關(guān)資料，再對其他設(shè)備跟蹤對比，發(fā)現(xiàn)另外一臺同型號挖掘機作業(yè)無此癥狀，于是決定對發(fā)動機進氣系統(tǒng)進一步拆解深層次檢查。把中冷器短路，直接與發(fā)動機連接，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象消除進而判斷為中冷器堵塞。由此確定為進氣量不足，燃油在氣缸內(nèi)燃燒不充分，而未完全燃燒的油氣進入排氣管后二次燃燒，從而導(dǎo)致排氣溫度過高，對渦輪增壓器構(gòu)成危害。

4.2.3故障原因分析：渦輪殼和軸承外殼發(fā)紅、渦輪卡死增壓器對柴油機的排氣溫度（渦輪進氣溫度）要求很嚴(yán)，一般不能超過750℃。長時間使增壓器過熱發(fā)紅，將導(dǎo)致增壓器的軸和軸承退火、燒死，葉輪和葉片變形，密封損壞，甚至卡死或因供油管路高溫造成機油劣化變質(zhì)而導(dǎo)致局部乃至發(fā)動機整體潤滑不良。發(fā)動機排氣溫度過高的原因很多，具體原因有：（1）氣門間隙過小，使氣門封閉不嚴(yán)，燃燒過程中部分油氣外逸，氣缸工作壓力過低，導(dǎo)致燃燒不完全;（2）氣門間隙過大，引起配氣相位不正確，或配氣相位本來就有偏差，導(dǎo)致氣缸內(nèi)燃燒不完全;（3）氣門座燒損、有裂紋，被壓縮氣體流失，燃燒過程上中出現(xiàn)富油燃燒，氣缸的實際壓縮比小于設(shè)計值;（4）噴油提前角過小，造成滯后燃燒;（5）噴油器工況不良，燃油霧化程度低，易產(chǎn)生富油燃燒或滯后燃燒;（6）發(fā)動機缸套及活塞環(huán)磨損后密封不良，出現(xiàn)類似氣門間隙不正確和配氣相位有偏差時的情況;（7）進氣歧管出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，實際起不到增壓作用，吸氣行程中缸內(nèi)負(fù)壓較高，實際進氣量減少，燃燒過程中因油氣濃度過高而燃燒不完全;（8）對于帶中冷器的增壓發(fā)動機，若中冷器損壞，則稀薄的高溫、高壓空氣進入氣缸，運行過程中會因油氣濃度過高燃燒不完全。

5、注意事項

（1）發(fā)動機啟動后應(yīng)怠速運轉(zhuǎn) 2～3min，然后空載提升大臂，進行全車熱車，這樣即可使發(fā)動機的潤滑機油達(dá)到工作溫度和壓力，以免突然增加負(fù)荷時因浮動軸承與轉(zhuǎn)子軸間無油而加速磨損，也可使全車液壓系統(tǒng)和機械部件“預(yù)熱”。（2）使用符合標(biāo)準(zhǔn)的機油并經(jīng)常檢查機油量，若潤滑油不合格會造車潤滑不良。粘度過高的機油，冷啟動時油膜建立滯后;粘度低的機油不能建立穩(wěn)定的潤滑油膜。（3）按照說明書要求保養(yǎng)發(fā)動機，更換三濾，清洗進氣系統(tǒng)。（4）挖掘機在大功率工作后應(yīng)怠速運轉(zhuǎn) 2～3min后關(guān)閉發(fā)動機，以免潤滑機油喪失壓力，轉(zhuǎn)子靠慣性轉(zhuǎn)動時得不到潤滑而損壞。

6 結(jié)論

挖掘機發(fā)動機渦輪增壓故障維修是一件技術(shù)要求較高的工作，我們必須悉知發(fā)動機控制系統(tǒng)的工作原理，掌握基本構(gòu)造的情況下，才能有效的排除故障。同時在日常使用中要科學(xué)保養(yǎng)，確保機械正常運行。

參考文獻：

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[2]呂軍華 淺談液壓挖掘機渦輪增壓器發(fā)動機故障處理? 2013

[3]徐培勝 廢氣渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計.