馬曉麗，檀麗宏

（中國北方發(fā)動機(jī)研究所，山西大同037036）

采用PT燃油系統(tǒng)的柴油機(jī)具有供油壓力低、噴射壓力高、供油無沖擊、動力范圍寬廣、易采用電子控制等諸多優(yōu)點(diǎn)而被工程機(jī)械、礦山機(jī)械廣泛應(yīng)用。但是，使用中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)仍存在問題。日本小松公司生產(chǎn)的D－85系列推土機(jī)在使用過程多次發(fā)現(xiàn)該機(jī)停止使用一周后無法重新啟動。針對該問題，對該機(jī)PT燃油系統(tǒng)組成、零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方位的檢查與分析，認(rèn)為引起該故障的主要原因與浮子油箱結(jié)構(gòu)有關(guān)。為此，針對系統(tǒng)相關(guān)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，同時(shí)提出燃料品質(zhì)、維護(hù)保養(yǎng)要求。改進(jìn)結(jié)構(gòu)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，效果極佳，綜合性能及可靠性滿足使用要求。

1 問題分析

D85A推土機(jī)采用了PT供油系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由主油箱、進(jìn)油管、浮子油箱、燃油濾清器、PT供油泵、噴油器、回油管等部件組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

由圖1可以看出，主油箱燃油出口高于噴油器進(jìn)口中心，而噴油器的油量控制口的開啟和關(guān)閉是由供油凸輪控制的，當(dāng)柴油機(jī)熄火后，至少有一個(gè)噴油器處于開啟位置，此時(shí)回油管的燃油就會經(jīng)過開啟的噴油器流入燃燒室。浮子油箱就是為解決此問題而設(shè)計(jì)的，而故障恰恰是由此發(fā)生的。根據(jù)故障現(xiàn)象，對系統(tǒng)所有部件進(jìn)行拆檢發(fā)現(xiàn)：燃油質(zhì)量差、長期使用維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，浮子油箱內(nèi)大量聚集污垢顆粒及水分，使得浮子油箱密封鋼球磨損，密封效果明顯下降。由于浮子油箱密封鋼球失效，燃油在柴油機(jī)停機(jī)時(shí)充滿浮子油箱，在主油箱與浮子油箱的壓差作用下逐漸充滿回油管，并通過打開的噴油器大量進(jìn)入燃燒室，從而導(dǎo)致柴油機(jī)不能正常著火。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化

通過分析D85A推土機(jī)PT供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及使用過程出現(xiàn)的故障，在不影響整體結(jié)構(gòu)布局的前提下，提出了行之有效的解決方案。改進(jìn)后PT供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

2.1 方案設(shè)計(jì)

（1）取消浮子油箱，在燃油濾清器與PT泵之間的燃油管上增加一個(gè)進(jìn)油單向閥，達(dá)到原浮子油箱的功能，單向閥的基本結(jié)構(gòu)與工作原理見圖3。

圖1 D85A推土機(jī)PT供油系統(tǒng)

圖2 改進(jìn)后PT供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 單向閥的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

（2）在噴油器至油箱的回油管路上反向安裝一個(gè)單向閥，起到安全保護(hù)作用。

2.2 系統(tǒng)參數(shù)確定

改進(jìn)工作的關(guān)鍵在于進(jìn)、回油閥流量、開啟壓力的匹配，保證PT供油系統(tǒng)能夠正常工作。因此，需要對柴油機(jī)工作時(shí)進(jìn)、回油閥工作狀態(tài)進(jìn)行分析，對閥流量、開啟壓力進(jìn)行理論計(jì)算，提出相對合理的系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)，為單向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

柴油機(jī)工作時(shí)，進(jìn)、回油閥必須同時(shí)打開，且閥的開度隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高、油量增大而增大。根據(jù)圖2的PT供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，當(dāng)PT燃油泵內(nèi)置的齒輪泵吸油真空度大于單向閥5的預(yù)壓力與油箱燃油壓力差時(shí)，進(jìn)油單向閥打開，燃油經(jīng)單向閥→PT燃油泵→噴油器→燃燒室。噴油器沒有噴出的多余燃油→回油單向閥→油箱。

柴油機(jī)最大功率點(diǎn)需要的油量最大，此時(shí)，單向閥的開度最大。在該狀態(tài)下（圖3）選取Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ兩個(gè)截面進(jìn)行分析。由單向閥結(jié)構(gòu)看出，Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ兩個(gè)截面燃油流動為漸變流，由伯努利方程得出：

