DF4D柴油机台架试验.docx
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DF4D柴油机台架试验
13柴油机台架试验
对于厂修的柴油机应与新造的一样进行台架试验，以保证投入运用后的工作性能和工作可靠性，由于采用电力传动的内燃机车方案，其柴油机和牵引发电机构成了一个整体，即柴油发电机组。
为了方便起见，对柴油机进行台架试验时，采用电测功。
出厂台架试验分为磨合试验、调整检查试验、验收试验三个阶段。
13.1试验总则
（1）凡提交试验的柴油发电机组，必须具备柴油机总图中所示的全部零件，具有完整的总装配及规定零件装配记录证件，并应有专职检查印记，试验中的各项参数记录按统一的格式填写。
（2）在标定功率下，试验台的进气系统的总压力损失，不大于2.5kPa，但当柴油机做性能试验时，加装空气流量装置时，其总压力损失不应大于4kPa。
排气系统中，在每个增压器涡轮后的背压应小于3kPa。
（3）试验用冷却水，应用去离子水，并加入2号硅系复合配方，总硬度不应超过0.2mg当量/L，总碱度为1.2～2.5mg当量/L。
燃油采用GB252－94中一级品以上的任一牌号的轻柴油。
机油：
采用“大2”或“兰3”号四代机油。
（4）每试验5台柴油机后，应对循环冷却水取样进行化验。
（5）每试验15台柴油机后，应对柴油机机油取样化验，如闪点和粘度超过规定范围，而其余项目合格时，允许放出一部分旧油，加适量新油。
但当其它指标超过规定时，必须更换机油。
（6）当机油滤清器前、后压差超过0.2MPa时，应更换滤芯。
（7）每次启动柴油机前，先启动辅助机油泵，使柴油机机油系统内充满机油，时间不少于1min。
（8）每次启动柴油机前，必须打开示功阀，进行甩车，以便将气缸内的油水排出。
（9）柴油机启机时的机油和冷却水进口温度不应低于20℃，加负荷时不应低于40℃。
（10）各工况下柴油机转速与名义转速允差5r/min，其它转速允差为10r/min。
采用无级联合调节器，只需调整柴油机的最高和最低限制转速。
联合调节器的配速系统由步进电机、一对圆锥齿轮、一组调速弹簧、一对飞锤及匀速盘等组成。
见图13－1。
当步进电机接收到来自驱动电源的脉冲信号后，通过主、从动圆锥齿轮及螺旋副，把步进电机的旋转运动转换为螺杆的垂直移动，改变调速弹簧的压缩高度，达到调整柴油机转速的目的。
最高工作转速的限制由随从动圆锥齿轮一起转动的螺钉4与随螺杆一起下移的螺钉5共同完成；最低空转转速的限制由随从动圆锥齿轮一起转动的螺钉2与随螺杆一起上移的螺钉1共同完成。
图13－1联合调节器配速系统
1－螺钉；2－螺钉；3－从动锥齿轮；4－螺钉；5－螺钉；6－主动锥齿轮；7－步进电机；8－弹簧；9－匀速盘。
当16V240ZJD型柴油机装机车时，机车的控制系统将对柴油机实行8个转速档位的同步控制，8个档位的转速设定如下：
档位
1
2
3
4
5
6
7
8
转速（r/min）
43010
600
710
800
850
900
950
100010
柴油机从最低转速430r/min升到最高转速1000r/min的时间约为15s，从最高转速1000r/min降到最低转速430r/min的时间约为18s，不符合时，可调节驱动电源装配中的脉冲发生器（电位器）。
（11）机油消耗量的测量：
从出厂产品的累计每100台中抽测一台，抽测的柴油机号由工厂质量检查单位确定，并在检查试验的第8工况时进行。
（12）磨合试验可以使用工艺喷油器。
若使用工艺喷油器，则从调整、检查试验起，必须更换产品喷油器，并于检查调整试验后，停机检查时，对喷油器进行雾化试验，并检查调整喷射压力及清洗喷油器进油管，然后方能继续进行验收试验。
13.2试验规范与技术要求
a.磨合试验
（1）目的
