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        某V型柴油機(jī)因調(diào)速器的部件技術(shù)狀態(tài)惡化引起的故障案例

        2021-09-10 18:43:37荀向紅徐韜王歡宋志皓
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2021年11期
        關(guān)鍵詞:驗(yàn)證分析

        荀向紅 徐韜 王歡 宋志皓

        摘要:針對(duì)某V型柴油機(jī)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速下降、起動(dòng)失敗和游車等故障,介紹了調(diào)速器電液轉(zhuǎn)速設(shè)定機(jī)構(gòu)、起動(dòng)原理和緩沖補(bǔ)償單元的工作原理,結(jié)合電液比例電磁閥、停車裝置和緩沖活塞組件對(duì)故障原因進(jìn)行了分析,取得初步判斷后再進(jìn)行相應(yīng)的檢查、分析和故障位置的確定,并進(jìn)行了相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)。

        Abstract: The electro-hydraulic speed setting mechanism and starting of governor are introduced in view of the failure of speed decline, starting failure and traveling of a V-type diesel engine.Combined with electro-hydraulic proportional solenoid valve, stopping device and buffer piston assembly, the fault reason is analyzed.After obtaining the preliminary judgment, the corresponding inspection, analysis and determination of the fault location are carried out, and the relevant verification tests are carried out.

        關(guān)鍵詞:電液比例電磁閥;停車裝置;緩沖活塞組件;分析、排查和確定;驗(yàn)證

        Key words: electro-hydraulic proportional solenoid valve;parking device;buffer piston assembly;analysis, troubleshooting and determination;validation

        中圖分類號(hào):TK429? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-957X(2021)11-0086-03

        0? 引言

        某V型柴油機(jī)的調(diào)速器采用電液方式的轉(zhuǎn)速設(shè)定機(jī)構(gòu),原理圖如圖1所示,依靠裝在膜片上滑油供給管路上的電液比例電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)膜片彈簧、推力桿、叉型搖臂、挺桿,推動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定滑閥。柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)改變電液比例電磁閥輸入的電流信號(hào)控制操作該閥。若要增加柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,加大輸入電流驅(qū)動(dòng)該閥使壓力油流入膜片;若要降低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,則減小輸入電流驅(qū)動(dòng)該閥時(shí)作用在膜片上的滑油壓力降低。

        1? 故障一:柴油機(jī)空車、進(jìn)一、進(jìn)二工況在車鐘穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速緩慢下降

        1.1 故障現(xiàn)象

        柴油機(jī)接排運(yùn)行時(shí),空車、進(jìn)一、進(jìn)二、進(jìn)三這四個(gè)工況柴油機(jī)轉(zhuǎn)速均為750轉(zhuǎn)/分。該船離碼頭過(guò)程中,柴油機(jī)在空車、進(jìn)一、進(jìn)二工況運(yùn)行時(shí)在車鐘穩(wěn)定后均出現(xiàn)轉(zhuǎn)速由750轉(zhuǎn)/分逐步降至約620轉(zhuǎn)/分的過(guò)程,隨后又自動(dòng)恢復(fù)到750轉(zhuǎn)/分的現(xiàn)象。

        1.2 電液比例電磁閥

        首先拆解、檢查了膜片1和推力桿4,膜片外觀完好且推力桿滑動(dòng)靈活,由此判斷為故障點(diǎn)可能是在轉(zhuǎn)速設(shè)定的電液比例電磁閥,如圖2所示,該閥是一個(gè)按比例控制的電動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥,它調(diào)節(jié)至調(diào)速器膜片的控制滑油出口的油壓,與進(jìn)口的來(lái)自滑油系統(tǒng)的油壓無(wú)關(guān),但與輸入的電流成比例。該閥法蘭上裝有一個(gè)電磁線圈,電磁線圈的銜鐵在存在的電流作用下將活塞沿彈簧力相反方向向下壓,而來(lái)自滑油系統(tǒng)的滑油進(jìn)入后,油壓作用在閥芯底部產(chǎn)生向上的推力。當(dāng)設(shè)定的電流大小確定后,當(dāng)來(lái)自滑油系統(tǒng)的滑油壓力增大時(shí),活塞上行,自動(dòng)減小入口通道的開度;當(dāng)來(lái)自滑油系統(tǒng)的滑油壓力減小時(shí),活塞下行,自動(dòng)加大入口的通道的開度,從而使控制滑油的出口壓力保持穩(wěn)定。

