故障檢修與技術(shù)維護(hù)

柴油機(jī)“游車(chē)”現(xiàn)象原因分析及解決方法

 

摘要：常見(jiàn)柴油機(jī)無(wú)負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速忽高忽低，不能穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)，稱(chēng)為工作不平穩(wěn)或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。俗稱(chēng)“喘氣”或“游車(chē)”，也稱(chēng)“發(fā)喘”，是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的一種表現(xiàn)。在柴油發(fā)電中，游車(chē)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致輸出功率和電壓的波動(dòng)，影響柴油發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性。康明斯公司在本文從調(diào)速器的作用入手，具體分析了機(jī)械調(diào)速器和電子調(diào)速器在柴油發(fā)電機(jī)組上產(chǎn)生游車(chē)故障的原因，并提出處理及預(yù)防措施。

 

一、游車(chē)現(xiàn)象對(duì)柴油機(jī)的危害

 

      柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、游車(chē)故障現(xiàn)象大致可分為兩種表現(xiàn)，一種是轉(zhuǎn)速大幅度擺動(dòng)，變化周期比較長(zhǎng)，聲音清晰可辨，一般稱(chēng)之為游車(chē)或“喘氣”。另一種是轉(zhuǎn)速在小幅度范圍內(nèi)波動(dòng)，變化周期比較短，聲音不易辨別，在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載下都會(huì)出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速低時(shí)更為明顯，且往往易引起柴油機(jī)熄火。游車(chē)嚴(yán)重時(shí)，柴油機(jī)將無(wú)法正常工作，必須及時(shí)排除游車(chē)故障。

（1）當(dāng)柴油機(jī)“游車(chē)”較輕時(shí)，怠速不穩(wěn)；“游車(chē)”較重時(shí)，中、高速不穩(wěn)。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)有正弦波變化和無(wú)規(guī)律變化兩種。轉(zhuǎn)速呈正弦波變化時(shí)，爆發(fā)聲有明顯的周期性強(qiáng)密和弱疏變化。強(qiáng)密時(shí)轉(zhuǎn)速高，弱疏時(shí)轉(zhuǎn)速低。當(dāng)爆發(fā)聲由弱疏向強(qiáng)密轉(zhuǎn)化時(shí)，柴油機(jī)排氣常常帶絲縷狀黑煙，調(diào)整彈簧有較大的伸縮變形和噴油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)“拉鋸”。因調(diào)速器不能恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)供油量，使轉(zhuǎn)速不能穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速無(wú)規(guī)律變化時(shí)，轉(zhuǎn)速忽高忽低無(wú)節(jié)律，伴隨爆發(fā)聲，排氣帶煙。因循環(huán)供油量和噴射規(guī)律不正常，導(dǎo)致爆發(fā)產(chǎn)生和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不正常。

（2）當(dāng)柴油柴油機(jī)出現(xiàn)周期性游車(chē)，轉(zhuǎn)速升高或突然升高，無(wú)法控制轉(zhuǎn)速時(shí)稱(chēng)為“飛車(chē)”。對(duì)此，如不及時(shí)控制，會(huì)造成事故。發(fā)現(xiàn)“飛車(chē)”時(shí)，可采取下列措施；迅速將加速踏板置于“閉車(chē)”位置；泵桿（調(diào)節(jié)齒桿）露在外面的噴油泵，可直接用力將其拉回；帶減壓裝置的柴油機(jī)，扳動(dòng)減壓手柄使其減壓；進(jìn)氣管帶閥門(mén)的柴油機(jī)，可將閥門(mén)關(guān)閉；將車(chē)停穩(wěn)，掛上高速擋，緩抬離合器踏板，使柴油機(jī)熄火。迅速將空氣濾清器卸下，用座墊等物堵住進(jìn)氣管道，使氣缸缺乏空氣，無(wú)法燃燒。用合適的扳手迅速松開(kāi)各氣缸高壓油管緊固螺母。

 

二、游車(chē)產(chǎn)生原因分析

 

