内燃机车柴油机常见故障例析

-1-内燃机车柴油机常见故障例析笔者是大板机务段检修车间的一名技术员，与内燃机车朝夕相处，深知柴油机作为机车的动力源，其复杂性和重要性，在日常工作中，笔者注重积累经验，针对所遇到的故障，看现象、查原因、定措施，养成了既强调抓预防，又重视应急处理的良好习惯，下面结合工作实际就柴油机启动前、启机时及运行中的一些典型故障做部分例析，请老师指正。第一章内燃机车柴油机的发展第一节内燃机车的发展简史1897年，德国人狄塞尔首先研制成功柴油机。1905年，美国通用电气公司（GE）研制成功第一台电传动内燃机车。1924年，世界上第一台干线内燃机车在苏联诞生，功率736KW，时速50km/h。1958年，我国开始设计试制内燃机车，1964年开始批量生产。第二节我国内燃机车的发展状况我国铁路运用机车中，内燃机车数量约合运用机车总数的70%，2005年12月在集通铁路大板机务段蒸汽机车全部下线，这标志着我国铁路用电力牵引和内燃牵引取代蒸汽牵引的牵引动力现代化已经全面实现。我国的-2-内燃机车发展历史，自1958年开始，从早期仿造水平由低到高，经历了几个阶段的发展。当前，我国生产的内燃机车从技术性能指标等方面，都达到了国内外的先进水平。如我国主型客、货运机车东风4B型、4C、4D，客运快速所使用的东风4D型客，货运重载用东风8B等。第二章内燃机车的基本结构第一节内燃机车柴油机的组成一、固定件：主要由机体、气缸、气缸盖和主轴承等组成。固定件是柴油机的基础部件，是柴油机各种零部件的基础。二、运动件：主要有活塞组、连杆组、曲轴组等组成。运动件是柴油机的主要能量转换件。三、配气结构：主要有气门、气门弹簧、摇臂、推杆、顶杆及凸轮轴等组成，配气机构是柴油机换气过程的控制机构。四、进、排气系统：由空气滤清器、中冷器、涡轮增压器、进（排）气管道等组成，它能足够的清洁空气送入气缸，并将作功后的废气排入大气。五、燃油系统：主要有燃油滤清器、喷油泵、喷油器和有关管路组成，保证清洁的燃油进入气缸。六、润滑系统：主要由主机油泵、启动机油泵，机油滤清器及管路组成。-3-七、其它还有调控系统和冷却水系统等。第三章内燃机车故障的形成第一节内燃机车故障的形成在运用过程中，机车的技术状态达不到预定的工作性能，就是说机车发生了故障。机车发生故障的主要表现是：1.动力性能的恶化——柴油机功率下降，牵引力下降；2.经济性变坏——燃烧不良、机油烧损严重、燃料与润滑油的耗量增加；3.可靠性下降——例如电气系统绝缘老化、击穿、短路、动作失灵；再如机械部分配间隙增大、联接松动、产生冲击、出现敲击声，可能引起零、部件的断裂，甚至危及行车安全。机车运用和修理经验表明，机车零、部件的损伤也是各种各样的。但是，如果从修理角度加以检查，就会发现机车故障的形成都是零件与零件之间的关系不对；或者是零件本身有了缺陷；或者两者都有。零件与零件之间的关系不对，包括配合关系、相对应和协调关系遭到破坏。例如，柴油机排气颜色不正常，可能由于活塞环和汽缸套磨损间隙增大、活塞环弹力减弱等原因，使活塞环和汽缸套的配合特性受到破坏。-4-颜色不正常，还可能由于喷油时间不对，说明配气系统零件的相对位置有问题。随着油泵柱塞副的磨损，柴油机工作转速常常变得不平稳，大多由于柱塞的过分磨耗和各柱塞磨耗不一致，使燃油供量减少，各缸供量不均，结果调速器的转速与相应燃油供量间出现不协调以及各缸之间的供油量不协调。零件的缺陷包括尺寸、形状的变化（例如轴和孔出现椭圆度、圆柱度超差；零件的弯曲、扭曲和断裂等）；表面质量变坏（例如表面出现刮痕、锈蚀、积炭和水垢等）以及材质变坏等。零件尺寸、形状的变化往往导致配合特性的破坏。这就属于零件既有缺陷，而零件与零件之间的关系也不对的情况。第二节产生损伤的原因一、自然损伤一台技术状态良好的机车，即使运用正确，机车零、部件也会由于磨损、蚀损、疲劳和变形等原因而逐渐损伤。这是不能避免的，我们称之为自然损伤。它包括：1.1磨损就是指一个物体工作表面的材料，由于表面相对运动而逐渐损耗的现象。