磨合柴油机的零部件，使各运动件摩擦副逐渐适应大负荷条件下工作，查明和消除运转中所暴露的各种装配缺陷，同时使各运动件、各摩擦副逐步建立起正常的工作状态而稳定地工作。
磨合试验的规范和需要的时间，可以通过机油铁谱分析较精确的确定。
总的来说，磨合试验规范的制定既要达到磨合柴油机的目的，又要经济合理。
标志一台新柴油机是否已经完成磨合，在宏观上有3个标准：
柴油机能顺利地发出额定功率，燃油消耗率在技术要求指标范围内，各运动部件不应发生因磨合不良造成的拉伤现象。
通过柴油机的磨合，使运动副，特别是活塞、缸套要达到如下要求：
①消除相对滑动表面因加工造成的微观不平度，使缸套镜面光滑。
尤其是目前机车柴油机的强化程度较高，如果缸套、活塞和活塞环的工作表面不够光洁，容易产生拉缸。
因此，缸套工作表面是否形成光滑的镜面成为衡量柴油机磨合是否完毕及磨合质量好坏的重要标准之一。
②消除活塞环与缸套工作壁面间的有害间隙，使之迅速达到良好贴合。
由于加工、装配及其复杂的工作状态，未经磨合好的柴油机，活塞环与缸套工作壁面不会有良好的贴合状态，由此会造成活塞与缸套工作面发生局部接触，不利于油膜的形成与保持，使摩擦副的金属表面产生干摩擦；活塞环对缸套的传热不良，接触热阻大幅度增高，导致活塞环与活塞的温度升高。
试验表明，第一道环槽的温度，磨合前比磨合后高出30－55℃左右；也正由于没有磨合好的柴油机，活塞环与缸套不能保证有良好的贴合，造成活塞上、下油气互窜，随之积炭、结焦产生，因此柴油机的机油消耗率和曲轴箱内的气体压力是否迅速趋于稳定，也已成为评价柴油机磨合质量的标准之一，活塞环与缸套的贴合程度已成为制定磨合规范所必须考虑的重要因素。
③使活塞环工作面与缸套壁面桶形配合，形成理想的楔形油膜。
在磨合的初始阶段，活塞环的表面尚未形成良好的桶形，不能产生理想的楔形油膜，造成一种润滑条件极差的边界摩擦。
经验已表明，在磨合过程中，凡是发生异常磨损或拉缸现象的柴油机，其活塞环的工作面均不能达到桶形截面。
因此，活塞环是否能达到良好地桶形截面，已成为磨合质量好坏的检验标准，摩擦力矩和燃油消耗率随时间的变化也已成为监测磨合进展情况的有效方法。
（2）磨合试验工况
磨合试验工况见表13－1。
（3）试验及调速中的注意事项
①磨合试验中，有时采用工艺喷油器，以免燃油管系内因清洁度不够而损坏产品喷油器。
②调整柴油机转速和校验联合调节器时，应带上147kW的负载，以保护连杆螺钉及连杆大头的结合齿免受过大的动应力。
③极限调速器的动作转速应为1120～1150r/min，检验3次均应达到要求。
表13－1磨合试验工况表
工况
柴油机转速（r/min）
柴油机功率（kW）
运转时间（min）
1
200
0
1－2
2
430（停车检查）
0
30
3
430
40
10
4
443
80
10
5
486
120
10
6
529（停车检查）
160
10
7
572
210
10
8
615
260
10
9
657
300
10
10
700
390
15
11
743
490
15
12
786（停车检查）
610
15
13
829
740
15
14
872
940
15
15
915
1160
15
16
957（停车检查）
1420
15
17
1000
1800
15
18
1000
1910
15
19
430－1000
0-150
90
共计5h25min
附注：
①第12工况时甩车2～3次；
②第18工况时，记录全部参数；
③第19工况时，测各缸压缩压力，调整柴油机转速，检验极限调速器、油压继电器；
④19工况后换下工艺喷油器；
⑤检查与调整气门间隙；
⑥2、6、12、16工况后停车检查；
④压缩压力不符合要求时，应利用气缸盖垫片进行调整。
⑤在进行第19工况时，记录必须有检查人员签字确认。