      柴油機(jī)游車(chē)是指柴油機(jī)在指定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速發(fā)生周期性的波動(dòng)（如圖1所示），n為指定轉(zhuǎn)速，n?為上串轉(zhuǎn)速，n?為下跌轉(zhuǎn)速，當(dāng)n?-n?>20r/m時(shí)，造成柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定。游車(chē)的產(chǎn)生，主要與柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。調(diào)速系統(tǒng)的作用是控制柴油機(jī)的啟動(dòng)、升速、降速和停機(jī)，從而帶動(dòng)整臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)、加速、減速和停止。調(diào)速系統(tǒng)由調(diào)速器與控制機(jī)構(gòu)等組成?？刂茩C(jī)構(gòu)的作用是通過(guò)操作員的操控，帶動(dòng)高壓油泵齒條伸長(zhǎng)或縮短，增加或減少供油量，讓柴油機(jī)在指定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)速器的作用是當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)高壓油泵的供油量，使供油量與負(fù)荷相適應(yīng)，從而保證柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過(guò)調(diào)速器的作用，能夠使柴油機(jī)在指定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。如果調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)力過(guò)程穩(wěn)定性不好，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速不能穩(wěn)定在指定的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速忽高忽低就會(huì)產(chǎn)生游車(chē)現(xiàn)象。

      引起柴油機(jī)游車(chē)的具體原因有以下幾方面：

（1）調(diào)速拉桿運(yùn)動(dòng)卡澀。潤(rùn)滑油不清潔或潤(rùn)滑不良；有異物進(jìn)入配合副表面，引起調(diào)速拉桿發(fā)澀或阻力增大，因而調(diào)速器靈敏度降低。

（2）調(diào)速?gòu)椈蓮椓p弱或安裝不當(dāng)，產(chǎn)生“共振”，調(diào)整幅度增大，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速呈周期性變化。

（3）調(diào)速器的調(diào)整不當(dāng)，機(jī)件配合過(guò)緊，運(yùn)動(dòng)阻力過(guò)大；供油拉桿移動(dòng)不靈活。調(diào)速器內(nèi)加注機(jī)油過(guò)多，由于油液的阻尼作用致使離心塊伸縮受到阻礙而靈敏度下降。

（4）循環(huán)供油量調(diào)節(jié)過(guò)大。一個(gè)爆發(fā)引起轉(zhuǎn)速變化極大，調(diào)速后重復(fù)首次現(xiàn)象，導(dǎo)致柴油機(jī)游車(chē)。

（5）從調(diào)速器齒輪到調(diào)速器，以至柱塞副，期間活動(dòng)配合部位松曠。如：傳動(dòng)盤(pán)與推力盤(pán)、飛球座與圓盤(pán)支架，推力盤(pán)軸承等間隙過(guò)大，使拉桿移動(dòng)滯后產(chǎn)生自由行程而供油不穩(wěn)，引起柴油機(jī)游車(chē)。

（6）凸輪軸軸向間隙過(guò)大，干擾調(diào)速器工作。這些都會(huì)導(dǎo)致調(diào)速幅度增大，出現(xiàn)周期性波動(dòng)；油泵控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)阻力大，調(diào)整不及時(shí)。如：拉桿卡滯、柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或柱塞彈簧座裝反等；從調(diào)速器齒輪到調(diào)速器，以至柱塞，其間因摩擦力過(guò)大而引起游車(chē)。如：飛球（或飛錘）運(yùn)動(dòng)阻力大，使調(diào)速滯后，傳動(dòng)盤(pán)或推力盤(pán)工作面磨出凹坑等，導(dǎo)致調(diào)速幅度增大，出現(xiàn)周期性波動(dòng)。

（7）調(diào)速器內(nèi)部機(jī)件或工作面磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致調(diào)速器阻力過(guò)大，靈敏度降低?；蚴褂媚p較大的柱塞副，增加了拉桿行程，也使停供轉(zhuǎn)速偏高。

（8）調(diào)速器各連接點(diǎn)磨損超限，配合松曠，間隙增大，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，飛重塊離心推力必須逐一消除各間隙，才能拉動(dòng)供油量調(diào)節(jié)齒條（或撥叉）增、減供油量，使調(diào)速器作用滯后。

（9）燃油系統(tǒng)油路中有水或空氣，導(dǎo)致實(shí)際循環(huán)供油量不正常，以至斷油，引起轉(zhuǎn)速不穩(wěn)和排氣管“放炮”。燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

 

圖1  柴油機(jī)轉(zhuǎn)速周期性波動(dòng)曲線(xiàn)

