内燃机车机油压力偏低的故障分析.docx

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内燃机车机油压力偏低的故障分析

毕业设计

题目：

内燃机车机油压力偏低的故障分析

专业：

电气工程及其自动化（电力机车）

学号：

13821802

姓名：

丁家前

指导教师：

贺建闽

学习中心：

成都工业职校

西南交通大学

网络教育学院

2015年4月8日

院系西南交通大学网络教育学院专业电气工程及其自动化（电力机车）

年级电气工程及其自动化（电力机车）2013-13班（专本）

学号13821802姓名丁家前

学习中心成都工业职校指导教师贺建闽

题目内燃机车机油压力偏低的故障分析

指导教师

评语

是否同意答辩过程分（满分20）

指导教师（签章）

评阅人

评语

评阅人（签章）

成绩

答辩组组长（签章）

年月日

毕业设计任务书

班级电气工程及其自动化（电力机车）2013-13班（专本）学生姓名丁家前学号13821802

开题日期：

2015年2月25日完成日期：

2015年4月8日

题目内燃机车机油压力偏低的故障分析

1、本论文的目的、意义了解内燃机车机油系统主要部件的结构；掌握机油系统的工作原理；认真分析机油系统的故障原因；归纳总结故障的处理方法及优化程序。

对机车的大修提出技术整改，降低机车机油压力偏低的故障发生，防患于未然，才是治根。

2、学生应完成的任务收集DF4B机车机油系统结构和工作原理的有关资料。

3、论文各部分内容及时间分配：

（共11周）

第一部分收集资料（1周）

第二部分写开题报告（2周）

第三部分撰写论文（2周）

第四部分交导师查看（3周）

第五部分修改论文（2周）

评阅或答辩（1周）

4、参考文献

李晓村.内燃机车柴油机.北京：

中国铁道出版社，2008.

郭进龙,王润国.内燃机车运用与规章.北京：

中国铁道出版社，2010.

魏立源，陆云.DF4机车机油压力不正常现象分析与处理.学术期刊.2005年第三期

李青.16V240ZJ柴油机机油压力不正常的原因分析及对策.柴油机DieselEngien.2004年第6期50—52

张世芳.内燃机车柴油机.北京：

中国铁道出版社，1991

王连森.内燃机车检修.北京：

中国铁道出版社，2009.

刘达德.东风4B型内燃机车结构·原理·检修.北京：

中国铁道出版社，1988.

大连机车车辆工厂.东风4型内燃机车.大连：

大连理工大学出版社，1993

大连机车车辆工厂.东风4型内燃机车240/275系列柴油机.大连：

大连理工大学出版社，1993

戚墅堰机车车辆工厂.16V280柴油机.北京：

中国铁道出版社，1996

备注

指导教师：

年月日

审批人：

年月日

诚信承诺

一、本设计是本人独立完成；

二、本设计没有任何抄袭行为；

三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消

本人答辩（评阅）资格。

　　　　　　　　　　　　　　　承诺人：

丁家前

　　　　　　　　　　　　　2015年4月8日

摘要

铁路运输自19世纪初运营以来，一直以其运量大、速度快、安全、节能等优势作为人类最重要的交通运输方式，对世界各国的经济发展起着十分重要的作用。

虽然我国这几年都在大力发展电力机车，但是内燃机车自带动力，具有灵活实用的特点，并且作为一种战略资源它将在铁路上起着不可磨灭的重要作用。

文章先通过我国内燃机车的发展，简要地介绍了我国第一代、第二代、以及第三代内燃机车的发展情况，使我们对我国的内燃机车历史有了一个完整的了解。

然后详细而全面地介绍了DF4B型机车所采用的16V240ZJB型柴油机机油系统主要部件的构造、机油系统的结构和其工作原理，从根本上分析了DF4B机车机油压力偏低的故障发生机理，归纳总结了故障的各种情况及相应的原因分析、处理方法和程序，通过对理论和实际处理工作的总结，得出比较全面的处理该故障的方法和一套处理该故障的优化程序。

其次对机油系统的运用与保养提出了一些要求，以保证机车的工作可靠性和行车安全。

最后对机车的大修提出技术整改，对于机车机油压力偏低的故障发生，防患于未然，才是治根。

关键词：

内燃机车；机油压力偏低；故障；原因分析；故障处理

论文类型：

应用研究

Abstract

RailwaytransportationsinceearlynineteenthCenturyoperation,haslongbeenknownforitslargecapacity,fastspeed,safety,energysavingandotheradvantagesasoneofthemostimportanttransportationway,whichplaysanimportantroleinthedevelopmentofworldeconomy.Althoughourcountrytheseyearsareinthedevelopmentofelectriclocomotive,butdiesellocomotivewithpower,hasthecharacteristicsofflexibleandpractical,andasakindofstrategicresourcesitwillontherailwayplaysanimportantroleinindelible.

