王繼強，陶志鋼，葛興亮，展 翔

（青島地鐵集團有限公司運營分公司車輛部，山東青島 266041）

0 引言

地鐵運營企業(yè)較多采用液力傳動內燃機車或重型軌道車進行廠內調車、正線施工和救援編組任務。作為地鐵運營保障的重要動力車輛之一，調車機車功率一般為（300～600）kW，其結構原理和系統(tǒng)設置，本質上是一臺小功率液力傳動內燃機車。該類調車機車的靜液壓系統(tǒng)，相對于大功率內燃機車而言，冷卻功能更為集成，承擔著發(fā)動機冷卻液、中冷空氣、液力傳動油以及自身液壓油的冷卻任務。2018年6月，青島地鐵3號線調車機車GDM302發(fā)生靜液壓系統(tǒng)油泵燒損故障，由于該油泵系進口件，造價高、購置周期長，發(fā)生類似故障后檢修停時過長，嚴重影響機車的正常運用，因此需對類似故障進行細致剖析，找出故障原因和預防措施，提升調車機車靜液壓系統(tǒng)運行可靠性。

1 系統(tǒng)概況

圖1 GCY-300型重型軌道車靜液壓系統(tǒng)

青島地鐵3號線采用金鷹重工生產(chǎn)的GCY-300型重型軌道車作為調車機車，該車型靜液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)內燃機車的靜液壓系統(tǒng)相似，由齒輪泵、柱塞馬達、溢流閥、球閥、油箱、油冷卻器及附件等組成。地鐵行業(yè)使用的調車機靜液壓系統(tǒng)基本采用齒輪泵，而不是內燃機車所采用的柱塞泵，其余部件與內燃機車靜液壓系統(tǒng)基本相同，液壓原理見圖1。

2 故障現(xiàn)象及處理

2.1 故障現(xiàn)象

軌道車正常啟機5 min后機器間有霧狀氣體，停機經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機器間地面及V形散熱器表面有大量液壓油，進一步檢查發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)齒輪泵排油口有液壓油泄漏，拆檢發(fā)現(xiàn)靜液壓油泵法蘭接口處密封膠圈損壞、法蘭表面呈弧面變形（圖2、圖3），為使車輛快速恢復運行，更換新的密封圈，補充液壓油。再次啟機后，初期顯示系統(tǒng)運行正常。為確保系統(tǒng)平穩(wěn)加載，運轉3 min后將液壓系統(tǒng)壓力由5 MPa緩慢調整為正常運行壓力13 MPa。此時，冷卻風扇運轉正常無異聲，百葉窗正常開啟，但繼續(xù)運轉10 min后，油泵泵體、液壓油管路、散熱單節(jié)表面溫度異常，泵體表面出現(xiàn)白色煙霧（圖4）。停機檢查發(fā)現(xiàn)，泵體和液壓管路表面均有嚴重過熱現(xiàn)象。

圖2 破損密封圈

2.2 故障處理

圖3 法蘭表面變形

根據(jù)故障現(xiàn)象，初步判斷是齒輪泵故障。將油泵拆下，拆卸部位用油布覆蓋，對油管進行封堵，防止異物進入液壓系統(tǒng)。檢查發(fā)現(xiàn)齒輪泵用手轉動阻力大，旋轉不靈活。分解齒輪泵發(fā)現(xiàn)泵體內壁掃膛且銅套內壁嚴重損壞（圖5、圖6），初步判斷為齒輪與泵體摩擦發(fā)熱造成泵體溫度偏高。同時，在與進油法蘭連接的彎管內發(fā)現(xiàn)長約20 cm的螺桿，通過檢查確定該螺桿為靜液壓油箱磁性濾芯的固定螺桿，螺桿因固定螺母松動脫落在油箱內，經(jīng)液壓油流動至油管轉彎處，因螺桿過長卡在彎管處，沒有進入油泵內腔，如圖7所示。為徹底排除故障，檢修人員對靜液壓系統(tǒng)進行全面清洗，檢查發(fā)現(xiàn)油質較好，無明顯雜質，排除油質較臟導致油泵燒損的原因。更換新的液壓油及油泵后，泵體及管路體表溫度正常，系統(tǒng)運行正常，故障消除。

圖4 泵體表面嚴重過熱

圖5 齒輪泵銅套內壁變形

圖6 齒輪泵泵體與齒輪摩擦傷痕

圖7 螺桿卡滯位置

2.3 對比跟蹤

更換油泵后，故障車輛未投入運行，而是與其他重型軌道車靜液壓油泵的溫升進行比較，驗證油泵更換效果，并尋找油泵排油口法蘭膠圈老化原因。

在發(fā)動機冷態(tài)下，泵體外表溫度約為15℃，將發(fā)動機由怠速提升到最高轉速，保持15 min，分別抽取5個時間段，檢測油泵排油口及泵體表面溫度。測量數(shù)值見表1。

表1 油泵排油口及泵體表面溫度檢測結果

兩車檢測數(shù)據(jù)顯示，當溫升到一定程度后，均處于一種平衡狀態(tài)，但故障車GDM302的溫升快于GDM301，說明GDM301冷卻系統(tǒng)效能優(yōu)于GDM302。進一步檢查發(fā)現(xiàn)故障車散熱單節(jié)外部有污堵現(xiàn)象，清洗散熱單節(jié)后，再次測量溫升數(shù)據(jù)基本正常，未再出現(xiàn)漏油、發(fā)熱等異?，F(xiàn)象，GDM302投入調車作業(yè)。