在第19工况以后的试验中，如因更换零部件等原因，影响第19工况的的记录数值时，应重新校对记录，数值变化时应修改记录，并由检查人员重新签字确认。
b.调整、检查试验
（1）目的
调整及检查柴油机的全部工作参数，进一步检查零部件和柴油机发电机组的装配质量和排除所暴露出来的全部缺陷。
（2）调整、检查试验工况
调整、检查试验工况见表13－2。
表13－2调整检查试验工况表
工况
柴油机转速（r/min）
柴油机功率（kW）
运转时间（min）
1
430
190
5
2
657
830
5
3
829
1670
5
4
915
2250
5
5
1000
2650
30
6
1000
2940
30
7
1000
3240
30
8
1000
2940
150
9
1000
3240
60
共计5h20min
附注：
①第5工况时，测量并记录爆发压力和排气温度；
②第6～9工况测量并记录全部参数；
③9工况后停车检查；
（3）注意事项
①在第5～9工况中，柴油机转速的波动率应符合铁道部标准TB1462－83的规定。
②进行第5～7工况时，根据具体情况，可停车调整喷油泵垫片、喷油泵齿条刻线，或更换喷油泵、喷油器。
柴油机经最后调整后，应在第8、9两个工况下，检查柴油机的全部工作参数，以确定柴油机各部件组装调整的正确性。
此时各缸喷油泵齿条刻线允差0.5刻线。
③第8～9工况为检查工况，必须连续进行。
但在连续运行中，允许出现1次因设备原因造成的停车，若停车时间不超过20min，并对性能参数又无影响时，则前段试验认为有效。
④第9工况后应对气门间隙进行检查调整。
对喷油器重新雾化试验。
⑤第9工况后，提交验收前，应对柴油机在试验中出现的问题进行处理，处理后是否须进行复核试验及试验工况的确定，由检验人员根据具体情况确定。
复核试验时，应在加载20min后才开始复验。
处理问题中因更换零件而影响某一个气缸的工作参数时，须重新测记该缸参数。
如该缸参数与其它各缸的原始记录相比超出规定时，则该缸须作调整。
更换零件涉及影响到3个气缸以上工作参数及所换零部件影响到整机参数，或柴油机需重新上台试验时，则应重新测记所有各气缸的全部参数及其它有关参数。
c.验收试验
（1）目的
经调整检查合格的柴油发电机组方可提交验收试验。
验收试验的目的，是对各种参数调整合格的柴油发电机组进行连续的试验，检查其工作情况，及测定表征柴油机的有关工作参数。
（2）验收试验工况的安排
在制定16V240ZJD型柴油机的验收试验工况表时，吸取了16V240ZJB型柴油机长期以来的试验经验，在调整检查试验中，最后在等于或大于最大运用功率2940kW和3240kW交替循环连续运转4h30min，以便柴油机在验收试验前提前按TB1471－83的规定，在最大运用功率下作不少于4h的连续运转考核。
这样既能达到验收试验的目的，又能节省试验时间。
验收试验工况表见13－3。
表13－3验收试验工况表
工况
柴油机转速（r/min）
柴油机功率（kW）
运转时间（min）
1
657
830
5
2
829
1670
5
3
915
2250
5
4
957
2570
5
5
1000
2650
10
6
1000
2940
90
7
1000
3240
60
8
1000
3240
20
9
890
872/2335
5
共计3h25min
附注：
①在第6、7工况时，对全部参数进行记录；
②在第8工况时，封定柴油机的供油止档；
③第9工况时，校验增压器是否喘振；
④在第9工工况结束后，进行调速动作试验；
（3）注意事项
①在第6，7工况中，柴油机必须连续运转，但在连续运转时，允许出现1次因设备原因造成的停车，当停车时间不超过20min，性能参数又符合有关技术规定时，则前段试验视为有效。