ThisarticlefirstthroughthedevelopmentofinternalcombustionengineinChina,brieflyintroducedChina'sfirstgeneration,secondgeneration,andthirdgenerationlocomotivedevelopment,enableustoChinainternalcombustionenginecarhistorywithacompleteunderstandingof.Thenadetailedandcomprehensiveintroductiontothestructure,theoilsystemofmainpartsof16V240ZJBdieselengineoilsystemoftypeDF4Blocomotiveadoptstheanditsworkingprinciple,fundamentallyanalyzestheoccurrencemechanismoflowoilpressurefaultofDF4Blocomotive,summarizestheanalysis,processingmethodandprocedureofvariousfaultconditionsandcorrespondingthereason,basedonthetheoreticalandpracticalprocessingworksummary,obtainsthemethodofthefaulttreatmentandamorecomprehensivetreatmentofthefaultoftheoptimizationprogram.Thispaperputforwardsomerequirementsfortheuseofnextoilsystemandmaintenance,toensurethereliabilityandsafetyoflocomotiveworking.Attheendoflocomotiveoverhaulproposedtechnicalrectification,forlowoilpressurefaultoccurrence,nipinthebud,isthetreatmentofroot.

Keywords:

internalcombustionengine;lowoilpressure;fault;causeanalysis;faulttreatment

Typeofthesis:

ApplicationResearch

第1章前言

我国内燃机车的发展始于20世纪60年代，指导思想是内燃机车和电力机车并举，电力传动与液力传动并举，高速柴油机与中速柴油机并举。

在三个并举方针的指导下，曾经规划过我国内燃机车的开发及制造工作，建设了具有相当规模的内燃机车生产基地，为我国内燃机车的发展奠定了基础，推动了我国铁路牵引动力现代化进程。

20世纪70年代，通过对老厂的改造和对新厂的建设，形成了大连.四方.二七.资阳.戚塾堰五大工厂各自开发及生产一种主要产品的格局。

产品形成了我国第一代内燃机车，主要有：

电传动的东风型系列机车东风4型机车，以及液力传动的东方红系列机车及北京型机车。

面对我国内燃机车总体发展状况，我国内燃机车界经历了电力传动与液力传动，中速柴油机与高速柴油机的激烈争论，最后决定不再生产用于铁路干线的液力传动机车和高速柴油机。

1991年以后，分别停止了东方红3型和北京型两种干线客运液力传动内燃机车的生产。

经过此次的重大调整，到80年代后期已经形成了新的生产格局。

为了进一步提高我国内燃机车的技术水准，有关工厂分别与国外进行合作和引进先进技术。

从1983年起，大连厂与英国里卡多（Ricardo）工程咨询公司合作，对16V240ZJB型柴油机进行改进，研制成新的16V240ZJD柴油机，1989年用于新的东风6型机车上。

东风6型机车采用了引进的美国GE公司的电力传动装置和微机控制设备。

1989年研制成两台东风6型机车样机，1991年后又研制了两台完全国产化的东风6型机车。

东风6型机车是我国典型的第三代内燃机车，是我国当前技术水准最高的货运内燃机车。

柴油机装车功率2940KW（4000马力）。

经定置实验台测定，机车轮周效率达到35.05%～35.44%。

机车的技术水准以达到20世纪80年代世界同类产品的先进水平。

目前4台机车都在大连机务段运用。

我国调车内燃机车的开发近些年来也取得了很大的成功。

1984年四方机车车辆工厂开始批量生产东风5型调车机车。

该机车装用了8缸的8240ZJ型柴油机，装车功率1470KW（2000马力），机车轴式Co-Co。

这是我国铁路需要量较大的中等功率调车机车。

为了满足大型编组站的调车作业的需要，二七厂开发了1470（2000马力）的东风7型调车机车，1985年投入批量生产。

该机车装用北京型机车的12V240ZJ型柴油机变形-12V240ZJA-2型柴油机其装车功率从1990（2700马力）降为1470（2000马力）这是当时装车功率最大的调车机车。

