姜旭升 张连福
中车大连机车车辆有限公司辽宁 大连 116021
摘要：中车大连机车车辆有限公司引进了美国EMD公司的柴油机，该柴油机无论是在试验过程中，还是装车运用过程中，都出现了一些动力组拉缸故障，本文对该柴油机在试验、装车运用过程中出现的动力组拉缸故障做出简要阐述，并对故障原因做进一步分析，同时建议一些避免拉缸故障的解决措施，希望能对该柴油机日后生产、试验、运用维修过程中起到一些帮助。
关键词：柴油机；动力组；拉缸；措施
1 问题的提出
由于上述柴油机出现的故障，不仅大大降低了公司在用户心目中的形象，而且还增加了柴油机运用成本，需要大量的劳动力投入到柴油机动力组气缸套拉伤、活塞拉伤故障维修中，见图1和图2。这就要求我们在该柴油机试验、运用中，能及时发现柴油机动力组拉缸故障，对故障原因进一步分析，并及时采取修复措施，避免类似的故障重复发生，做好预防措施。
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2 动力组拉缸的原因分析
造成动力拉缸的原因很多，本文主要从零部件制造质量、杂质异物、零部件设计方面等方面进行原因分析。
2.1 制造质量
由于国产化气门横臂、气门顶杆等部件质量问题造成的动力组故障，主要表现为气门横臂倾倒、气门顶杆弯曲造成燃烧室温度过高，拉缸、抱缸等故障；产生气门横臂倾倒的有两个因素，一个是摇臂箱与气缸盖在安装过程中，位置度要保持对中；一个是气缸盖上气门横臂弹簧座安装孔需要倒角。在加工工序中，应该对所有的气缸盖上气门横臂弹簧座安装孔进行倒角，并进行打磨，去除锋利的锐边。如果在组装前发现还有锋利的锐边，应该用手工的方法打磨，进行例角去除锋利的锐边。连车公司根据该问题及时将上述部件更换原装进口，效果十分明显，动力组故障率下降；
2.2杂质异物
某地区春季风沙大，由于机车空滤没有及时更换或是不满足技术要求，造成大批量动力组拉缸故障，对故障动力组进行拆检发现，在燃烧室等处发现大量沙尘(后经化验确定主要成分是二氧化硅)，造成活塞环、活塞裙部、气缸套异常磨损，导致拉缸，其典型状态：裙部及缸套拉伤，活塞环活动自如。此间也出现活塞裙部烧熔的异常现象，该情况未在240柴油机上出现。
由于中冷器工艺问题，喷砂颗粒没有处理干净，遗留在不便清理的缝隙中，在日后柴油机运用过程中进入燃烧室，造成拉缸，对已装车的中冷器进行拆解处理，对未装车的中冷器进行工艺改进，可以杜绝类似故障发生。
2.3零部件设计
动力组故障报警主要分为两种：曲轴箱压力报警和机油压力低；后调取机车故障记录发现，动力组故障的机车油水温度比正常数值高14℃，这将直接影响活塞和气缸套的冷却，造成气缸套和活塞温度升高。活塞顶及环岸积碳严重，环岸过热变色，并且与缸套接磨痕迹；第一环外圆上边缘已磨毛，粗糙度增大。这些现象表明，活塞顶及第一环热负荷过大，活塞顶变形过大，第一环与缸套有干摩擦现象，如果油水温度继续居高不下，过高的热负荷将导致顶热变形热应力增大、特别是第一环材料强度下降、弹力消失、固死在环槽中，失去密封燃气的作用。铝裙在高温燃气作用下，热膨胀异常增大，配缸间隙消失，与缸套直接接触造成严重拉缸或抱缸；此时裙与缸套形成短时二次密封，大量下串的高温燃气沿唯一通道-裙部回油孔进入曲轴箱，因此裙部回油孔部位烧熔最为严重。此时如果曲轴箱压力报警应立即停机检查，如果强行二次起机将使事故扩大化，轻则顶裙分离，重则气阀掉头、缸头受损，甚至伤及增压器。柴油机长期超负荷运用，动力组燃烧室部件长期在高温高压条件下工作，加剧摩擦副异常磨损。此时如遇高温、机油压力低等冷却润滑不利条件，将很快导致拉缸发生。
