矿用电动轮发动机远程预润滑系统故障诊断与维修探析

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司， 江西 贵溪 335424)

矿用电动轮发动机远程预润滑系统故障诊断与维修探析

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司， 江西 贵溪 335424)

良好的发动机远程预润滑系统对保障大型矿用电动轮汽车发动机可靠工作极为关键。本文介绍了矿用电动轮发动机远程预润滑系统的主要结构组成、工作原理及功能特点，分析了系统故障原因，提出了相应的维修措施。

远程预润滑系统； 故障诊断； 维修

0 前言

江铜德兴铜矿(简称德铜)铜厂和富家坞采区采选矿石产能13万t/d，其矿石年采剥总量巨大，达1.32亿t/a。需采用十几台大型电动挖掘机和配套的R170、R190、EH3500、630E、730E、830E等70多台大型电动轮汽车进行采矿作业[1]。电动轮汽车均采用交- 直流电传动方式，以柴油机为动力带动主发电机发出交流电，整流为直流电后送至装在车轮中的直流电机，通过轮马达上行星齿轮减速后驱动车辆行驶。然而，由于电动轮汽车发动机远程预润滑系统故障率高，易出现干摩擦、动力不足、振动大、噪音大、过早烧损等问题，导致发动机无法运转，成为制约生产效率的“瓶颈”。

电动轮汽车发动机是集往复、回转和冲击等运动零件于一体的复杂摩擦学系统，润滑不良将导致机械损失、零件磨损增大，动力性、可靠性及经济性的下降[2]。车辆发动机磨损主要出现在启动瞬间特别是冷、热启动时，美国汽车工程师协会和道格拉斯公司的共同测试表明，发动机在冷态启动时磨损占总磨损量的60%～80%。因此，进一步提高发动机的减磨、耐磨性能，使其具有高的效率、可靠度、动力性、经济性及合理的使用寿命，对提高矿山技术经济和环保效益十分必要。通过长期的生产实践，摸索出了一整套发动机远程预润滑系统故障诊断与维修技术。

1 系统主要结构原理及功用特点

1.1 主要结构组成

大型矿用电动轮汽车主要由发动机、底盘、机电设备和车身等四大部分组成。其中发动机是汽车的“心脏”即动力装置。因电动轮汽车装载量大，其发动机皆选用空气废气涡轮增压、强制空气中冷、大功率、往复式活塞式柴油机。以小松730E型电动轮汽车为例，其通过额定功率1 492 kW(2 000 HP)的SSA16V159发动机驱动，主要技术参数为：16缸、4冲程；额定制动马力1 491 kW (2 000 HP)、1 900 RPM时；飞轮马力1 388 kW (1 860 HP) 、1 900 RPM时；净重5 294 kg(11 670 lbs)。该发动机设有一个远程预润滑系统，主要由发动机、马达、泵、电磁线圈定时器、油压开关、吸油管路、排油管路、单向阀、电气线束等部分组成。SSA16V159发动机远程预润滑系统如图1所示。

W=白色； OR=橙色； PNK=粉色； BLK=黑色； RED=红色。1.钥匙开关； 2.定时器电磁线圈； 3.在17 kPa时断开的预润滑油压开关； 4.远程预润滑马达轴承； 5.常规的启动器继电器。图1 SSA16V159发动机远程预润滑系统示意图

其压力开关是一个17 kPa、常闭式N/C开关，它必须位于机油过滤器后且可传感到油压的位置，通常情况下位于发动机汽缸体后部的凸轮盖处。其吸油软管将油底壳连接至预润滑泵，其直径为20 mm，长度不超过1 422 mm，需要支架来避免过多的振动或摩擦，若该软管直径小于20 mm，则会导致泵输出降低。

电磁线圈定时器通过钥匙开关供应电流来控制预润滑循环。预设17 kPa时断开的常闭压力开关完成接地路径，开关断开时，电流3 s延迟后被重新引导至用于发动机启动的标准发动机启动器电磁线圈；为限制发热和振动，电磁线圈定时器不得装在温度高于85 ℃区域且不得贴在发动机上。蓄电池工作期间将化学能转化为电能。铅酸型蓄电池含有硫酸，若对其处理不当，则可能导致严重的皮肤烧伤，甚至人身伤害。