1990年开发了2500马力的东风7B型调车机车。

1991年开发了东风7C型调车机车该机车装用了12V240/275型柴油机，与东风4型机车柴油机缸径和行程相同，提高了柴油机的零配件通用互换性。

东风7C型机车从1992年起以投入小批量生产。

当前我国还有数百台东风型机车在运用，这些20世纪60、70年代生产的我国第一代内燃机车，普遍已经老化，大部分已接近报废。

为了替代东风型机车，缓解某些铁路区段运输的急需，二七厂开发了东风7D型机车。

该机车与原先的东风7型调车机车的区别在于车体采用了车厢式内走廊结构，单端司机室，动力装置采用了行程为275mm的12V240ZJ6A型柴油机，装车功率1840KW（2500马力）。

1995年东风7D型机车样机配属机务段进行运用考核。

为了与5000t级重载列车相配套，资阳内燃机车厂于1997年研制了东风12型重型调车机车，Co-Co，轴重23～25t，装用16V240ZJB型柴油机，装车功率2430KW（3300马力）。

我国铁路干线内燃机车装用240型柴油机及280型柴油机。

240型柴油机已经形成了8缸、12缸、16缸组成的系列，16缸柴油机的结构已经由原设计的A型发展为B型，C型，D型及E型。

16缸机的装车功率以由2430KW（3300马力）增至2650KW（3600马力），2940KW（4000马力），3310KW（4500马力）。

大连厂与英国里卡多（Ricardo）工程咨询公司合作开发的16V240ZJE型柴油机已于1995年9月通过了长达1000小时的耐久试验。

与16V240ZJD型柴油机相比，在燃油消耗率保持在207g/kW．h不变的情况下，装车功率可由D型的2940KW（3000马力）增为3310KW（4500马力）。

试验结果表明，16V240ZJE型柴油机的主要技术性能指标已经达到20世纪90年代世界先进水平。

该柴油机所采用的一些先进技术，也可用于现有的柴油机，从而可望大大提高现有柴油机的可靠性，耐久性和经济性。

为了适应铁路运输“重载，提速”的需要，研制改进功率较大的280型柴油机就显得很有必要了。

16V280ZJ型柴油机用于东风8型机车的装车功率为3310KW（4500马力），用于东风9和东风11型机车上的16V240ZJA型柴油机的装车功率为3610KW（4910马力），用于东风8B型机车上的装车功率为3680KW（5000马力）。

16V280ZJA型柴油机的超负荷功率为4250KW。

准备与国外合作改进280型柴油机的项目是：

将16V280ZJ型柴油机的标定功率提高到4410KW（6000马力），超负荷功率达到4850KW（6600马力），转数仍保持1000r/min。

我国内燃机车的生产开发，应适应铁路运输“重载、提速”的要求，提供高质量的适用机车，同时引进必要技术，提高机车水平，开发新一代内燃机车。

具体目标应着重下列方面：

（1）大力提高当前批量生产的第二代机车（如东风4型机车系列、东风7型系列和东风8型机车）的质量及生产能力。

（2）进一步完善和开发标定功率3680～4410kW（5000～6000马力）大功率柴油机，以适应开发新型内燃机的需要。

（3）加速形成第三代机车（如东风6、东风4D、东风8B、和东风11型机车）的批量生产能力。

（4）开发新的重型调车机车。

（5）进一步提高内燃机车运用的可靠性和经济性。

（6）开发和推广内燃机车微机控制和故障诊断技术，实现系统化。

（7）加强内燃机车交流传动技术的研究，引进国外技术，尽快研制交流传动内燃机车。

（8）研制装用径向转向架的内燃机车。

车载微机控制及故障诊断、交流传动，径向转向架、柴油机电子燃油喷射装置，这四项技术是当代新一代内燃机车的标志。

在这方面我国内燃机车水平与世界水平还存在着较大的差距，要尽快地在不太长的时间内，使我国的内燃机车水平达到世界先进水平。

第2章机油系统主要部件的构造

2.1机油泵及泵传动装置

2.1.1齿轮油泵的一般工作原理

主机油泵、启动机油泵及辅助机油泵等均为齿轮油泵。

齿轮油泵结构简单、工作可靠、供油均匀，齿轮油泵工作原理如2.1所示。

在齿轮油泵泵体内有两个相互啮合的齿轮，主动齿轮带动从动齿轮，两者转向相反，转动着的齿轮不断将一侧油腔中的机油沿箭头的路线带走，于是不断地造成该油腔瞬时局部真空，使机油从外面不断地补充进来，故这一侧油腔被称为吸油腔。

