李曉東

（中國鐵路上海局集團有限公司上海大型養(yǎng)路機械運用檢修段，上海 200439）

我國大型養(yǎng)路機械從20 世紀80 年代投入使用，到現(xiàn)在已經(jīng)形成了相當?shù)囊?guī)模。隨著使用量、使用年限的增加，遇到的故障問題與日俱增，本文根據(jù)具體事故案例，分析DWL-48 型三枕連續(xù)式搗穩(wěn)車BF8M1015CP 發(fā)動機應該如何養(yǎng)護，從而提升發(fā)動機使用壽命。2020 年11 月，某搗穩(wěn)車（以下簡稱“事故車”）作業(yè)時，BF8M1015CP 發(fā)動機（以下簡稱“一發(fā)”）自動熄火后無法再次啟動，影響生產(chǎn)任務，構成運用安全風險。

1 事情經(jīng)過

2020 年11 月，某大機工班于宣杭線行宮塘- 德清西進行大機線路搗固，計劃封鎖時間：4:40-7:40，實際封鎖時間：4:45-7：45（180 分鐘），封鎖命令號：75219，開通命令號：75239，施工負責人周某，把關干部張某。其中，事故車計劃作業(yè)里程K190+100～k187+700，按計劃完成0.3km。4：20，事故車到達作業(yè)地點，4：37機長趙某突然聽到一發(fā)傳出異響，立即通知一號位停止作業(yè)并匯報施工負責人周某，打開發(fā)動機艙門檢查發(fā)現(xiàn)作業(yè)方向右側(cè)排氣管嚴重發(fā)紅并泛光（已錄視頻）。把關干部張某判定一發(fā)設備狀態(tài)異常，出于安全考慮要求該車不再繼續(xù)作業(yè)并立即收車。機長趙某準備指揮收車時，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機下部呼吸器廢氣管口處有機油噴涌而出，1 分鐘左右發(fā)動機自動熄火，1 號位處發(fā)動機報警紅燈亮起、蜂鳴器嘯叫不止，EMR 指示燈常亮。把關干部張某要求施工負責人周某立即組織事故車應急起復，利用應急發(fā)電機將所有工作裝置收復到位后，安排其它車將其牽引讓出作業(yè)地段。

2 調(diào)查分析

2.1 故障發(fā)動機基本情況

發(fā)動機型號：BF8M1015CP，生產(chǎn)廠家：德國道依茨公司，序列號9178170。2019 年3 月，發(fā)動機大修完畢并于年修期間裝機于事故車。2020 年7 月，年修期間完成年度維保；11 月18 日，完成100 小時定期保養(yǎng)；11 月26 日，發(fā)動機拉缸，工作時長為2211小時。

2.2 現(xiàn)場檢查情況

11 月26 日11 時，發(fā)動機廠家人員到達現(xiàn)場。檢查發(fā)現(xiàn)曲軸無法轉(zhuǎn)動，但軸向間隙正常，說明未完全抱死。將缸蓋逐個拆除檢查發(fā)現(xiàn)，B4 缸噴油嘴斷裂、燒頂；進一步打開油底殼后，旋轉(zhuǎn)曲軸確認整機缸套、活塞及活塞環(huán)工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)多缸拉缸，潤滑油路里存在大量鋁末（圖1）。廠家判定現(xiàn)場無法處理，發(fā)動機需返廠大修。

圖1 現(xiàn)場檢查圖片

2.3 原因分析

2.3.1 搗穩(wěn)車用BF8M1015CP 發(fā)動機每年工作小時為1800-2500 小時左右，德國道依茨公司保養(yǎng)手冊要求：每6000 小時換新噴油器總成，《段大型養(yǎng)路機械年修管理辦法》規(guī)定“發(fā)動機每兩年更換噴油器總成（型號0426 2854）”。2019 年3 月，9178170 號發(fā)動機返廠大修時，8 支噴油器已全部換新（大修必換件）；2020 年7 月，年度維保時對燃油系統(tǒng)常規(guī)檢查，未再更換噴油器總成。

2.3.2 故障早期（1-3 天）會有前兆，如發(fā)動機冷機時排出大量白煙且凝聚不散、敲缸異響、廢氣偏大、機油壓力不穩(wěn)定、滿負載作業(yè)時功率不穩(wěn)定、EMR 報警,但在實際生產(chǎn)中第一時間發(fā)現(xiàn)征兆的困難較大。機組未能在故障早期察覺異樣，未能“早發(fā)現(xiàn)、早治療”。

