1. 故障現(xiàn)象

4 臺某型 80t 級液壓挖掘機在西藏自治區(qū)墨竹工卡縣某黃金礦區(qū)作業(yè) 4000h 后,，其柴油機出現(xiàn)啟動困難,、散熱系統(tǒng)高溫報警故障,。因未及時停機,，造成其柴油機嚴重損壞,。

2. 原因分析

（1）直接原因

分析認為,，由于這 4 臺挖掘機柴油機冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題,，造成高速運轉(zhuǎn)的柴油機產(chǎn)生高溫,、部分零件迅速磨損,。柴油機零件磨損產(chǎn)生的金屬碎屑吸入機油泵，造成機油泵主調(diào)壓閥快速磨損,、閥芯卡滯,、機油壓力不足。由于柴油機出現(xiàn)機油壓力嚴重級別報警后未及時停機,，造成主軸軸瓦異常磨損,，導(dǎo)致柴油機氣門凸輪軸、噴油器凸輪軸等零部件嚴重損壞,，如附圖所示,。

（2）高海拔的影響

這 4 臺挖掘機在海拔高度為 5360m 的地區(qū)作業(yè)，而其配置的增壓柴油機是針對非高原環(huán)境設(shè)計的,，需要對高原環(huán)境進行分析,。經(jīng)計算該地區(qū)大氣壓力僅為 51.173kPa（標準大氣壓力為 101.325kPa）。該海拔高度的空氣密度僅為海拔高度 0m 時的 0.53,。該地區(qū)夏季環(huán)境溫度為30℃,，冬季最低為 -40℃。根據(jù) GBT 20969·2-2007 的附錄 A 得知該地區(qū)水的沸點為 86.7℃,。海拔高度每升高 1000m 增壓柴油機性能參數(shù)變化

情況如表 1 所示,。海拔高度變化對柴油機功率的影響如表 2 所示。

（3）低溫的影響

這 4 臺挖掘機在海拔高度為 5360m 的地區(qū)作業(yè),，柴油機進氣溫度比常溫低 20 ～ 60℃,，因此柴油機汽缸壓縮終了時的空氣溫度也很低，達不到柴油機啟動時的必需溫度,。

高海拔地區(qū)的低溫,，造成柴油黏度增大、柴油凝結(jié)、析出蠟質(zhì),，導(dǎo)致進油阻力增大,、燃油管路堵塞；造成機油及變矩器油黏度增大,、各摩擦副之間的摩擦阻力增大,、摩擦功增加，導(dǎo)致柴油機啟動轉(zhuǎn)速下降,、功率損耗增大,；造成蓄電池輸出電流下降（在 -30℃氣溫時，蓄電池的輸出電流只能達到額定輸出電流的 34％左右）,，導(dǎo)致啟動機功率下降,、柴油機啟動轉(zhuǎn)速低于所需轉(zhuǎn)速。

由 于 以 上 原 因,， 這 4 臺 挖 掘 機 柴 油 機 在5360m 的高海拔地區(qū)作業(yè)時,，產(chǎn)生以下 5 項問題：一是柴油機功率下降、動力性下降,、油耗升高,、熱負荷升高；二是增壓器低速喘振風(fēng)險增加,，轉(zhuǎn)速和排溫升高,；三是柴油機因環(huán)境溫度低，其啟動性能變差,；四是柴油機進氣量減少,、進氣阻力加大；五是柴油機增壓器存在高轉(zhuǎn)速功率損失小,，低轉(zhuǎn)速功率損失大的特點,。

3. 改進方法

為了使該型挖掘機適應(yīng)海拔 5000m 的高原環(huán)境，我們對其柴油機進行了適應(yīng)性改進,，具體從 4 個方面改進了設(shè)計,，如下所述。

（1）改進供油系統(tǒng)

使用高壓共軌柴油機高原補償電控程序（MAP）,，調(diào)整柴油機供油提前角,、軌壓，以解決因高原環(huán)境氣壓降低造成柴油機點火時間延長問題,；提高怠速轉(zhuǎn)速,，避免柴油機熄火，降低柴油機低速動力要求,；增加電子輸油泵,，以保證持續(xù)供油，將回油壓力保持在供油泵許可的壓力范圍之內(nèi)；增加燃油冷卻器,，保證進油溫度在柴油機許可的溫度范圍之內(nèi),。

（2）改進進排氣系統(tǒng)

采用裝有放氣閥的小渦殼增壓器，保證柴油機低速扭矩及加速性能,；選用大規(guī)格增壓器,，提高其轉(zhuǎn)速和溫度的儲備量；采用加大型空濾器,。降低柴油機進氣壓力損失,。

（3）改進冷卻系統(tǒng)

增加風(fēng)扇直徑和轉(zhuǎn)速，保證冷卻風(fēng)量,；將水散熱器蓋開啟壓力調(diào)整到≥ 70kPa,，以適應(yīng)低氣壓需要；加注符合要求的冷卻液,；加大散熱器散熱面積，選用不容易堵塞的翅片式散熱器,，以適應(yīng)高原地區(qū)風(fēng)沙較大的環(huán)境,。

（4）改進低溫啟動性能

選用低溫啟動性能良好的啟動機；選配進氣預(yù)熱裝置,；添加具備循環(huán)功能的電加熱裝置對冷卻液循環(huán)預(yù)熱,；在油水分離器與輸油泵之間增設(shè)帶電加熱的燃油粗濾器，預(yù)熱燃油,；選用大于195A 的寒區(qū)專用蓄電池,，同時配置蓄電池加熱裝置；更換適應(yīng) -40℃氣溫的機油和燃油,；通過低溫啟動試驗,，對柴油機冷啟動指標進行評價和優(yōu)化；配備機油預(yù)熱裝置,。

4. 改進效果

該型 80t 級液壓挖掘機柴油機經(jīng)上述改進后,，在 5000m 海拔高度進行測試，其結(jié)果如下：柴油機功率比標準環(huán)境下降≤ 14%,，最大牽引力,、提升力、挖掘力,、回轉(zhuǎn)力比標準環(huán)境下降≤ 5%,；各擋最高車速、工作裝置動作時間,、回轉(zhuǎn)速度,、振動頻率比標準環(huán)境下降≤ 8%；燃油消耗率上升≤ 10%；渦輪增壓器前端排溫許用值≤ 750℃,；渦輪增壓器未超過許用最高轉(zhuǎn)速,；冷卻液溫度保持在 70~100℃；機油溫度保持在80~120℃,；液力油溫度保持在 60~120℃,；液壓油溫度保持在 60~100℃（以上各項溫度值均指正常工作 2 h 或高速運行 30min 以后的平衡溫度值）。

改進后的該型挖掘機批量進入了西藏海拔5360m 的金礦,，經(jīng)過 1 年多的使用,，再未出現(xiàn)上述故障，驗證了改進后柴油機和整機的各項參數(shù)符合 5000m 高海拔地區(qū)施工要求,，達到了改進設(shè)計的目的,。

作者：石巖

來源：《工程機械與維修》2018年第二期