是导致现代机器失效的主要原因。-5-在机车的运用中，即使我们正确地进行操纵和保养，机车零件间的原有配合特性仍然不可避免的会遭到破坏逐渐产生磨损。既所谓正常磨损。如果对于机车的使用不当，引起零件迅速的、突然的磨损，则称为非正常磨损，或称为先期磨损。非正常磨损是由于责任性原因所造成的，是可以避免的。正常磨损是随机车走行公里的增加而缓慢增长的，它是使机车技术状态不断变坏的一个重要因素。正常磨损是不可避免的，但我们可以设法减轻它。1.2蚀损（一）零件的腐蚀：就是金属和周围介质发生的化学作用或电化学作用而造成的破坏。按其机理可分为两类：即化学腐蚀和电化学腐蚀。腐蚀的结果，使金属零件表面的成分、性质、尺寸和形状发生了变化，从而缩短了金属零件的使用期限。对于内燃机车金属零件来说，腐蚀也是一个很普遍的问题。例如，汽缸头、汽缸套、冷却单节和管道水腔的腐蚀，高温下的氧化，转向架的锈蚀以及机体和汽缸套水侧表面穴蚀等等。（二）金属零件的穴蚀随着柴油机转速的不断提高，在某些零件与冷却水、高压燃油接触的表面上，就会产生穴蚀，也可以称为点蚀。由于柴油机有效压力和转速的提高，结构日益紧凑，零件壁厚减小，-6-因而穴蚀问题越显的突出。随着零件耐磨性的提高，有时磨损量仅为0.01至0.03mm，而穴蚀深度已超过壁厚的一半，所以穴蚀渐渐成为零件使用寿命的决定因素。1.3疲劳在长期交变载荷下，齿轮、轴和轴类的零件往往由于某些原因产生疲劳裂纹，导致零件表面剥落或整个断裂。疲劳与裂纹是内燃机车零件常见的损伤之一。（一）疲劳机理疲劳是材料在交变载荷作用下的一种破坏现象。疲劳破坏的发生决定于：交变载荷所引起应力的大小；交变载荷的循环次数以及材料的抗疲劳强度三个因素。交变载荷所引起的应力小于一定数值时材料可以承受无限多次循环载荷而不致破坏，这个数值叫做疲劳强度极限。如果应力大于疲劳强度极限时，材料所承受的循环次数就有限度，达到这个循环次数时，材料就会破坏。有关研究证明，材料的疲劳破坏是由于材料在交变载荷作用下，首先产生了微观裂纹，然后逐渐加深和扩展形成宏观裂纹。随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，即有效面积不断缩小，当有效面积缩小到不能承受外加载荷时，即发生断裂。-7-（二）疲劳裂损的原因在常规的“无限寿命”设计中，都是根据疲劳强度极限曲线和安全系数进行设计的。可是零件在运用过程中仍然过早地发生意外破坏，这就是说设计的可靠性仍未得到充分保证。这种情况的出现，是由于用来确定材料疲劳特性的试样与实际零件存在着很大的差别。传统的疲劳强度极限曲线，是用表面经过精心抛光的光滑试样通过实验获得的。所谓疲劳强度极限，实际上是试样不产生疲劳裂纹（或微小疲劳裂纹不发生扩展）的最高应力水平。但是实际零件在制造、检修和运用过程中，往往由于各种原因，使零件表面存在着各种缺陷。当带着这种类裂纹的零件，承受交变载荷时，即使其交变载荷所引起的应力，小于疲劳强度极限，表面上存在的裂纹可能不断扩展，最终导致零件的破坏。1.4变形材料长期承受载荷，会产生缓慢的塑性变形，其结果使零件伸长、缩短、弯曲或扭曲。变形超过一定限度时，零件与零件的相互关系既遭到破坏。二、责任性原因1、设计方面由于计算错误、结构设计不合理、材质和热处理选用不当等原因，而造成某些零件的惯性损伤。2、工艺方面没有严格遵守正确的制造和修理技术工艺。例如材质和-8-热处理不合要求、焊缝质量不合格、加工精度和粗糙度不合要求、装配时没有保证所要求的配合等等。3、使用方面大多是由于没有严格遵守正确的规章制度。例如操纵不当、保养维修不良等等。很显然，对于自然损伤，我们必须对它作进一步的研究，尽量减少它的危害。而对于责任原因，只要我们在思想上加以重视，建立健全岗位责任制，认真遵守执行正确的有关技术规定和规章制度，完全可以避免责任性原因造成的损伤。第四章内燃机车柴油机常见故障及处理第一节启机前的常见故障及异常现象一、甩车时曲轴不转；二、甩车时示功阀喷水；三、甩车时示功阀喷机油；四、甩车时示功阀喷火或喷燃油；五、稳压箱排污阀有水或油排出。