在油腔另一侧，由于两轮不断送来机油使该油腔内压力升高，机油则不断地压送到输油管中，故此腔被称为压油腔。

图2.1齿轮油泵工作原理

1—主动齿轮；2—吸油腔；3—从动齿轮；4—卸压槽；5—压油腔

封闭在两啮合齿轮A处的机油由于容积缩小而受挤压，产生很大的反压力作用在齿轮轴上，使轴承加剧磨损及影响油泵的正常工作。

为避免此种现象，在油泵轴承座板上铣出缷压槽，受挤压的机油沿此槽进入压油腔。

齿轮泵的供油量和齿轮直径、齿宽、转速、齿轮与泵体的径向及轴向间隙大小等有关。

齿轮各部分的间隙对齿轮泵工作影响较大。

间隙过大，则机油泄露严重，泵油压力及泵油量降低，甚至不能供油；反之，间隙过小，则油泵也不能正常工作。

2.1.2主机油泵

主机油泵安装在泵支承箱的下方，由曲轴通过泵传动装置驱动。

主机油泵为人字齿轮泵，其从动人字齿轮不与主动人字齿轮直接啮合，而是由同步齿轮对带动从动齿轮轴。

人字齿轮可以使轴承不承受轴向力，并避免因轮齿磨损间隙增大引起供油量的波动。

图2.2主机油泵外观

1—泵体；2主动人字齿轮；3—从动人字齿轮；4—外轴承座板；5—泵盖；

6—从动同步齿轮；7—主动同步齿轮；8内轴承座板；9—调压阀；

10—调压阀内、外弹簧；11—调压阀体

主机油泵如图2.2、图2.3所示，由泵体、驱动齿轮、主动人字齿轮、从动人字齿轮、主动同步齿轮、从动同步齿轮、主动轴、从动轴、滚动轴承、轴承座板、调压阀及体、调压阀弹簧、压紧螺母和泵盖等组成。

图2.3主机油泵

1—驱动齿轮；2—开口销；3—调压阀体；4—压紧螺母；5调压阀外弹簧；6调压阀内弹簧；

7—调压阀；8—轴承内座板；9—丝线或电话纸；10—主动人字齿轮组件；11—泵体；

12—轴承外座板；13—主动同步齿轮；14—压板；15—泵盖；16—从动同步齿轮；17—齿轮套；

18—从动人字齿轮组件；19—定位销；20滚动轴承；21—回油孔

驱动齿轮装于主动轴的一端，借键与主动轴相连，它与泵传动装置中连接齿套相啮合。

在主、从动轴中部各对称地安装着一对尺寸相同、螺旋方向相反的斜齿轮，每个斜齿轮由销与轴铆合固接，由此构成人字形齿轮组件。

斜齿轮由45钢制成，齿轮外径为120mm，断面模数为9.75mm、法向模数为9.5mm，齿数为10，螺旋角为13°0′10″。

主动轴和从动轴支承在单列向心短圆柱滚柱轴承上，轴承外圈安装在铸铁制成的轴承座板上。

在主动轴后端借键装有主动同步齿轮。

在从动轴后端借键装有齿轮套，由4个定位销与从动同步齿轮相连接。

同步齿轮为直齿圆柱齿轮，由20Cr钢制成，齿面渗碳，渗碳层深度为0.8～1.2mm，硬度为HRC≥58。

同步齿轮的模数为3.25mm，齿数为30。

同步齿轮由压板和螺钉压紧在轴的后端。

泵体由铸铁制成，其内腔为人字齿轮对工作腔，左侧铸有进油口法兰，右侧铸有出油口法兰，在出油道内设有调压阀安装座。

泵体及轴承外座板的下方钻有回油孔，从轴承流经泵盖的机油可通过此回油孔掉落到油底壳。

内、外轴承座板用螺栓与泵体断面相压紧，两面之间用密封胶及电话纸（或丝线）密封，并借以调整人字齿轮与轴承座板之间的端面间隙，两端面间隙之和应为0.251～0.338mm。

在内、外轴承座板与泵体接触的一侧均铣有卸压槽，开有供轴承润滑的油沟。

通过选配人字齿轮以保持齿泵与泵体内壁之间的径向间隙为0.20～0.25mm。

人字齿轮对的齿侧总间隙为0.57～0.72mm，与主动轴旋转逆向一侧的齿侧间隙为0.05～0.25mm。

同步齿轮对的齿隙为0.03～0.15mm，轮齿啮合面积在齿高上不少于65%，在齿长上不少于70%。

调压阀（又称限压阀或安全阀）以螺栓紧固在泵体内侧的出油道上，它由调压阀体、调压阀、调压阀弹簧和压紧螺母等组成。

调压阀体内装有直径为60mm的杯形调压阀，阀与阀体为锥面环形接触，接触面宽不小于0.5mm，调压阀底面和油泵出油道相通，调压阀体壁面设有通曲轴箱的铸孔，铸孔由调压阀杯体遮盖，当调压阀被顶起一定距离时才开通铸孔。