圖2  柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

 

三、各類(lèi)調(diào)速系統(tǒng)游車(chē)的產(chǎn)生及解決方案

 

1、機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)游車(chē)的產(chǎn)生及采取的相應(yīng)措施

      機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)采用機(jī)械調(diào)速器，柴油機(jī)帶動(dòng)調(diào)速器內(nèi)部的離心飛錘轉(zhuǎn)動(dòng)，把飛錘的離心力與轉(zhuǎn)速聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)離心力的動(dòng)力帶動(dòng)高壓油泵齒條伸長(zhǎng)或縮短，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量的目的。同時(shí)，該調(diào)速器各運(yùn)動(dòng)摩擦副的潤(rùn)滑采用飛濺潤(rùn)滑的方式，即通過(guò)離心飛錘的運(yùn)轉(zhuǎn)，使聚集于調(diào)速器殼體內(nèi)底部的潤(rùn)滑油飛濺起來(lái)，濺到各摩擦副實(shí)施潤(rùn)滑，因而，飛錘的角位移受到離心力（轉(zhuǎn)速）的控制及潤(rùn)滑油飛濺阻力的影響。由此可見(jiàn)，機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)工作過(guò)程的穩(wěn)定性受調(diào)速器離心飛錘受力平衡的制約，而離心飛錘受力平衡由離心力和潤(rùn)滑飛濺阻力相互影響的關(guān)系決定，飛錘在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，如果離心力遠(yuǎn)大于飛濺阻力，即飛濺阻力不足以對(duì)飛錘角位移產(chǎn)生改變，飛錘受力是平衡的。離心力的大小由轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，而飛濺阻力的大小由殼體內(nèi)潤(rùn)滑油的數(shù)量（即潤(rùn)滑油油位）決定。當(dāng)油位高到一定的位置時(shí)，飛濺阻力對(duì)飛錘角位移產(chǎn)生改變，動(dòng)力過(guò)程的穩(wěn)定性就被打破。由于飛錘在一定的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)時(shí)，只有在殼體下部才與潤(rùn)滑油接觸，因而飛濺阻力的出現(xiàn)是周期性的，其對(duì)飛錘角位移的改變也是周期性的變化規(guī)律。周期性飛錘角位移的改變即帶動(dòng)了高壓油泵齒條周期性的變化，此時(shí)，游車(chē)現(xiàn)象產(chǎn)生。

      根據(jù)以上分析，解決機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)的游車(chē)應(yīng)采取以下措施：

（1）嚴(yán)格控制調(diào)速器殼體內(nèi)油位高度，在維護(hù)保養(yǎng)與檢修過(guò)程中確實(shí)履行加油后打開(kāi)驗(yàn)油堵驗(yàn)油位，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)油位的要求。

（2）操作員采用的機(jī)械調(diào)速器的驗(yàn)油位方式為油堵式，驗(yàn)油堵的頻繁松緊，可能造成殼體絲牙損壞，因此，把油堵驗(yàn)油方式改為有機(jī)玻璃蓋式油尺或管式油尺，在方便加油驗(yàn)油的同時(shí)保證殼體絲牙不受損壞。

（3）檢修過(guò)程中確保飛錘擺動(dòng)靈活，確保調(diào)速?gòu)椈杉捌渌麖椈傻炔考目煽啃裕⑦M(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖3所示。