1.2 主要工作原理

完整的预润滑循环包含预润滑状态和延时启动状态。预润滑状态即启动器从钥匙开关被保持在启动位置时开始泵油，预润滑压力达17 kPa时，因压力开关断开而中断。延迟启动状态是指从压力开关断开时开始，启动模式之前有3 s延迟。延时模式先于启动模式，若拆下压力开关电线且断开地线，预润滑装置则简单地延时和启动。

当司机转动钥匙开关，并将其保持在启动位置时，预润滑系统即被激活，电流流至预润滑启动器电磁线圈定时器，当电磁线圈定时器被激发时，电流流至远程预润滑马达，但不允许启动马达与启动小齿轮啮合；预润滑马达驱动预润滑泵总成，它向发动机每分钟输送约15 Gal油。发动机凸轮油来复线内压力达17 kPa时，接至定时器电磁线圈的电路开路，3 s延迟之后，电流流入标准的启动器电磁线圈；启动马达随后将被激活，且小齿轮啮入飞轮齿圈。此时系统将确保有足够润滑，以保护发动机轴承和其它部件正常启动，不致损坏。

1.3 主要功用特点

该预润滑系统的主要功用是每次启动发动机前，能自动、安全且快速地将过滤器及所有油路充满油，减少干启动的风险；可降低机油污染程度，适当延长机油更换时间[4]；换油时，可对新油过滤器进行预加注；可减少因启动后压力延迟所致的加压磨擦表面磨损；发动机内缺机油时，能防止发动机启动；同时，该系统还具有散热、防锈、清洁和密封等功用。

温度过高或过低时，发动机停机很长一段时间后，随着油的变化，必然会出现发动机干启动。而预润滑系统能自动给过滤器充油，且每次启动发动机前，可预先将足量、适宜温度的洁净油输送至全部传动件的摩擦表面之间形成油膜，以充分地对曲轴、凸轮轴、发动机、涡轮增压器轴承表面及摇臂等进行预润滑，实施液体摩擦，有效地减少干启动的摩擦，以达到降低摩擦阻力、机件磨损及功率消耗，提高发动机工作可靠性和耐久性之目的。该系统省工降费、安全高效环保、车辆寿命长、润滑效果良好。

2 冷、热启动时存在的问题

发动机冷启动时，处于低温状态下的润滑油粘度会变大，流动性变低，润滑油需在发动机运转一定时间后，方可通过油道被泵至曲轴主轴承、连杆轴承等各摩擦副之间，且机油压力表也需在发动机运转10～30 s后方可显示油压达到要求，此时发动机各运动副的润滑仅靠遗留在其表面的油膜进行，并非液体摩擦，如活塞环、活塞裙部与缸壁之间的摩擦，处于振动、高温、窜气、速度剧变等极其复杂的过程中，涉及密封、润滑，材料的热力学、热传导、弹性及其它现象。它们之间的摩擦，时而处于流体润滑状态，时而处于边界润滑状态或混合润滑状态，导致无油或润滑油不足。其金属表面之间极易产生短暂的边界摩擦、半干摩擦或强烈的干摩擦，使曲柄旋转阻力矩变大，启动转速降低，发动机连续拖动时间延长，磨损陡增。而机械的干磨擦则是造成机械磨损的天敌，易致使发动机功率消耗剧增，零件工作表面的磨损加剧，且摩擦产生高热还会烧损零件的工作表面，导致发动机无法运转。

发动机热启动时，大部分机件仍处于膨胀状态，配合间隙极小，运动部件易处于干摩擦状态，启动阻力增大，导致启动困难，磨损剧增。因而减轻发动机干磨是减少电动轮汽车修理的关键因素之一[3]。但启动发动机时不可试图通过跨接马达接线端启动机械设备，否则易引起火灾或导致机械设备路线上人员的重伤或死亡。

3 系统常见故障诊断及维修技术

3.1 启动器仅预润滑不延迟或启动

该故障主要表现为油压不足以断开压力开关，可能的原因是发动机内无油或缺油，泵不能建立足够的压力断开开关。因此必须检查机油的油位，按实际需求添加油；齿轮泵发生故障时，应及时清洗辅助泵；压力开关不闭合和保持接地时，必须更换压力开关；油压开关导线与块体摩擦并与发动机缸体短路时，必须更换油压开关导线。