        1.3 分析、排查和確定

        拆下該閥,進(jìn)行分解、清洗和檢查。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)來(lái)自滑油系統(tǒng)的滑油進(jìn)口上部的○型密封圈在擠壓作用下已發(fā)生明顯變形,且失去彈性。該柴油機(jī)調(diào)速器已累計(jì)運(yùn)行約7750小時(shí),初步判斷為該○型密封圈因老化變形,密封不良出現(xiàn)滲漏,造成來(lái)自滑油系統(tǒng)的滑油壓力進(jìn)入活塞底部的實(shí)際油壓逐步降低,活塞底部向上的推力減小,活塞下行,控制滑油出口壓力減小,轉(zhuǎn)速也隨之緩慢下降。當(dāng)控制滑油油壓降至一定程度后,隨著系統(tǒng)滑油通道入口逐步增大,進(jìn)入的滑油壓力也隨之增大,當(dāng)活塞底部油壓上升到足夠的壓力,活塞重新上升至正常位置,轉(zhuǎn)速也隨之恢復(fù)正常。隨著該密封圈持續(xù)的泄漏,在空車、進(jìn)一、進(jìn)二工況重復(fù)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。當(dāng)車鐘越過(guò)進(jìn)三轉(zhuǎn)至進(jìn)四、進(jìn)五、進(jìn)六工況時(shí)由于轉(zhuǎn)速設(shè)定電流顯著增大,轉(zhuǎn)速大幅上升,銜鐵的向下推力增大,密封圈泄漏造成的向上推力減小的影響程度也隨之逐步減輕,故在進(jìn)四、進(jìn)五、進(jìn)六工況未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。

        1.4 故障處理和驗(yàn)證

        更換該處○型密封圈后,經(jīng)過(guò)碼頭空車工況試驗(yàn)和出海航行驗(yàn)證,車鐘穩(wěn)定后空車、進(jìn)一、進(jìn)二工況后柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,未再出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。

        2? 故障二:柴油機(jī)連續(xù)三次啟動(dòng),轉(zhuǎn)速僅為90轉(zhuǎn)/分左右,各氣缸不發(fā)火,啟動(dòng)失敗

        2.1 故障現(xiàn)象

        按下啟動(dòng)按鈕,柴油機(jī)轉(zhuǎn)速在90轉(zhuǎn)/分左右徘徊,各氣缸不發(fā)火,隨后停車。停車后又進(jìn)行了兩次起動(dòng),轉(zhuǎn)速依舊在90轉(zhuǎn)/分左右,啟動(dòng)失敗。

        2.2 調(diào)速器起動(dòng)原理圖

        圖3為調(diào)速器起動(dòng)原理圖,柴油機(jī)起動(dòng)時(shí),啟動(dòng)預(yù)供滑油泵,調(diào)速器內(nèi)全部工作油腔充滿了油壓為0.5bar左右的柴油機(jī)系統(tǒng)滑油。借助外部系統(tǒng),一部分增壓后的滑油經(jīng)停車滑閥⑤至動(dòng)力活塞底部,推動(dòng)動(dòng)力活塞將齒條移到起動(dòng)的燃油噴射位置。

