內燃機車增壓器軸承燒損分析及改進措施研究

靳 強

（山西潞安礦業（集團）有限責任公司鐵路運營公司， 山西 長治 046031）

引言

山西潞安礦業（集團）有限責任公司鐵路運營公司共有42 臺內燃機車，其中DF4B 型內燃機車14臺、DF4D 型內燃機車11 臺、DFS 型內燃機車6 臺、DFBB 型內燃機車3 臺、DF7G 型內燃機車3 臺、NJ2內燃機車5 臺。主要擔負著潞安礦業下屬各煤礦的運輸主線和運輸支線的貨物運輸和取送車任務，牽引區段平均海拔在1 000 m 以上，自然條件比較惡劣。因此針對公司國產內燃機車ZN315LSB 型增壓器軸承燒損故障問題進行了分析，有針對性地提出了處理措施及改進建議，為內燃機車的安全穩定運行提供了保證[1]。

1 問題的提出

增壓器是內燃機車上的關鍵部件，DF4B、DF4D機車上裝配的增壓器主要是VTC254 和ZN315（LSA、LSB）型，上述增壓器的高增壓比使得柴油機功率得到較好的發揮，但是在運用過程中也不同程度地暴露出一些質量問題。機車在運行途中一旦發生增壓器故障，將導致機車轉速不升、功率下降，無法正常牽引列車運行。在電氣化區段運行時，如果增壓器噴出大量滑油，還會造成接觸網線接地燒損斷線，將給運輸生產帶來重大安全隱患。

2015 年1—8 月份因增壓器故障造成機車故障7 件、臨修15 件，機車增壓器故障仍然是國產內燃機車的慣性故障。通過對2015 年1—6 月落修的315ISB 型增壓器解體檢查，發現15 件為軸承燒損、轉子軸固死導致的，占總落修率的32.6%；其次是喘振、壓氣機油封漏油、葉輪掃膛等故障。因此增壓器潤滑不良導致軸承燒損、轉子固死故障是急待解決的突出質量問題。具體情況詳見圖1。

圖1 2015 年1—6 月增壓器故障

2 原理分析

柴油機氣缸膨脹做功后的燃氣經過排氣管進入增壓器的渦輪進氣殼中，燃氣在渦輪中繼續膨脹做功并帶動轉子旋轉，膨脹做功后的燃氣從渦輪出氣殼中排出，新鮮空氣經進氣殼吸入壓氣機工作輪，增壓和提速后進入蝸殼，在蝸殼中進一步擴壓后從蝸殼出口經中冷器進入柴油機氣缸，循環往復[2-3]。

3 故障原因

通過對巧臺軸承燒損的增壓器進行解體分析，發現軸承燒損原因有以下幾種，詳見圖2，其中主要原因有機油壓力低、軸承定位銷孔深度偏差。

圖2 增壓器軸承燒損故障分析圖

3.1 軸承定位銷深度偏差

對故障增壓器解體后發現軸承內壁上有凸起的圓點。經過分析，由于軸承定位銷孔深度小于1.5 mm，而軸承定位銷突出部分尺寸為1.5 mm，軸承定位銷安裝在軸承座銷孔內將內壁頂出凸點，凸點的形成破壞了正常的潤滑間隙將軸承拉傷，導致軸承燒損。另外，銑孔深度不足0.5 mm 時導致軸承發生移動或隨軸套一起轉動，使潤滑油不能從軸承油楔進入，軸承與軸運動時產生干摩擦而燒損軸承。所以，315B 型增壓器軸承定位銷及銷孔的幾何尺寸定位問題是解決軸承燒損的關鍵所在，而現行的增壓器檢修工藝沒有此項要求，因此必須有針對性的調整[4]。

3.2 機油壓力低、流量小

315B 高原型增壓器轉子最高工作轉速可達28 500 r/min，進入增壓器油腔內的油壓，受柴油機供給增壓器的機油管道中的壓力控制，進油法蘭上的節流孔徑大小可調節進油量。軸承與軸的徑向間隙為0.18～0.28 mm，對潤滑的質量要求比普通型增壓器高，而增壓器與機車柴油機共用潤滑油，特別是機車后增壓器，它的潤滑通路處于柴油機潤滑通路的末端，進入后增壓器機油壓力在機油系統中最低，若節流孔過小容易造成軸承間斷缺油，將會破壞軸承正常的油膜，最終導致軸承燒損或轉子固死故障的發生。

4 優化改進措施

4.1 對軸承定位銷孔進行改造設計

根據對增壓器軸承定位銷孔及定位銷結構的分析，選擇對軸承定位銷孔進行改造，購置高緊密度的銑床進行加工，將定位銷座孔深度加工為1.5 mm，直徑為5 mm，軸承定位銷突出部分尺寸為1.4 mm。將加工后的軸承安裝后又分解檢查，未發現軸承內壁出現凸點，達到預期的效果。

4.2 對增壓器進油法蘭上的節流孔尺寸進行調整

根據增壓器工作壓力及對油壓、流量的要求，將增壓器進油法蘭上的節流孔由原來的4.5 mm 擴大為7.5 mm±0.5 mm，同時對直徑小于20 mm 的進油管改造為直徑大于20 mm 的進油管。2017 年10 月份對DF4D 型3195、3197 機車進行以上技術改造，通過上車跟蹤測試，增壓器工作性能穩定，油壓符合規定。

5 效果

截止2016 年1 月30 日，對所有的315B 型增壓器節流孔和DF4B、DF4D 型機車的進油管進行改造，并對2015 年8 月—2016 年1 月間落修的增壓器故障進行統計分析，因潤滑不良造成軸承固死的增壓器共計3 臺。通過對315B 型增壓器節油孔及進油管的改造以及對軸承定位銷孔幾何尺寸確定后，2017 年杜絕了因增壓器軸承燒損引起的故障，達到了預期的質量效果，為潞安礦業集團貨物運輸生產提供了可靠的動力保障。