式中P1為截面Ⅰ－Ⅰ處燃油壓力，Pa；P2為截面Ⅱ－Ⅱ處燃油壓力，Pa；V1為截面Ⅰ－Ⅰ處燃油流速，m／s；V2為截面Ⅱ－Ⅱ處燃油流速，m／s；H1為截面Ⅰ－Ⅰ處流體勢能，m；H2為截面Ⅱ－Ⅱ處處流體勢能，m；γ為燃油比重，kg／m3（柴油比重：810 kg／m3）；g為重力加速度，m／s2（9.8 m／s2）；h f為沿程能量損失，m。

截面Ⅰ－Ⅰ參數(shù)確定：

由于Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ兩截面所取截面接近，則認(rèn)為H1＝H2；

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，Ⅰ－Ⅰ截面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ⅱ－Ⅱ截面，故認(rèn)為V1小于V2，可忽略不計(jì)，壓力損失為0。得出下式：

通過Ⅱ－Ⅱ截面的理論流量Ql為：

式中Ql為通過Ⅱ－Ⅱ截面的理論流量，m3／s；A為Ⅱ－Ⅱ處截面積，mm2。

由于流通端面收縮產(chǎn)生局部壓力損失，實(shí)際流量要小于理論流量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，流量系數(shù)φ通常在0.6～0.7范圍內(nèi)選取。

通過Ⅱ－Ⅱ截面的實(shí)際流量Qs為：

式中Qs為通過Ⅱ－Ⅱ截面的實(shí)際流量，m3／s。

2.3 進(jìn)油單向閥結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

（1）單向閥有效內(nèi)徑設(shè)計(jì)

單向閥直接裝在原機(jī)PT燃油系統(tǒng)燃油管上，故單向閥進(jìn)、回油口有效內(nèi)徑與原機(jī)油管相同。

（2）單向閥工作壓力范圍計(jì)算

根據(jù)單向閥在PT供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置位置，單向閥進(jìn)口壓力可依據(jù)流體靜力學(xué)方程式和帕斯卡定律進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算式為：

式中P1max為單向閥進(jìn)油孔處最大油壓，Pa；hmax為油箱最高液面到單向閥進(jìn)油孔中心高度，mm；P1min為單向閥進(jìn)油孔最低油壓，Pa；hmin為油箱最低液面到單向閥進(jìn)油孔中心高度，mm。

由此確定單向閥進(jìn)口工作壓力范圍。

（3）作用于球閥上的壓力計(jì)算

由單向閥的結(jié)構(gòu)可以看出，作用在鋼球上的壓力Pq范圍為：

（4）球閥鋼球直徑選取

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)球閥鋼球直徑取值范圍通常為燃油進(jìn)口通徑的1.2～1.3倍即可。

（5）彈簧預(yù)緊力設(shè)計(jì)

為保證柴油機(jī)停機(jī)時(shí)，球閥在彈簧力的作用下迅速落座，關(guān)閉油路，彈簧預(yù)緊力的設(shè)計(jì)應(yīng)大于油箱最大靜壓力。為提高閥的工作可靠性，一般彈簧預(yù)緊力設(shè)計(jì)為油箱最大靜壓力的3～5倍。即：

（6）彈簧開啟壓力校核

PT燃油泵內(nèi)的齒輪工作產(chǎn)生的吸油真空度Pbk與油箱靜壓力P1的合力大于彈簧的預(yù)緊力Pty時(shí)，球閥被打開，燃油進(jìn)入燃油泵。因此，Pbk、P1與Pty的關(guān)系式為：

（7）單向閥流量校核

單向閥流量可用式（5）計(jì)算，計(jì)算出流量Qs應(yīng)大于PT燃油泵的實(shí)際供油量即滿足使用要求。

2.4 回油單向閥參數(shù)確定

回油閥設(shè)計(jì)方法與進(jìn)油閥相同，僅設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不同而已，在這里不做贅述。

3 維護(hù)與保養(yǎng)

及時(shí)更換燃油濾芯（約500 h），清洗油箱及油箱內(nèi)濾網(wǎng)（3個(gè)月），保證燃油品質(zhì)，減少系統(tǒng)故障，提高設(shè)備完好率。

4 結(jié)論

（1）單向閥結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)施，并保證原有系統(tǒng)性能特點(diǎn)。

（2）提高設(shè)備工作可靠性，降低維護(hù)、保養(yǎng)成本。

（3）此改進(jìn)方法適用于所有采用浮子油箱結(jié)構(gòu)的PT供油系統(tǒng)機(jī)型，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］羅惕乾.流體力學(xué)（第2版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］甄凱玉.怎樣維修PT燃油系統(tǒng)［J］.礦山機(jī)械，1997，（2）：9－11.

［3］楊本落.流體運(yùn)動基本分析［M］.北京：北京科技出版社，1996.