        為了保證柴油機(jī)不在最大燃油噴射位置時(shí)起動(dòng),從預(yù)供滑油泵來(lái)的壓力油使燃油限制滑閥③克服彈簧力,移動(dòng)到切斷限制活塞的末端位置。這樣,限制活塞②底部泄壓后在彈簧力作用下移到較低的底部。安裝在限制活塞上的連接桿,將動(dòng)力活塞強(qiáng)制拉下來(lái),使起動(dòng)時(shí)高壓油泵的最大供油齒條格數(shù)限制在26~28格之間。

        2.3 調(diào)速器停車裝置

        圖4為調(diào)速器停車裝置,結(jié)合圖3可知,當(dāng)停車電磁閥6得電,電磁閥內(nèi)的挺桿下行,推動(dòng)停車杠桿4轉(zhuǎn)動(dòng),停車杠桿再驅(qū)動(dòng)圖3所示的停車滑閥⑤向上移動(dòng)到頂部,滑閥移動(dòng)使動(dòng)力活塞底部滑油泄壓,動(dòng)力活塞下行切斷了燃油供給,柴油機(jī)停車。

        2.4分析、排查和確定

        檢查柴油機(jī)的運(yùn)行記錄,發(fā)現(xiàn)該機(jī)三次起動(dòng)過(guò)程中調(diào)速器供油的最大齒條位置均僅為8格左右,而正常起動(dòng)時(shí)通常能達(dá)到26~28格,顯然調(diào)速器沒有供給起動(dòng)所需足夠的供油量。進(jìn)一步檢查,停車裝置的停車手柄3的位置不在水平狀態(tài),目測(cè)向下偏轉(zhuǎn)了約15°,而正常狀態(tài)下是應(yīng)處于水平狀態(tài)的。

        隨后,在柴油機(jī)靜態(tài),對(duì)停車電磁閥進(jìn)行試驗(yàn)。按下停車按鈕,停車電磁閥得電,停車電磁閥內(nèi)的挺桿能夠正常伸出至最低點(diǎn)位置,達(dá)到停車所需行程;但松開按鈕失電后,挺桿在自身所帶的回復(fù)彈簧的作用力下不能自動(dòng)回復(fù)到最高點(diǎn)位置,而是停滯在接近最高點(diǎn)途中。試驗(yàn)說(shuō)明停車電磁閥能夠正常停車,但挺桿不能正?;貜?fù)到最高點(diǎn)位置,造成停車手柄回復(fù)不到水平狀態(tài),回程存在卡滯現(xiàn)象。

        柴油機(jī)起動(dòng)失敗的原因基本可以確定為因停車電磁閥回復(fù)過(guò)程存在卡滯現(xiàn)象,停車滑閥上行的行程不足,未能完全封閉動(dòng)力活塞的泄壓油道,造成調(diào)速器起動(dòng)過(guò)程動(dòng)力活塞底部油壓欠壓,動(dòng)力活塞行程不足,柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)實(shí)際供油量嚴(yán)重不足。

        2.5 故障處理和驗(yàn)證

        更換了新的停車電磁閥后進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn),連續(xù)進(jìn)行多次起動(dòng),柴油機(jī)均起動(dòng)順利。

        3? 故障三:柴油機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)存在游車現(xiàn)象

        3.1 故障現(xiàn)象

        柴油機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)存在游車現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速在604~636rpm之間波動(dòng),加載后游車現(xiàn)象明顯減輕并消除。

        檢查燃油控制桿和高壓油泵齒條驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤未發(fā)現(xiàn)有卡滯現(xiàn)象;通過(guò)調(diào)整補(bǔ)償針閥,故障現(xiàn)象仍無(wú)明顯改善,之后排查方向轉(zhuǎn)向調(diào)速器的補(bǔ)償緩沖系統(tǒng)。

