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工程机械发动机的技术改造探讨
摘 要 本文从发动机的功率、扭矩、油耗、环保、外形尺寸等方面分析在工程机械上用国产发动机替代进口发动机的可行性，并通过实例论证了国产柴油机代替进口发动机是工程机械技术改造一条重要途径，有显著的经济效益。
关键词 进口发动机 国产化 改造
1 前言
大型工程机械（挖掘机、推土机、装载机等）在使用到大修期或接近报废周期时，由于零件磨损，出现发动机动力性能下降（发动机无力）、冒黑烟、油耗高、启动与调速（怠速、中速、高速）困难等故障。对于发动机故障频率高，底盘技术性能却良好的工程机械，应当给予关注和解决。对于部份进口工程机械（尤其是新购的二手货），因发动机配件短缺或进口配件价格昂贵，不能及时更换；有的工程机械因原发动机匹配本身设计就不合理，而影响其正常使用。为了解决上述提出的问题，充分发挥工程机械价值效益，对原发动机进行技术改造，用性能优良的国产柴油机替代进口工程机械的发动机，以延长该机的使用寿命，降低工程成本就显得十分必要。本文着重对发动机在国产化的技术改造中应注意的问题及技术改造的项目和方法进行分析和论述。
2 国产化技术改造时选型应考虑的问题
2.1 选用的柴油机的功率、扭矩和转速要与原机相近(原发动机匹配本身设计不合理除外)
这是替代进口工程机械发动机的首选必要条件，将所选用柴油机的外特性曲线与原发动机的外特性曲线进行比较，来判断改造后新机的动力性能（功率、扭矩及转速）是否满足原机工作的需要。
2.2 要比较柴油机的比油耗
这是指在发动机标定功率、额定转数下的最低比油耗要相当或低于原机。
2.3 比较两种发动机的扭矩储备系数uM
柴油机的扭矩储备系数越高，表示用以克服外界负荷（阻力矩）的能力储备系数越大，在使用时的适应性就越强（可防止在外界负荷增加时，使柴油机转速显著下降，甚至造成熄火），新机的扭矩储备系数应优于原机。
柴油机的适应性可用扭矩储备系数来表示：即
uM =
式中：uM—发动机的扭矩储备系数
uMemax—发动机的最大扭矩值
uMeB—发动机标定扭矩值
一般柴油机的扭矩储备系数为1.05～1.10，当采取校正措施时可提高到1.1～1.24左右。
2.4 尾气排放指标和低噪声
这是一项环保指标，主要保证柴油机尾气排放物：氮氧化物（NOx）、微粒（PM）、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（CH），要达到国家法律规定排放标准，并且要达到低噪声。
2.5 外形尺寸小、整机质量轻
在原机上布置不仅“放得下”而且布置要合理，特别是注意用新机替换原机时，其改装工艺一般要涉及发动机、离合器、驾驶室、进排气系统、电气仪表、管线等几方面的问题，其中主要是发动机的动力匹配及定位、离合器的选择安装、空气滤清器的选型等。同时还需要进行飞轮改造，飞轮壳的设计加工制作、排气管、冷却系统、油门控制系统、气管路排列和电气仪表的布置等，飞轮改造后须经静平衡或动平衡试验，否则影响发动机运转的平稳性。
3 国产化技术改造的可行性分析
3.1 技术性能参数对比分析（见表中例1～例5）
新机与原机发动机的各项技术指标进行比较，标定功率新机均大于原机；最大扭矩新机大于或等于原机；燃料消耗率新机比原机有所降低；转速及其它各项技术指标均比较相近，从表中资料证明新机选型是理想的。尽管国产发动机的标定功率和最大扭矩与原机相比稍低，但是根据发动机技术改造选型的5项原则，也可以成功的进行技术改造。
现以PC400-1履带式挖掘机技术改造（用国产6135AZK-7型替换日本的原机NT-855-C型柴油机）为例，说明发动机技术改造的意义。
表中例6的数据对改装的6135AZK-7型发动机和原发动机作了比较，其中标定功率、最大扭矩、燃料比油耗较原机稍低或比较接近。在国产6135系列产品中6135AZK-7型的扭矩是最大的，而该发动机是上海柴油机厂的优质产品，各项技术经济指标先进，是最佳的替换新机型，而且两种发动机质量也相近，改装后整机稳定性不受影响。发动机外形尺寸虽有差别，但经过反复测定，并对飞轮连接（需加长）进行部分设计加工；对发动机支座架重新进行改制，保证同心度，对油底壳外形也进行相应的改制；原机的风扇、水箱和散热器（较新机性能优越），均可维持不变，从而保证了液压油系统和发动机散热。由于采用上述技术措施，使新机不仅在原机的位子上“放得下”而且达到布置合理，与挖掘机底盘的匹配也是比较适当的。通过手中资料计算NT-855-C柴油机的扭矩储备系数为1.34，6135AZK-7柴油机的扭矩储备系数为1.17，比较两种柴油机的扭矩储备系数，可以看出进口原机的适应能力高于国产新机。但是6135AZK-7柴油机的扭矩储备系数高于一般国产柴油机的扭矩储备系数（1.05～1.10），说明新机的爬坡能力大，附着性能好，可保证挖掘正常工件作能力。经过实地测试和操作人员的反映，改装后的履带式挖掘机与改装前，在相同的条件下，生产率大致相同，证明国产发动机技术改造是成功的。
工程机械用柴油机的改造（实例1、实例2）
工程机械型号
例1 移山-80、红旗-100型推土机
例2 D80A-12、D85A-12型推土机
发动机型号
原机
新机
原机
新机
性能参数
4146A
6130T
康明新NH-220-C1
6135AZK-3
型式
直列、水冷、四冲程
直列、水冷、四冲程
直.水.增.四冲程
燃烧室外型式
预燃室
直喷式
直喷式
气缸数-缸径×行程mm
4-146×204
6-130×150
6-130.2×152.4
6-135×150
总排量(L)
13.68
11.946
12.17
12.88
压缩比
15.8
16.5-17
15.8
17
标定功率KW(r/min)
66(1050)
74(1100)
132(1850)、155(2100)
158.1(1800)
最大扭矩N.M(r/min)
735.5(800-850)
735(<800)
784.5(1100)
941.4(1300-1400)
燃料消耗率g/(kw.h)
278.7
238
251.5
228.4
机油消耗率g/(kw.h)

