浅谈DWL- 48 型捣稳车BF8M1015CP 发动机的养护措施

2021-07-16李晓东

科学技术创新 2021年19期

李晓东

（中国铁路上海局集团有限公司上海大型养路机械运用检修段，上海 200439）

我国大型养路机械从20 世纪80 年代投入使用，到现在已经形成了相当的规模。随着使用量、使用年限的增加，遇到的故障问题与日俱增，本文根据具体事故案例，分析DWL-48 型三枕连续式捣稳车BF8M1015CP 发动机应该如何养护，从而提升发动机使用寿命。2020 年11 月，某捣稳车（以下简称“事故车”）作业时，BF8M1015CP 发动机（以下简称“一发”）自动熄火后无法再次启动，影响生产任务，构成运用安全风险。

1 事情经过

2020 年11 月，某大机工班于宣杭线行宫塘- 德清西进行大机线路捣固，计划封锁时间：4:40-7:40，实际封锁时间：4:45-7：45（180 分钟），封锁命令号：75219，开通命令号：75239，施工负责人周某，把关干部张某。其中，事故车计划作业里程K190+100～k187+700，按计划完成0.3km。4：20，事故车到达作业地点，4：37机长赵某突然听到一发传出异响，立即通知一号位停止作业并汇报施工负责人周某，打开发动机舱门检查发现作业方向右侧排气管严重发红并泛光（已录视频）。把关干部张某判定一发设备状态异常，出于安全考虑要求该车不再继续作业并立即收车。机长赵某准备指挥收车时，发现发动机下部呼吸器废气管口处有机油喷涌而出，1 分钟左右发动机自动熄火，1 号位处发动机报警红灯亮起、蜂鸣器啸叫不止，EMR 指示灯常亮。把关干部张某要求施工负责人周某立即组织事故车应急起复，利用应急发电机将所有工作装置收复到位后，安排其它车将其牵引让出作业地段。

2 调查分析

2.1 故障发动机基本情况

发动机型号：BF8M1015CP，生产厂家：德国道依茨公司，序列号9178170。2019 年3 月，发动机大修完毕并于年修期间装机于事故车。2020 年7 月，年修期间完成年度维保；11 月18 日，完成100 小时定期保养；11 月26 日，发动机拉缸，工作时长为2211小时。

2.2 现场检查情况

11 月26 日11 时，发动机厂家人员到达现场。检查发现曲轴无法转动，但轴向间隙正常，说明未完全抱死。将缸盖逐个拆除检查发现，B4 缸喷油嘴断裂、烧顶；进一步打开油底壳后，旋转曲轴确认整机缸套、活塞及活塞环工作状态，发现多缸拉缸，润滑油路里存在大量铝末（图1）。厂家判定现场无法处理，发动机需返厂大修。

图1 现场检查图片

2.3 原因分析

2.3.1 捣稳车用BF8M1015CP 发动机每年工作小时为1800-2500 小时左右，德国道依茨公司保养手册要求：每6000 小时换新喷油器总成，《段大型养路机械年修管理办法》规定“发动机每两年更换喷油器总成（型号0426 2854）”。2019 年3 月，9178170 号发动机返厂大修时，8 支喷油器已全部换新（大修必换件）；2020 年7 月，年度维保时对燃油系统常规检查，未再更换喷油器总成。

2.3.2 故障早期（1-3 天）会有前兆，如发动机冷机时排出大量白烟且凝聚不散、敲缸异响、废气偏大、机油压力不稳定、满负载作业时功率不稳定、EMR 报警,但在实际生产中第一时间发现征兆的困难较大。机组未能在故障早期察觉异样，未能“早发现、早治疗”。

2.3.3 B4 缸喷油嘴因质量缺陷突发断裂是导致故障的直接原因。除B4 缸单缸喷油嘴断裂外，其余7 支喷油器均正常，因此故障喷油器可能存在质量缺陷。喷油嘴断裂多由热冲击过大所致。油箱内柴油温度较低（特别是在冬季施工作业时），而气缸内柴油的燃烧温度较高，这时处于缸内的喷油嘴温度同样很高，当温度很低的柴油到达喷油器时，喷油嘴内外的温差很大，过大的温差造成热冲击，在发动机工作过程中，这种热冲击会周期性的作用于喷油嘴，同时高压燃油对喷油嘴周期性脉冲作用。存在质量缺陷的喷油嘴承载能力不足，最终因承受很高的热冲击与高压燃油的综合负载而出现断裂，进入喷油器的燃油将无法正常雾化，改以高压柱状形式喷射，当喷油嘴断裂截面与喷油嘴轴线成一定角度时，喷油器喷射的燃油会持续朝向一个方向并在气缸内被压燃，燃烧的高压柱状燃油持续喷射于活塞同一部位。活塞局部因承受持续的热负荷作用而烧蚀，而后出现变形，进而导致活塞、活塞环及气缸套等出现异常磨损而拉缸。喷油嘴断裂也可能因喷油嘴工作不良所致。当喷油嘴出现滴油、二次喷射、雾化不良等情况时，内部积碳后针阀卡滞，燃油压力急剧升高致使喷油嘴脱落，柴油大量直喷进入气缸燃烧后活塞头部的局部温度过高，热应力增大，致使其局部烧蚀。B4 缸活塞融化后，大量铝末进入发动机润滑系统，多个活塞冷却喷嘴堵塞，最终导致多缸不同程度拉缸。