2.3.3 B4 缸噴油嘴因質(zhì)量缺陷突發(fā)斷裂是導致故障的直接原因。除B4 缸單缸噴油嘴斷裂外，其余7 支噴油器均正常，因此故障噴油器可能存在質(zhì)量缺陷。噴油嘴斷裂多由熱沖擊過大所致。油箱內(nèi)柴油溫度較低（特別是在冬季施工作業(yè)時），而氣缸內(nèi)柴油的燃燒溫度較高，這時處于缸內(nèi)的噴油嘴溫度同樣很高，當溫度很低的柴油到達噴油器時，噴油嘴內(nèi)外的溫差很大，過大的溫差造成熱沖擊，在發(fā)動機工作過程中，這種熱沖擊會周期性的作用于噴油嘴，同時高壓燃油對噴油嘴周期性脈沖作用。存在質(zhì)量缺陷的噴油嘴承載能力不足，最終因承受很高的熱沖擊與高壓燃油的綜合負載而出現(xiàn)斷裂，進入噴油器的燃油將無法正常霧化，改以高壓柱狀形式噴射，當噴油嘴斷裂截面與噴油嘴軸線成一定角度時，噴油器噴射的燃油會持續(xù)朝向一個方向并在氣缸內(nèi)被壓燃，燃燒的高壓柱狀燃油持續(xù)噴射于活塞同一部位?；钊植恳虺惺艹掷m(xù)的熱負荷作用而燒蝕，而后出現(xiàn)變形，進而導致活塞、活塞環(huán)及氣缸套等出現(xiàn)異常磨損而拉缸。噴油嘴斷裂也可能因噴油嘴工作不良所致。當噴油嘴出現(xiàn)滴油、二次噴射、霧化不良等情況時，內(nèi)部積碳后針閥卡滯，燃油壓力急劇升高致使噴油嘴脫落，柴油大量直噴進入氣缸燃燒后活塞頭部的局部溫度過高，熱應力增大，致使其局部燒蝕。B4 缸活塞融化后，大量鋁末進入發(fā)動機潤滑系統(tǒng)，多個活塞冷卻噴嘴堵塞，最終導致多缸不同程度拉缸。

3 深度分析

發(fā)動機活塞燒頂大多發(fā)生在活塞頂部和第一、二道活塞環(huán)槽處，損壞形式主要有頂面熔洞、穿孔、麻坑和頂部周圍處的鍵槽狀缺口、塌陷?；钊麩攲е赂邷厝細飧Z入曲軸箱、加速潤滑的氧化變質(zhì)、汽缸密封性變差、壓縮比下降、燃油燃燒過程變壞、發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性下降；嚴重時活塞開裂破碎，損壞缸套、連桿、曲軸、機體等零部件。

3.1 導致活塞燒頂?shù)某Ｒ娫?/h3>

3.1.1 活塞頂部積炭嚴重?；钊敳康姆e炭使活塞頂局部過熱并產(chǎn)生高溫，當局部高溫超過材料的熔點時，就會將活塞頂部燒熔形成熔洞。

3.1.2 活塞環(huán)膠結(jié)或斷裂?；钊h(huán)膠結(jié)或斷裂會導致活塞環(huán)不能與缸壁緊密貼合，活塞頂?shù)臒崃坎荒芗皶r傳走，同時還會引導高溫氣體下竄，結(jié)果使活塞頂及活塞環(huán)槽部位因過熱而燒蝕。

3.1.3 供油不均。柴油機各缸供油量和供油時間如果不均勻，將會使部分汽缸燃燒過程惡化，形成積炭或嚴重后燃，柴油燃燒的熱量不能用來作功，而使部分汽缸內(nèi)的活塞頂溫度過高，導致材料熱疲勞而燒熔。

3.1.4 噴油嘴工作不良。當噴油嘴出現(xiàn)滴油、二次噴射、霧化不良等情況時，活塞頂積油處局部溫度過高，熱應力增大，以致燒蝕。

3.1.5 發(fā)動機產(chǎn)生爆震。發(fā)動機工作中，活塞頂部要承受燃燒爆發(fā)力的周期性機械沖擊，其瞬時沖擊力可達7MPa，直接作用于活塞頂上的沖擊力可達100kN 以上。如果發(fā)動機產(chǎn)生爆震，其沖擊力將會成倍上升?；钊斣跓釕椭芷谛匀紵l(fā)力的作用下，產(chǎn)生熱疲勞和機械疲勞，最終導致燒熔和開裂。而發(fā)動機產(chǎn)生爆震的原因主要是供油時間或點火時間過早、氣缸內(nèi)積炭過多、壓縮比過高、活塞頂上形成熾熱點引起早燃。

