内燃机车机油系统故障的预警与预防

刘林 唐冯

摘 要： 机油内金属粒子尤其是大颗粒金属粒子对柴油机运动件的磨损是致命的，为进一步提高柴油机保护和预警能力，在机油系统中增加金属粒子报警装置、自清式滤清器和离心式滤清器，分别用于检测机油内金属粒子情况和过滤机油系统中的杂质。加装该装置后，加强对柴油机拉缸、抱缸、瓦片黏损轴颈损伤等故障的预警和预防能力。该机油系统能够延长柴油机的使用寿命、延长机油更换周期和滤清器的维护周期以达到降本增效的作用。

关键词： 金属粒子探测器；离心式滤清器；自清式滤清器；机油系统

1引言

柴油机是内燃机车的主要动力源，柴油机内有许多相互摩擦运动的金属部件，这些部件的运动速度快、工作环境差。柴油机工作时，曲轴和轴瓦之间采用的是液体动压滑动，通过油膜的承载能力来平衡曲轴传递的载荷。其主要工作机理为在轴瓦和轴颈之间注入足够的机油，并随着曲轴的高速旋转，充分建立起一定厚度、一定压力的油膜，避免轴颈与轴瓦之间的直接接触，从而形成良好的液体润滑，保证柴油机轴承的正常工作。如果在此过程中，机油中若存在金属粒子尤其是大颗粒金属粒子，这部分金属粒子逐步进入摩擦副间，势必会引起轴瓦的局部拉伤，这不仅影响到机车的正常使用，严重时甚至会导致机体、曲轴等部件报废，带来巨大的经济损失。

2系统设计

目前，传统的机油系统不具备金属粒子的探测和报警功能，仅在滤清器压差出现异常示数时，判定需要更换滤芯，运用及维护成本较高。本文介绍的机油系统采用了自清式滤清装置、离心式滤清装置及金属粒子探测装置，该配置能够有效地延长柴油机的使用寿命、延长机油更换周期和滤清器的维护周期。

本机油系统主要由主循环回路、检测支路和反冲回路组成。主循环回路主要是将经自清式滤清器过滤后的机油直接提供给柴油机，为柴油机运动部件提供强迫润滑；检测支路是从柴油机机油泵后取油连通至金属粒子探测器，当机油内金属颗粒超标时将会发出警报；反冲回路是将经自清式滤清器过滤后的机油分离一路对自清式滤清器进行反冲洗，然后进入到离心式滤清器中，在离心滤清器的离心力作用下将金属粒子、絮状物等杂质分离并收集。具体安装及原理图详见图1。

图1 机油系统原理图

机油系统的工作原理及具体安装方式如下：

（1）金属粒子探测器工作原理及安装方式

A）电路常开_无金属颗粒 B）电路闭合_有金属颗粒

图2 探测器工作原理图

在主机油泵后、自清式机油滤清器之前，靠近机油滤清器的管路上引出一路，作为检测支路。为了保证柴油机流量，分流检测支路的流量一般不超过主机油泵额定流量的10%。金属粒子探测器内腔中装有细密的金属网格，网格按照电子线路设置，详见图2。当机油由进油口流进到探测器内腔时，机油中较大的金属粒子落在金属网格内将使电子线路导通，系统会发出报警声音或警示灯。金属粒子探测报警后，柴油机应立即停机并检查运动件和机油情况，清除装置网格内的金属粒子后方可消除报警。

根据探测器工作原理，金属粒子探测器安装时时应高于油底壳的油位，避免因机油反沖引发误报警。探测器的进油口应竖直向上，回油口竖直向下安装，根据其工作原理可知若其水平放置，金属颗粒不能粘附在探测网上，而是在网下堆积，不能及时的进行报警反馈。

（2）滤清器工作原理及安装方式

自清式滤清器在工作时，一般有总流量3～5%左右的经滤清的油反冲洗滤芯。每隔几分钟整个滤芯就会被完全清洁一次，以防止残留固体物质粘滞在滤清器表面上，确保低且恒定的机油压降，保持滤芯清洁。然后带有固体物质等杂质的反冲油将被送至离心式滤清器中。当反冲油从离心滤清器进油管经转子轴进入离心滤转子内腔，高压油经转子下部两个对称布置的喷油嘴高速喷出，由此产生反作用力偶，驱动转子进行高速旋转，产生巨大的离心力。在离心力的作用下，内腔机油中固体颗粒及密度较高的杂质将被甩向转子内壁，粘附在内壁青壳滤纸上，滤清后干净的机油从喷头喷出后，由滤清器座内腔排出，顺流沿出油口流出进入油底壳，完成机油的过滤过程。

3试验验证

为了验证本机油系统的可行性及可靠性，对本系统进行了试验验证。

（1）金属粒子探测器试验验证

对金属探测器进行试验验证，在金属探测器前管路内放入金属颗粒，燃油泵起动并运行一段时间后，金属粒子探测器发出警报，立即关停进行检查。经现场拆检，在金属探测器电路网上发现了金属颗粒的存在，当去除掉该部分金属颗粒后恢复状态，故障报警消除。从而证明金属粒子探测器可正常工作。

（2）离心滤清器试验验证

在机车1-8档位不同试验工况下，对离心滤进口机油压力和转速进行测定试验，当机车处于4档及以上档位时，离心滤清器进口压力大于700kPa，离心滤清器转速大于5500r/min，满足离心滤清器的工作要求。自清滤清器反冲正常，压差指示未升高，因此该机油系统达到装车要求。将离心式滤清器装车运用了四个多月后，对离心滤清器进行了拆检，转子体及转子外壳上均有6～8mm厚度的油泥，且该机车大部分时间于低档位运行，因此，验证了离心滤清器的使用效果。

4结论

机油系统的合理配置能够有效地延长机油的更换周期及柴油机的使用寿命。经过机车运用考核证实，金属粒子探测器的使用可以监测机油系统中的金属杂质，提高油机保护预警能力了；自清式滤清器结合离心式滤清器的的使用能够改善机油系统环境，提高机油系统清洁度。因此，该机油系统可以提升故障的预警几率，为用户带来显著的经济效益。■

参考文献

[1]李秀川，陈彬.内燃机车柴油机曲轴碾瓦的分析.中国科技博览，2016.

[2]吴先进.柴油机碾瓦的原因及对策.铁道机车车辆工人，2007.

[3]孟庆柱，陈晓东，徐永顺.HXN_5型机车柴油机碾瓦故障的分析与解决.轨道交通装备与技术，2016

[4]唐冯，用于内燃机车新型低成本长寿命机油系统的研究.商情，2015.

[5]Е.В.Черток，田睿.内燃机车机油系统的完善.国外内燃机车，2011.