3 深度分析

发动机活塞烧顶大多发生在活塞顶部和第一、二道活塞环槽处，损坏形式主要有顶面熔洞、穿孔、麻坑和顶部周围处的键槽状缺口、塌陷。活塞烧顶将导致高温燃气窜入曲轴箱、加速润滑的氧化变质、汽缸密封性变差、压缩比下降、燃油燃烧过程变坏、发动机的动力性和经济性下降；严重时活塞开裂破碎，损坏缸套、连杆、曲轴、机体等零部件。

3.1 导致活塞烧顶的常见原因

3.1.1 活塞顶部积炭严重。活塞顶部的积炭使活塞顶局部过热并产生高温，当局部高温超过材料的熔点时，就会将活塞顶部烧熔形成熔洞。

3.1.2 活塞环胶结或断裂。活塞环胶结或断裂会导致活塞环不能与缸壁紧密贴合，活塞顶的热量不能及时传走，同时还会引导高温气体下窜，结果使活塞顶及活塞环槽部位因过热而烧蚀。

3.1.3 供油不均。柴油机各缸供油量和供油时间如果不均匀，将会使部分汽缸燃烧过程恶化，形成积炭或严重后燃，柴油燃烧的热量不能用来作功，而使部分汽缸内的活塞顶温度过高，导致材料热疲劳而烧熔。

3.1.4 喷油嘴工作不良。当喷油嘴出现滴油、二次喷射、雾化不良等情况时，活塞顶积油处局部温度过高，热应力增大，以致烧蚀。

3.1.5 发动机产生爆震。发动机工作中，活塞顶部要承受燃烧爆发力的周期性机械冲击，其瞬时冲击力可达7MPa，直接作用于活塞顶上的冲击力可达100kN 以上。如果发动机产生爆震，其冲击力将会成倍上升。活塞顶在热应力和周期性燃烧爆发力的作用下，产生热疲劳和机械疲劳，最终导致烧熔和开裂。而发动机产生爆震的原因主要是供油时间或点火时间过早、气缸内积炭过多、压缩比过高、活塞顶上形成炽热点引起早燃。

3.1.6 活塞机油冷却喷嘴堵塞。发动机机体上设有冷却喷嘴，通过向活塞内环形油槽喷射机油以使机油带走活塞顶部热量，帮助活塞冷却散热。如果冷却喷嘴堵塞，活塞就会积热升温，也易导致活塞烧顶。冷却喷嘴堵塞时，一般短时间内就会使活塞出现烧顶。

3.1.7 发动机长时间超负荷超速运行，或发动机散热不良。活塞长期受过高热应力和机械应力作用，易于疲劳烧蚀。

3.1.8 活塞质量不合格。若活塞铸造时存在气孔、疏松、微裂纹、夹渣等缺陷，则在高温高压作用下，这些气孔、疏松、微裂纹会成为疲劳源而导致疲劳损坏；活塞中的夹渣首先熔化，造成活塞烧熔。

3.1.9 经常猛轰油门，发动机高速大负荷运行，温度过高。

3.2 存在问题

通过事情经过及深度分析，我们不难发现在发动机的使用中存在以下问题：

3.2.1 机组业务水平不高，对仪表的观察和作业中发动机的巡检不仔细，未能在故障早期察觉异样。

3.2.2 平时机组对发动机的运用不当，存在的惯性问题是启机后直接抬油门，没有怠速让机油对各部件润滑充分的过程，特别是冬季没有预热的习惯，只有启动不了的时候才会考虑到预热功能，导致发动机磨损加剧，加大了发动机的故障发生率。

3.2.3 应急处置不当，当发现异常后未立即停止作业，检查取证后未立即停机，而是汇报等待指示，导致了发动机故障问题的扩大化。

3.3 发动机日常养护注意事项

通过深度分析，我们可以看到喷油器故障虽为偶发问题，但对发动机的损害极大，故障早期较难被发现，故障恶化时已无从补救，必须采取养护措施。

3.3.1 严格执行定期保养制度。每50 小时为柴油油水分离器排水，及时清洗柴油粗滤清器、滤芯及手压泵滤网，按期更换滤芯。定期更换机油、机滤，一旦发现机油中含有金属碎末需立即汇报，防止问题扩大化。

3.3.2 加强业务能力培训。培养机组发现问题、解决问题的能力，邀请专业厂家、设备科主管工程师等专业人员送教上门，结合典型故障案例进行讲解，不断提升职工队伍业务水平。

3.3.3 机组在运用时规范操作，加强监控。每次启机前需对机油油位进行检查。冷启动时，怠速两分钟，待机油压力（实际压力4-5bar，仪表压力3-6bar）平稳后，方可缓慢提高油门，切忌“猛提猛降”。冬季环境温度较低时，由于机油粘度较大，流动性能差，应对发动机进行足够的预热，使发动机各润滑部位得到充分润滑，避免因润滑不足对零部件造成磨损。发动机运转期间，加强对机油压力、机油温度、缸温、水温等报警系统的监控，如发现存在“冷机时排出大量白烟且凝聚不散、敲缸异响、废气偏大、机油压力不稳定、满负载作业时功率不稳定、EMR 灯常亮”等异常情况，应立即停机检查并汇报。长时间高负荷工作后不能马上停机，应怠速空载运转一段时间，待机油温度、缸温下降后再停机。

3.3.4 提高机组的应急处置能力。发现不确定故障时必须要及时取证，并停机排查汇报，防止问题扩大化，机组要根据现场实际情况来合理安排应急处置，确保安全正点。