调压阀杯体凹面上压着调压弹簧，用压紧螺母来调整弹簧的预紧力，以控制主机油泵的输出油压。

调压阀的开启油压控制在539～559kPa。

柴油机最高转速时，主机油泵的输油压力为490～539kPa.输油压力过低，则影响柴油机零部件的工作；输油压力过高，则易使主机油泵传动轴折断，滤清器损坏，还引起漏油。

装配好的主机油泵应在实验台上进行磨合、密封性能和工作性能试验。

在进行工作性能试验时，机油温度为70～80℃，主机油泵转速规定为1510r/min，出口油压为539kPa，输油真空度为33kPa的条件下，供油量不低于95m³/h。

2.1.3泵传动装置

主机油泵由曲轴通过泵传动装置来驱动（图2.4）。

图2.4泵传动装置

1—调整垫；2—支座；3—定位销；4—连接齿套；5—挡盘；6—压紧法兰；7—间隔套筒；

8—泵传动轴；9—滚动轴承；10—螺母；11—垫圈；12—泵传动从动齿轮；13—泵传动主动齿轮

泵传动主动齿轮用键并以一定过盈量套装在减振器体轮毂的外圆面上，套装前该齿轮先在油中加热到150℃。

泵传动主动齿轮的左右两侧分别与高低温水泵传动齿轮啮合；下方与泵传动从动齿轮啮合，由此驱动主机油泵。

传动齿轮皆由42CrMo钢制成，齿轮的法面模数为3.75mm，端面模数为4.25mm，螺旋角为28°4′21″，泵传动主动齿轮的螺旋方向为右旋，泵传动从动齿轮为左旋，齿数分别为80和59，齿轮传动比为1.356，当柴油机曲轴转速为1000r/min时，主机油泵传动从动齿轮的转速为1356r/min。

为提高齿轮的工作耐久性，轮齿表面进行氮化，氮化层深度为0.3～0.5mm,齿面硬度为50～60HRC。

泵传动从动齿轮由键并以一定过盈量安装在传动轴的一端。

传动轴中部由滚动轴承支承，安装在支座内，轴的另一端铣出连体连接齿，通过连接齿套使传动轴与主机油泵主动轴相接，使两轴之间允许一定量的轴向错位及微量的不同轴度。

由于两轴之间的不同轴度会使连接齿套在转动中产生轴向窜动，因此在连接齿套的两端与滚动轴承之间设置挡圈，以防止连接齿套窜动时与轴承端面产生摩擦。

传动轴与连接齿套用42CrMo钢制成，连接齿轮的模数为2.5mm，齿数为26。

在传动轴的连接齿上开有两个缺口槽，并在连接齿套外圆面上钻有油孔，机油可进入连接齿套内润滑。

旧式的传动轴支座由4个螺栓和2个圆锥销固定在泵支承箱内，后改为支座与泵支承箱同铸一体。

泵传动主动齿轮与从动齿轮的侧隙为0.2～0.4mm。

2.1.4启动机油泵和辅助机油泵

启动机油泵安装在动力室内，由4.2Kw的直流电动机驱动，油泵与电机之间以齿形联轴节相连。

启动机油泵由泵体，泵盖，主、从动齿轮轴，轴承衬套，油封及紧固件等组成。

铸铁的泵体和泵盖分别压入2个衬套作轴承，衬套为铸造青铜，借定位螺钉固定。

泵体的两侧设进、出油口。

泵盖用螺栓和定位销固定在泵体上。

在泵体及泵盖上开有卸压油沟，油泵内的机油可以通过此油沟润滑衬套。

齿轮端部和泵体及泵盖间总间隙为0.10～0.175mm，齿轮与泵体间径向间隙为0.13～0.205mm，轴和衬套间隙为0.06～0.09mm。

主动轴伸出端处设有油封座，油封座用螺栓固定在泵体上，座内装有油封和弹簧，以防止主动轴伸出端漏油。

其他轴端都有端盖压紧。

启动机油泵组装后在实验台上进行实验：

当油温为70～80℃、吸入真空度为26.6kPa、油压为245kPa,转速为2200r/min，泵的供油量不少于12m³/h。

辅助机油泵的结构与燃油泵的相同，由0.6kW的直流电动机驱动，当转速为1450r/min、油温为70～80℃、吸入真空度为26.6kPa、油压为343k