第二节启机前的常见故障例析我们以示功阀喷水为例结合实际案例，从现象、后果、剖析原因以及如何预防等几方面做以解析：-9-1、现象：柴油机甩车过程中，示功阀有水喷出。2、后果：甩车时示功阀喷水，说明燃烧室有水进入，当水量达到一定程度，就会发生水锤，由于水的压缩产生巨大冲击力，冲出活塞顶和汽缸盖，造成气缸盖碎裂，连杆弯曲，曲轴断裂等严重事故。3、水的来源：（1）机车露天存放，从烟筒处由于盖不严进入雨水。（2）中冷器漏水。（3）气缸盖水腔裂漏。为防止水锤，应加强劳动纪律，严格标准化作业程序，按规定启机前，长时间停留的机车，应对其进行甩车。事故案例：大板机务段东风4B型6104机车，机车到段后段备，夜班20：00非常预备，对机车进行了正常整备作业。第二天早7点乘务员出勤时，发现烟筒冒白烟，初步以为是中冷器漏泄，后经判断为第五缸头漏（从示功阀处排出水雾），后入库解体发现为五缸进气阀内水腔裂80—100mm，五缸连杆弯曲，将五缸缸套打碎，同一曲柄的13缸连杆也相应弯曲，造成很大损失。事故原因为乘务员长时间停留不按规定甩车，并且没有及时发现烟筒冒白烟。由此可见启机前的许多异常现象对我们判断机车状态是决不能忽视的。第三节启机时和启机后故障及异常现象一、启动时，曲轴转动但不发火；二、启动后，松开1QA后又停机；三、排气冒黑烟；-10-四、排气冒白烟；五、排气冒蓝烟；六、柴油机转速失控；七、柴油机飞车；八、柴油机敲缸；九、联合调节器输出轴抖动，但转速无明显变化。第四节启机时和启机后故障例析当柴油机启动后，应该对其进行全面检查，熟悉每一部件的特点和结构，主要是凭眼看、耳听、手摸和凭积累的工作经验。眼看主要看三漏（漏气、漏水、漏油）现象，以及能目测到的异常情况；耳听柴油机是否平稳，有无异音、杂音，运转是否正常有规律，手摸高压油管、传动齿轮箱温度及这些零部件内的油压脉冲来判断机件工作是否正常。例如敲缸是柴油机比较常见的故障：（一）现象：柴油机在正常工作状态下，声音柔和稳定，但由于某种原因，燃烧室内会发出“嘡、嘡、嘡”的响声，这种现象称为敲缸。（二）后果：1、柴油机在长期敲缸的状态下工作，会影响燃烧室的零部件的使用寿命。如果敲缸的原因是由于燃烧室内有异物，它不但会打坏气缸盖、活塞顶部、气门、喷油器等，而且当异物由排气支管排出到总管后，会随废气-11-到达增压器，打坏增压器的喷嘴环和涡轮叶片，后果是严重的。2、无论是活塞与缸套间隙过大，或因燃烧方面的原因引起敲缸，均会使未完全燃烧的或没有燃烧的燃油进入曲轴箱的机油内，使机油发生稀释。（三）原因分析：产生敲缸的原因有很多，有机械方面的原因，燃烧方面的原因，产生的后果也不同，综合起来主要原因有以下几个方面1、机械敲缸（1）活塞与缸套的配合间隙过大；（2）柴油机工作时的油水温度过底，特别是在冷机时启机更易发生敲缸。（3）气门弹簧折裂。（4）燃烧室内有异物，如喷油器头断落在燃烧室内，亦或有金属件落入燃烧室内。2、燃烧敲缸，也就是所说的“爆燃”。（1）启机时敲缸，启机后消失，积存燃油的原因。（2）喷油器雾化不良造成间断敲缸。（3）各喷油泵的小供油量相差悬殊造成间断敲缸。（4）喷油提前角偏大，大量燃油过早气缸内造成连续性敲缸。（四）防止措施：1、柴油机组装时，严防杂物落入燃烧室内；-12-2、组装时检查活塞与缸套的配合间隙，防止间隙过大；3、各缸喷油泵的小供油量尽可能一致；4、喷油提前角避免过大以防粗暴燃烧；其余的还要注意启机时一定要预热到20度以上，保证燃油雾化质量、及时修正功率等。例如：大板机务段东风4B型6108号机车于2005年11月15日担当好鲁库—大板间44135次货物列车。好鲁库站17：10分开车，18：31分运行至经棚站时，副司机巡检检查发现柴油机第8缸有敲缸声音，没有引起注意，列车运行至上店站时，发现增压器大量喷油，维持回段后检查发现8缸气门脱落、汽缸盖破损、各缸内、稳压箱内、增压器内有大量油、水及机