3.2 启动器连续预润滑

该故障主要表现为预润滑定时器电磁线圈触点已经焊接。由于电磁线圈定时器控制预润滑循环，电流通过钥匙开关而流至定时器，接地路径由常闭压力开关完成，该开关则被预设为在17 kPa (2.5 psi)时断开；当开关断开时，电流在3 s延迟之后被重新引导至用于发动机启动的标准发动机启动器电磁线圈。低电压可能导致继电器故障；而用高于系统的设计电压来跨接启动车辆，将会导致电磁线圈触点被焊接。

3.3 启动器延迟启动无预润滑模式

图2为泵油- 启动循环时的电压图形。若车辆提示点火完全熄灭，则要确保钥匙保持在启动位置3～4 s；若发动机在短暂延迟之后启动，则表示压力开关的接地连接已经断开，没有接地路径，预润滑装置将继续延迟和启动。必须检查至压力开关的导线，若导线被拆除或切断，则更换；检查至发动机缸体的接地带，若有故障，发动机缸体和油压开关不能接地，应更换接地母线；检查压力开关是否开路，拆下导线后检查开关端子与开关壳之间是否开路，若开路，仅需更换压力开关。若压力开关已断路，机器可启动和运转直至更换。对于延时和启动顺序，司机只需握住启动开关。

图2 泵油- 启动循环时的电压图形

3.4 处于启动模式时启动器脉动

必须检查蓄电池电力是否低或用尽；检查交流发电机输出是否合格；检查启动器蓄电池的接地接线柱至启动器电磁线圈的G 端子是否有损坏的接地带或无接地导线；检查缓冲保护是否转动；检查是否有损坏的启动器安全继电器等，若所有检查皆没问题，则应更换蓄电池，将启动器控制电路最大允许电压降为2 V。

3.5 蓄电池充电不足、过充电及泄漏

蓄电池充电不足时，不能向卡车电气系统提供足够的电力。导致蓄电池充电不足的原因有：蓄电池极板与硫酸化合，形成含硫酸铅的沉淀物；蓄电池连接松动；电气系统电线故障；交流发电机驱动皮带松驰；交流发电机故障；蓄电池均衡器故障；天冷时，电解液冻实使蓄电池壳开裂，正极板损坏，必须充电75% 或更高。而蓄电池过热的过充电，则表明水的使用过多，该情况继续发展，则单元盖将在正极端向上冲，在极端情况下，蓄电池容器将变形和开裂。

蓄电池连续潮湿，或端子、托架和周围区域过度腐蚀表示有泄漏。在铅酸型蓄电池中，少量的泄漏腐蚀是正常的，应检查壳、盖和密封剂是否有孔、裂纹或其它泄漏的迹象；检查蓄电池压紧连接处，以确保张力不足以大到使蓄电池开裂，也不小到足以使振动打开接缝。

为除去腐蚀，需采用小苏打溶液、非钢丝硬刷子及清水清洁、冲洗蓄电池；确保单元的盖都紧密，防止清洁溶液进入蓄电池单元，确保端子的干净且紧密，这在电压调节系统中极其重要；腐蚀在充电电路中易产生电阻，导致充电不足和蓄电池电力的逐渐耗尽；若大量电解液已溢出流失，则必须加酸，但之前必须确保蓄电池被完全充电；需注意将电解液比重调整为1.4时，若硫酸的强度更高，则硫酸尚未充分在溶液里扩散之前，易腐蚀蓄电池板和隔板。

备用蓄电池闲置14天以上时，都会缓慢地自放电，天热时更明显，必须拆下蓄电池，置于阴凉、干燥处，以便定期检查，必要时充电。为补偿自放电，备用蓄电池每月至少接受一次再充电(非快速充电)。蓄电池在放电状态下长期存放，会使其受到极板上硫酸铅结晶的侵袭即蓄电池硫化，这种情况大多不可修复；不太严重的情况下，硫化的蓄电池可通过低速率(约正常速率50%)延长充电，而被恢复为限制服务。