        3.2 調(diào)速器緩沖、補(bǔ)償單元

        圖5為緩沖補(bǔ)償單元,通過(guò)對(duì)調(diào)速器滑閥動(dòng)作的阻尼作用,其保證調(diào)速器動(dòng)作的穩(wěn)定性。液壓補(bǔ)償主要由補(bǔ)償活塞④、兩端面受彈簧作用的緩沖活塞⑤、⑨和與調(diào)速器油池連通的處于補(bǔ)償系統(tǒng)油路上的可調(diào)針閥⑩組成。補(bǔ)償活塞④由動(dòng)力活塞通過(guò)杠桿驅(qū)動(dòng),并使調(diào)速器滑閥的柱塞承受內(nèi)部油路的滑油壓力。柴油機(jī)負(fù)荷改變引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化,并使調(diào)速器飛塊和調(diào)速器滑閥朝變更燃油噴射量的方向移動(dòng),其移動(dòng)方向與補(bǔ)償力方向相反。當(dāng)動(dòng)力活塞朝加油或減油方向移動(dòng)時(shí),因調(diào)速器滑閥的移動(dòng)而產(chǎn)生的油壓分別推動(dòng)補(bǔ)償緩沖活塞⑤和⑨排出補(bǔ)償室內(nèi)相應(yīng)容積的滑油。補(bǔ)償緩沖活塞⑨被排出的滑油不是自由的進(jìn)出補(bǔ)償室,必須經(jīng)過(guò)到油池去的補(bǔ)償油路上的補(bǔ)償針閥⑩流出。一旦緩沖活塞處于原始位置,滑油壓力即減小到零,也就是說(shuō),全部排出的滑油已通過(guò)針閥瀉出。

        3.3 分析、排查和確定

        拆下圖5所示的低轉(zhuǎn)速補(bǔ)償緩沖活塞⑤,進(jìn)行分解、清洗和檢查,目測(cè)檢查緩沖活塞外圓和襯套內(nèi)孔表面只有輕微摩擦痕跡,未發(fā)現(xiàn)有劃傷的線條。隨后拆解、檢查并清洗了蓄壓器活塞、彈簧,蓄壓器活塞表面無(wú)劃傷現(xiàn)象,并對(duì)腔室內(nèi)部的油污進(jìn)行了認(rèn)真的清理。

        拆下圖6所示補(bǔ)償油路上的進(jìn)、回油螺塞1、彈簧2和鋼球3,并對(duì)其油道進(jìn)行了清洗。拆下圖6所示密封圈5、緩沖活塞6、襯套7、彈簧座4、9等進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)活塞外圓和襯套內(nèi)孔表面局部有劃傷的痕跡,活塞外圓上的線條有略有手感,自由狀態(tài)下進(jìn)行滑落試驗(yàn)有阻滯現(xiàn)象。由此判斷故障原因是二者表面的劃痕造成緩沖活塞滑動(dòng)受阻,不能靈活運(yùn)動(dòng)造成緩沖補(bǔ)償作用受到影響。

        3.4 故障處理和驗(yàn)證

        更換了新的緩沖活塞和襯套后進(jìn)行動(dòng)車驗(yàn)證,怠速運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行了排氣和針閥重新調(diào)整,最終轉(zhuǎn)速變化穩(wěn)定在8轉(zhuǎn)/分以內(nèi),游車故障得到排除。

        4? 結(jié)束語(yǔ)

        以上介紹了某V型柴油機(jī)因調(diào)速器相關(guān)的部件技術(shù)狀態(tài)惡化而引發(fā)的三個(gè)故障案例,均結(jié)合系統(tǒng)原理圖和部件的功能展開分析和判斷,為該機(jī)型診斷與調(diào)速器相關(guān)的相關(guān)故障積累了經(jīng)驗(yàn)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]母忠林.柴油機(jī)維修技巧與故障案例分析[M].成都:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

        [2]黃少竹.現(xiàn)代船舶柴油機(jī)故障分析[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2005.

        [3]徐茂,吳慶林,李勝,等.某型柴油機(jī)調(diào)速器調(diào)速系統(tǒng)仿真與試驗(yàn)分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2020(13):34-36.

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