3 原因分析

3.1 油泵原理

齒輪泵由2個齒輪、泵體與前后蓋組成2個封閉空間，齒輪轉動時，齒輪脫開側的空間體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側空間體積從大變小，將液體擠入管路。吸入腔與排出腔靠2個齒輪的嚙合線隔開，齒輪泵排出口壓力取決于泵出口處阻力的大小。根據(jù)齒輪泵及液壓系統(tǒng)工作原理，分析造成齒輪泵磨損發(fā)熱的原因有4個：

（1）排油管路有堵塞，造成液壓油壓力升高，造成齒輪旋轉不暢，導致磨損。

（2）泵使用一段時間后，軸向間隙變小，或者泵軸與發(fā)動機聯(lián)軸器同心度下降，造成泵內部磨損。

（3）液壓系統(tǒng)超載，如液壓油壓力或發(fā)動機轉速過高。

（4）吸油管路堵塞導致吸油量減少，造成齒輪泵內部磨損。

3.2 油泵燒損原因

圖8 外嚙合齒輪泵工作原理

根據(jù)齒輪泵內壁與齒輪摩擦的傷痕、以及齒輪泵銅套損壞的程度可以看出，缺油是油泵燒損的直接原因。由于該車在運轉過程中，齒輪泵出油口密封膠圈破損，液壓油漏泄導致油量不足，齒輪泵吸空，泵體潤滑、冷卻不足，致使泵體溫度異常升高而燒損。因此，出油口密封膠圈破損是故障的直接原因，但該車運用年限不長，同批次工程車均運用良好，其膠圈加速老化的原因值得探尋，從而追根溯源采取相應的預防措施。

3.3 膠圈老化原因

根據(jù)破損膠圈的外觀可以判斷，膠圈因疲勞老化而破損，正常情況下這個過程應相對緩慢。故障處理過程中，發(fā)現(xiàn)油泵吸油口彎管處有一長達200 mm，直徑5 mm的螺桿。當螺桿脫落被油沖至吸油口時，必然會造成進油受阻，油泵吸油量無法滿足排油量，吸油和排油之間的平衡被打破，油泵內腔油量在不充足的情況下，必然會引起油泵溫度升高，長期運行會加速出油口膠圈的老化，因此磁性濾芯固定螺桿脫落是油泵出油口膠圈加速老化的原因之一。

3.4 油溫上升較快原因

為進一步排查油泵出油口膠圈老化的其他原因，檢修人員在油泵更換后并未立即投入使用，而是對2臺軌道車泵體的溫度進行橫向對比，考察系統(tǒng)散熱能力，進行發(fā)動機最高轉速運行升溫試驗，采集相關數(shù)據(jù)，并由表1繪制圖9。

從圖9可以看出，故障軌道車GDM302的溫升趨勢明顯高于GDM301。當發(fā)動機最高轉速運行10 min時，兩車排油口溫度相差12.6℃，說明GDM302靜液壓系統(tǒng)的散熱狀態(tài)較差，檢查發(fā)現(xiàn)散熱單節(jié)外表污堵，是系統(tǒng)油溫較高的原因之一。由于系統(tǒng)散熱不良，長期高溫運行也會誘發(fā)密封膠圈加速老化。

對GDM302散熱單節(jié)進行清洗后，重復上述的測試，對比2車溫升數(shù)據(jù)（圖10），從圖10可以看出，溫升趨勢基本一致，靜液壓系統(tǒng)散熱功能得到恢復。

圖9 排油口溫升趨勢比較

圖10 泵體體表溫升趨勢比較

4 改進建議

靜液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，需進行換油及相關部件的更換，導致檢修成本增高，檢修停時延長，影響車輛正常的作業(yè)。針對此次故障中出現(xiàn)的問題，提出4點優(yōu)化改進建議。

（1）改進靜液壓油箱磁性濾芯螺桿的緊固方式。目前的安裝方式，只用一個螺母進行緊固，未采取防松墊圈等措施，一旦螺母脫落必造成螺桿進入油道，引起油道堵塞引發(fā)油泵燒損等故障。因此，建議采取開口螺母加開口銷或使用鎖緊粘合劑等措施，由于該螺母較小建議使用鎖緊粘合劑，確保螺母的緊固效果。此外檢修人員應每季度檢查一次磁性濾芯是否松動，確保螺母處于緊固狀態(tài)。

（2）檢修人員每月對散熱單節(jié)進行檢查，每季度對單節(jié)外表清掃一次，確保散熱效果。

（3）加裝靜液壓油溫傳感器及報警裝置，改造位置如圖11所示。油溫是靜液壓系統(tǒng)運行的重要參數(shù)，通過實時監(jiān)控和報警，第一時間發(fā)現(xiàn)油溫異常上升。建議對靜液壓油箱回油管路進行改進，加裝油溫傳感器，并增設相應的報警電路。根據(jù)經(jīng)驗值，當油溫＞75℃時報警，80℃時自動卸載，將整個預防關口前移，避免惡性故障的發(fā)生。

圖11 靜液壓系統(tǒng)改進位置

（4）建議系統(tǒng)內橡膠高壓管改為無縫鋼管，接頭采用球形鋼性連接，解決軟管變形造成內徑變小而影響吸油量，引發(fā)油泵燒損、液壓油進氣等故障，改造位置如圖11所示。