②试验前、后应清洗喷油器进油管接头，并对喷油器进行雾化试验。
d.功率调节试验
（1）目的
功率调节试验的目的是按照规定的牵引特性，初步整定联合调节器内的功率调节滑块（偏心调整轮、悬挂点）位置。
并检查功率调节电阻动作（油马达的小白点）是否灵敏，及检查油腔有无漏泄。
柴油机的功率调节试验，允许用手动调节器中的功率滑阀或升、降速度等方法检查功率调节电阻动作的灵活性。
（2）注意事项
①每一工况均记录功率调整值。
②在各工况时，功率表上允差40kW。
e.试验参数
（1）对试验参数的要求
柴油机出厂试验时，应满足13－4表规定的各项参数（在标准大气条件下，环境温度为27℃、大气压力100kPa，相对湿度60％，中冷器进水温度52℃）。
表13－4 柴油机出厂试验时的参数要求表
参数名称
要求
附注
标定功率（kW）
32401%
最大运用功率（kW）
29401%
标定转速（r/min）
1000
最低稳定转速（r/min）
430
燃油消耗率（g/kW·h）
标定功率时≤
最大运用功率时≤
214
214
机油消耗率（g/kW·h）
3
指最大运用功率时
极限调速器动作转速（r/min）
1120～1150
增压器最高允许转速（r/min）
33000
压缩压力（MPa）
2.65~2.85
各缸允差0.15
中冷后空气压力（kPa）
标定功率时
最大运用功率时
200
180
相对压力
中冷后空气温度≤（℃）
80
爆发压力≤（MPa）
标定功率时
最大运用功率时
14
13.5
各缸允差0.6
排气温度≤（℃）
各缸允差80
标定功率时
总管
620
支管
520
最大运用功率时
总管
600
支管
510
燃油进口压力（kPa）
170~250
机油总管末端压力≥（r/min/kPa）
1000/400
≥829/200
829/90
机油压力保护停机动作压力（kPa）
80
允差
机油出口温度≤（℃）
98
冷却水出口温度≤（℃）
98
压力循环
中冷器进口水温（℃）
50～55
曲轴箱压力≤（kPa）
0.2
烟度≤Bosch
1.6
每累计10台测1台
台架试验时最大运用功率为2940kW时，机油出口温度≥75℃，冷却水出口温度≥85℃。
（2）柴油机台架试验中的参数计算方法
①功率计算方法
Ne=UI/1000rz（kW）
式中：
Ne－柴油机输出功率（kW）；
U－整流装置输出直流电压（V）；
I－整流装置输出直流电流（A）；
r－主发电机效率；
z－整流装置效率（各种功率下均为0.99）。
②燃油消耗率计算方法
ge=1000G/Net（g/kW·h）
式中：
ge－燃油消耗率（g/kW·h）；
G－测试时消耗的燃油质量（kg）；
Ne－测试时的实测功率（kW）；
T－测试时消耗G（kg）燃油所需的时间（h）。
③柴油机的功率与油耗率应根据大气压力和大气温度的变化按技术文件规定进行修正。
f.调速保护及启动试验
（1）当柴油机转速达110r/min时，在标准大气条件下应能顺利启动。
当外界气温低于20℃时，油、水出口温度预热到40℃后，应能顺利启动，每次启动时间不应超过20s。
（2）柴油机在热态下应能顺利启动。
（3）当负荷为最大运用功率，柴油机转速在1000r/min时，突卸负荷，极限调速器不应动作（即柴油机不应超速）。
（4）当负荷为150kW时，柴油机转速从1000r/min突降到430r/min，柴油机不应停机。
（5）当负荷为150kW时，柴油机转速从430r/min突升到1000r/min，极限调速器不应动作。
（6）当自动停车电磁阀断电时，联合调节器应能保证柴油机停机。
（7）当按动紧急停车按钮时，应能保证柴油机停机。
g.调速器性能试验
（1）标定转速工况的稳定调速率2应不大于1.5％。