3.6 启动器预润滑循环时间过长

除极寒冷天气启动外，预润滑循环时间不应超过45 s，导致该故障的主因是油压低。应根据外界温度，使用发动机制造商推荐的合适粘度的油；检查吸油侧是否有空气泄漏、连接松动、接头和泵壳体开裂、软管扭结及堵塞；确保吸油软管直径大于20 mm；检查油压开关是否处于正确位置。

3.7 启动器不能泵油、无延迟及无启动

若启动器处在工作中表明系统中电压中断。若启动器完全不工作且无预润滑、无延迟和启动，则表示预润滑定时器电磁线圈可能有故障，应从压力开关上拆下导线即接地线，并激活启动器开关数秒。若启动器延迟然后启动，则说明预润滑定时器电磁线圈损坏，必须更换定时器电磁线圈总成；若启动器仍然不工作，则应检查车辆启动器开关，当钥匙被激活时，确保预润滑定时器电磁线圈的电压正常。

3.8 启动器预润滑、延迟后不启动

表示定时器或启动器有故障。可将一根跨接电缆放在启动器电磁线圈S 接线柱上，若发动机开始转动，则应更换预润滑定时器电磁线圈；而当S接线柱通电时，若发动机不转，则应排查启动器电磁线圈和启动器小齿轮驱动装置。

3.9 高压油管爆裂

高压油管安装不当时，会由于扭曲、弯折、钢丝层磨损、锈蚀、局部过载等而爆裂；高压油管老化、裂缝，或因接触汽油、柴油等使软管腐蚀而损坏；安全阀开启压力调整过高，使高压软管长期超载荷，或安全阀锈蚀或卡住，使油管内的压力急剧升高，安全阀不能开启泄压，致使软管破裂；弯曲或击打高压油管，或采用弯曲或开裂的配管或软管，使用过程中易产生爆裂。

高压油管小的高压针孔泄漏极为危险，喷出的高压油可穿透皮肤和眼睛，必须戴上安全眼镜和厚手套，用一块纸板或木片检查是否漏油。拆下油管或部件前，必须释放系统内的压力。平时应及时修理任何松动或更换已损坏软管，否则，一旦油管泄漏，既损失液压油，又影响工作，且极易导致火灾的发生。

4 结束语

发动机远程预润滑系统是大型矿用电动轮汽车发动机正常工作的保障系统。生产实践证明，针对该系统常见故障诊断与维修技术进行长期深入的探析并采取相应措施，能显著改善发动机的润滑工作条件，在很大程度上减轻发动机冷、热启动造成的干式磨损，特别是对润滑油在压力下能直接到达的运动表面摩擦性能的改善极为有利，可降低机油的污染程度，适当延长机油的更换时间。该系统生产效率高，设备故障率低，使用寿命长，可大幅提升车辆出勤率，能确保矿山的安全生产，其应用前景广阔，推广价值高。

[1] 张伟旗.大型矿用电动轮巨型轮胎技术装备创新及损坏形式探究处理[J].中国矿山工程,2012，41(4):37.

[2] 李亚静,仇玉林,刘强，等.汽车发动机润滑系统研究[J].机械,2008，35(4):6-9.

[3] 韦超毅,刘韶庆,陈可.采用预润滑技术降低发动机启动时的磨损[J].拖拉机与农用运输车,2006,33(6)：42-43.

[4] 刘韶庆.预润滑装置对发动机使用性能影响的试验研究[D].广西大学,2004.

Discussion and Analysis on Overhaul and Fault Diagnosis of Mining Electric Wheel Engine Remote Pre-lubrication System

ZHANG Wei-qi

Good engine remote pre-lubrication system is critical to guaranteeing large-scale mining electric wheel car engine work reliably. This paper introduces the main structure, working principle and features of mine electric wheel engine remote pre-lubrication system, analyzes the cause of system fault, and raises corresponding measures for overhauling.

remote pre-lubrication system; fault diagnosis; overhaul

2014-08-26

张伟旗(1965—)，男，江西余江人，高级工程师，中国机械工程学会高级会员，研究方向：铜加工、矿山机械、有色冶金、机电。

TD422

A

1008-5122(2015)04-0037-04