3.1.6 活塞機油冷卻噴嘴堵塞。發(fā)動機機體上設有冷卻噴嘴，通過向活塞內(nèi)環(huán)形油槽噴射機油以使機油帶走活塞頂部熱量，幫助活塞冷卻散熱。如果冷卻噴嘴堵塞，活塞就會積熱升溫，也易導致活塞燒頂。冷卻噴嘴堵塞時，一般短時間內(nèi)就會使活塞出現(xiàn)燒頂。

3.1.7 發(fā)動機長時間超負荷超速運行，或發(fā)動機散熱不良?；钊L期受過高熱應力和機械應力作用，易于疲勞燒蝕。

3.1.8 活塞質(zhì)量不合格。若活塞鑄造時存在氣孔、疏松、微裂紋、夾渣等缺陷，則在高溫高壓作用下，這些氣孔、疏松、微裂紋會成為疲勞源而導致疲勞損壞；活塞中的夾渣首先熔化，造成活塞燒熔。

3.1.9 經(jīng)常猛轟油門，發(fā)動機高速大負荷運行，溫度過高。

3.2 存在問題

通過事情經(jīng)過及深度分析，我們不難發(fā)現(xiàn)在發(fā)動機的使用中存在以下問題：

3.2.1 機組業(yè)務水平不高，對儀表的觀察和作業(yè)中發(fā)動機的巡檢不仔細，未能在故障早期察覺異樣。

3.2.2 平時機組對發(fā)動機的運用不當，存在的慣性問題是啟機后直接抬油門，沒有怠速讓機油對各部件潤滑充分的過程，特別是冬季沒有預熱的習慣，只有啟動不了的時候才會考慮到預熱功能，導致發(fā)動機磨損加劇，加大了發(fā)動機的故障發(fā)生率。

3.2.3 應急處置不當，當發(fā)現(xiàn)異常后未立即停止作業(yè)，檢查取證后未立即停機，而是匯報等待指示，導致了發(fā)動機故障問題的擴大化。

3.3 發(fā)動機日常養(yǎng)護注意事項

通過深度分析，我們可以看到噴油器故障雖為偶發(fā)問題，但對發(fā)動機的損害極大，故障早期較難被發(fā)現(xiàn)，故障惡化時已無從補救，必須采取養(yǎng)護措施。

3.3.1 嚴格執(zhí)行定期保養(yǎng)制度。每50 小時為柴油油水分離器排水，及時清洗柴油粗濾清器、濾芯及手壓泵濾網(wǎng)，按期更換濾芯。定期更換機油、機濾，一旦發(fā)現(xiàn)機油中含有金屬碎末需立即匯報，防止問題擴大化。

3.3.2 加強業(yè)務能力培訓。培養(yǎng)機組發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，邀請專業(yè)廠家、設備科主管工程師等專業(yè)人員送教上門，結(jié)合典型故障案例進行講解，不斷提升職工隊伍業(yè)務水平。

3.3.3 機組在運用時規(guī)范操作，加強監(jiān)控。每次啟機前需對機油油位進行檢查。冷啟動時，怠速兩分鐘，待機油壓力（實際壓力4-5bar，儀表壓力3-6bar）平穩(wěn)后，方可緩慢提高油門，切忌“猛提猛降”。冬季環(huán)境溫度較低時，由于機油粘度較大，流動性能差，應對發(fā)動機進行足夠的預熱，使發(fā)動機各潤滑部位得到充分潤滑，避免因潤滑不足對零部件造成磨損。發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，加強對機油壓力、機油溫度、缸溫、水溫等報警系統(tǒng)的監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)存在“冷機時排出大量白煙且凝聚不散、敲缸異響、廢氣偏大、機油壓力不穩(wěn)定、滿負載作業(yè)時功率不穩(wěn)定、EMR 燈常亮”等異常情況，應立即停機檢查并匯報。長時間高負荷工作后不能馬上停機，應怠速空載運轉(zhuǎn)一段時間，待機油溫度、缸溫下降后再停機。

3.3.4 提高機組的應急處置能力。發(fā)現(xiàn)不確定故障時必須要及時取證，并停機排查匯報，防止問題擴大化，機組要根據(jù)現(xiàn)場實際情況來合理安排應急處置，確保安全正點。

4 結(jié)論

要保證大型養(yǎng)路機械發(fā)動機的正常使用，首先需要使用者明白發(fā)動機的風險點、日常養(yǎng)護點，其次需要全面提高使用者的專業(yè)素養(yǎng)，不斷地加強管理力度，使得每一名使用人員都能樹立良好的安全風險控制意識，為發(fā)動機的安全風險控制提供重要保障，全面提升大型養(yǎng)路機械設備安全，促進我國鐵路行業(yè)發(fā)展。