当柴油机负载为最大运用功率、转速为1000r/min时，卸载到147kW时，过渡时间应不超过40s，按下式计算稳定调速率2。
2＝（n2-nb）/nb×100%
式中：
nb－标定转速（r/min）；
n2－卸载后的稳定转速（r/min）。
（2）转速波动率应满足下列要求
柴油机转速为1000r/min、功率为最大运用功率时，≤0.6%；功率为150kW时，≤0.8%；当柴油机转速为430r/min空载时，≤1%。
当柴油机在上述工况正常运转时，于60s时间内，测取其最高转速nmax和最低转速nmin，按下式计算转速波动率：
＝［nmax（或nmin）－nm］/nb×100%
式中：
nm＝（nmax+nmin）/2（r/min）；
nb=为标定转速（r/min）。
调速性能试验中的转速测定，应采用转速数字显示装置。
h.试验后的检查与说明
（1）检查
打开各检查孔盖，盘车检查各种可见零件，如有异状，由检查人员或由验收员根据具体情况确定是否需拆检，及确定拆检范围。
（2）说明
①试验完毕后，功率限制止挡、联合调节器传动系统及联合调节器等应按图样规定进行铅封。
②如更换表13－5中所列部件之一时，则应按表中相应规定的工况进行补充试验。
如同时更换两种或两种以上部件时，补充试验按其中共计时间最长的工况进行试验（负荷按大者），如所更换的部件未列入表内者，是否需要进行补充试验及试验工况由厂、验双方根据具体情况确定。
（3）当用于电站或装发电车作发电用时，在验收试验第11工况后，进行检验增压器是否喘振及调速动作试验，并重新按1120～1150r/min调整极限调速器转速，然后封定供油止挡。
表13－5更换部件时的补充试验工况
试验工况
运转时间
（min）
更换部件
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
共计
连杆瓦
5
10
10
5
5
5
5
30
75
主轴瓦
10
20
20
20
10
10
10
40
140
气缸套
10
40
10
5
5
5
5
40
120
补测所更换缸的压缩压力、爆发压力、排温
活塞连杆组
10
40
10
5
5
5
5
40
120
同上
增压器
5
5
5
5
5
40
65
全部记录，校验喘振余度
喷油泵
5
5
5
15
30
补测爆发压力和排温
喷油器
5
5
5
5
20
40
补测所更换缸的压缩压力、爆发压力、排温
气缸盖
5
5
5
5
20
40
同上
联合调节器
5
5
5
5
5
5
40
70
大油封
5
5
5
5
60
80
弹性联轴节
5
5
5
5
20
40
主发电机
5
5
5
5
30
50
测燃油消耗率
说明：
①16V240ZJD型柴油机工况Ⅰ为430r/min、40kW，工况Ⅱ为735r/min、490kW；工况Ⅲ为850r/min、940kW；工况Ⅳ为925r/min、1400kW；工况Ⅴ为960r/min、1800kW；工况Ⅵ为1000r/min、1910kW；工况Ⅶ为1000r/min、2940kW；Ⅷ为1000r/min、3240kW。
②更换气缸套、活塞连杆组、气缸盖均需补测更换缸的压缩压力、爆发压力、排气温度。
更换喷油泵或喷油器时，需补测更换缸的爆发压力和排气温度。
更换增压器时，需补测全部参数并记录，校验增压器是否喘振。
更换主发电机时，需补测燃油消耗率。
（4）柴油发电机组验收结束后，将柴油发电机组吊入存放架，按柴油机油漆技术条件涂刷油漆，同时将柴油机总装配及台架试验的全部参数填入柴油机履历簿内，由验收人员审阅合格后，办理产品验收合格证和柴油机竣工验收记录，以此作为竣工落成依据，即可装车或发送出厂。
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