2、電子調(diào)速系統(tǒng)游車(chē)的產(chǎn)生及采取的相應(yīng)措施

      電子調(diào)速系統(tǒng)由信號(hào)輸入部分、控制部分（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。柴油發(fā)電機(jī)組游車(chē)現(xiàn)象的產(chǎn)生主要受控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)影響。從數(shù)字式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，影響穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性的重要參數(shù)為PID，PID參數(shù)的正確調(diào)整對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)力穩(wěn)定性顯得尤其重要。所謂PID控制就是通過(guò)一個(gè)中間環(huán)節(jié)的比列積分和微分三部分的協(xié)調(diào)作用，使系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入變化能及時(shí)地反應(yīng)并有效地控制。一般來(lái)說(shuō)，PID的調(diào)整在柴油發(fā)電機(jī)組出廠時(shí)已調(diào)好。理論分析，PID參數(shù)與游車(chē)現(xiàn)象的產(chǎn)生應(yīng)該聯(lián)系不大；但實(shí)際上由于柴油機(jī)出廠時(shí)各運(yùn)動(dòng)摩擦副的間隙在柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生變化，因而，柴油機(jī)在兩周即720°的一個(gè)工作循環(huán)中，不可能有一個(gè)較均衡的與出廠時(shí)相同的曲軸推動(dòng)力及曲軸旋轉(zhuǎn)阻力。在柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)用過(guò)程中，當(dāng)曲軸推動(dòng)力與曲軸旋轉(zhuǎn)阻力的變化超過(guò)一定范圍時(shí)，即造成柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的變化超過(guò)原有PID參數(shù)有效控制的范圍，調(diào)速器的穩(wěn)定性被打破游車(chē)現(xiàn)象產(chǎn)生。另外，執(zhí)行器也會(huì)導(dǎo)致游車(chē)現(xiàn)象的產(chǎn)生，首先是執(zhí)行器對(duì)液壓油油質(zhì)的要求，若油太稠或太稀，即油的粘度太大或太小，都將影響執(zhí)行器穩(wěn)定的工作。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，執(zhí)行器工作溫度為60℃~93℃，對(duì)液壓油粘度的選擇應(yīng)考慮到溫度對(duì)粘度的影響，較為理想的粘度指標(biāo)應(yīng)控制在20~65CST（厘斯）。另外，在新加或更換執(zhí)行器的液壓油時(shí)，由于油路中存在有一些空氣也會(huì)對(duì)執(zhí)行器動(dòng)力穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，產(chǎn)生游車(chē)現(xiàn)象，但此時(shí)的油車(chē)現(xiàn)象會(huì)隨油的循環(huán)流動(dòng)而逐步排盡空氣表現(xiàn)出一個(gè)收斂的過(guò)程，即隨柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加而逐步減小而消失。

      根據(jù)以上分析，解決電子調(diào)速系統(tǒng)的游車(chē)應(yīng)采取以下措施：

（1）啟動(dòng)后，若有游車(chē)現(xiàn)象，注意觀察游車(chē)現(xiàn)象是否收斂，若不是，則必須對(duì)電子調(diào)速器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如圖4所示。

（2）檢修過(guò)程中，注意各運(yùn)動(dòng)摩擦副是否存在非正常磨耗。由于非正常磨耗的存在，使柴油機(jī)自身機(jī)械損失產(chǎn)生周期性變化，引起游車(chē)。因而，在解體檢修柴油機(jī)時(shí)，在測(cè)量檢查運(yùn)動(dòng)摩擦副間隙時(shí)，對(duì)存在的非正常磨耗要做細(xì)致分析，徹底找出引起非正常磨耗的原因并消除。

（3）對(duì)輸入電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢修，確保電源的穩(wěn)定。

（4）加強(qiáng)對(duì)調(diào)速器的日常維護(hù)，及時(shí)更換損壞的部件，確保調(diào)速器的正常工作。

（5）及時(shí)更換柴油機(jī)燃油濾清器，保障燃油系統(tǒng)正常工作。

 

圖3  柴油機(jī)機(jī)械式噴油泵調(diào)速器調(diào)節(jié)示意圖

圖4  柴油機(jī)電子調(diào)速器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)示意圖

 

總結(jié)：

      通過(guò)以上分析可知，柴油機(jī)游車(chē)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理和解決處理方法因調(diào)速系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)的不同有較大差異，在分析處理游車(chē)現(xiàn)象和故障時(shí)，應(yīng)從游車(chē)的原因出發(fā)，從調(diào)速器在柴油機(jī)上的作用和工作過(guò)程入手，具體分析游車(chē)的故障表現(xiàn)及與調(diào)速器動(dòng)作過(guò)程的關(guān)系，重點(diǎn)應(yīng)放在調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)力穩(wěn)定性這一共性因素上。通過(guò)不同調(diào)速系統(tǒng)的工作過(guò)程，具體分析各零部件技術(shù)狀態(tài)不良所引起的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)力穩(wěn)定性變化，并制定和實(shí)施恢復(fù)其零部件技術(shù)狀態(tài)檢修方案和預(yù)防措施，就能較好地預(yù)防和處理柴油機(jī)游車(chē)這一故障。

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