2.4 其他原因
使用和保养方面若不当，也会造成动力组拉缸现象，主要使用和保养方面的原因如下：
(1)冷却不足、气缸套润滑不良
冷却水消失或冷却系统故障导致高温水水温高，造成机油温度过高，破坏了油膜，使缸套与活塞局部发生干摩擦导致拉缸。
(2）柴油机过热，冷却系统维护不善
柴油机超负荷工作时由于发动机缺水，造成整机温度过高，过高的机温不仅使零件的机械强度降低，而且使得润滑油膜无法形成，导致拉缸。
(3)冷启动后立刻上负荷。
发动机低温启动时，机油粘度大流动性差，在气缸内壁难以形成有效地油膜，这时候上大负荷很容易引起拉缸。
(4)柴油机经常在全负荷工作时突然停机；
(5)柴油机柴油有问题;
(6)柴油机低速运转时间太长；
柴油机长时间低速无负荷运转，由于整体温度低，各运动部位的间隙相对较小，会加剧相关运动部件的磨损。如果活塞环与缸套的磨损过大，会使机油上窜燃烧室，会导致柴油机工作无力、冒蓝烟、燃烧室积碳增多，大负荷工作时容易造成柴油机出现拉缸或活塞烧顶的故障。
(7)柴油机喷油泵油量太大或供油不均匀；
(8)柴油机喷油嘴工作不良；
(9)柴油机长时间超负荷运行；
3 改进措施
由于机车柴油机应用环境恶劣，风沙、高温、高寒，牵引任务重，长期超负荷运用，加剧柴油机部件特别是动力组摩擦副部件的磨损，降低了柴油机使用寿命；尽管能够导致动力组拉缸的原因很多，导致动力组拉缸的最主要原因：一是风沙异物进入燃烧室造成拉缸，同时导致摩擦副早期异常磨损也给日后动力组故障埋下隐患；二是油水温度偏高导致活塞顶热负荷高、热变形大，特别是第一环高温高热导致其弹力下降、密封能力下降甚至消失，导致严重拉缸甚至抱缸；机油压力低使摩擦副间润滑恶劣，加剧拉缸出现；
针对该动力组拉缸的主要原因以及以往在柴油机上的设计和运用经验，对该活塞和气缸套的改进方案：在气缸套上增加减磨环，同时降低第一道环槽高度。减磨环可有效阻止燃气下串，消除活塞顶环岸积碳，对防止拉缸极为有利，同时还能降低机油消耗；降低第一道活塞环槽高度，一方面配合减磨环结构，同时能减小第一环热负荷。
4 原因总结
除了上述原因导致燃油泄漏等原因导致拉缸外，单纯曲轴箱压力高导致拉缸很可能是下面的原因：衬套转动切断输送冷却活塞的油路，造成活塞顶温度急剧上升，顶材料高温膨胀，与缸套间隙大幅减小甚至消失，直接造成严重拉缸或活塞顶胀死在缸套内不能移动，俗称“抱死”。其后果非常严重，活塞顶裙分离、裙碎裂、活塞销窜出、连杆小端撞坏缸套甚至机体。衬套转动的原因可能是过盈量过小或过大，或者衬套与销孔配合面的粗糙度不符合要求，或者有关尺寸不合格导致配合面接触不良等。
结语：国产化过程就是一个引进、消化、吸收和再创新的过程，学习国外先进技术的同时，应结合国内具体运用环境和使用条件，以及我们对机车柴油机设计、运用积累的经验，改进创新是必须的，这个过程是必由之路。
参考文献：
[1]邓国璋.内燃机车柴油机常见故障及应对策略[J]内燃机与配件.2021-03-30