<2.31

2.04
起动方式
汽油机起动
电起动
电起动
电起动
净质量(kg)
1850
950
1523
1440
外形尺寸(长×宽×高)
1810×1100×1700
1391×655×1034
1610×1116×2356(D80A)
1692×1114×1628
外形尺寸(长×宽×高)

1610×1116×2426(D85A)

制造厂
天津动力机厂
天津动力机厂
(日小松)重庆发动机厂
上海柴油机厂
工程机械用柴油机的改造（实例3、实例4）
工程机械型号
例3 KSS65Z型装载机(日)
例4 KU-1206B、KU-1207型挖掘机
发动机型号
原机
新机
原机
新机
性能参数
五十铃DA640PKS
6105QA
DT-150
D6H6
6135AK-1
型式
直列、水冷、四冲程
直列、水冷、四冲程
燃烧室外型式
直喷式
直喷式
气缸数-缸径×行程mm
6-102×130
6-105×120
6-150×180
6-150×180
6-135×150
总排量(L)
6.373
6.234
19.1
13.22
12.9
压缩比
22
16
15
15.6
17
标定功率KW(r/min)
75.7(1h)(2400)
95.6(2800)
110.3(1500)
110.3(1300)
110.3(1500)
最大扭矩N.M(r/min)
362.6
372.4(1900)
784 (1100)
710(1300)
705.6(1300)
燃料消耗率g/(kw.h)
299
228
258.3

231.1
机油消耗率g/(kw.h)

2.26

2.72
起动方式
电起动
电起动
电起动
电起动
电起动
净质量(kg)
550
550
1450

1100
外形尺寸(长×宽×高)
1198×680×1000
1238×701×1023
2067×882×1110
2250×910×1295
1431×744×1240
制造厂
(日)五十铃公司
玉林柴油机总厂
波兰

上海柴油机厂
工程机械用柴油机的改造（实例5、实例6）
工程机械型号
例5 KU-1206型挖掘机(波兰)
例6 PC400-1型履带式挖掘机
发动机型号
原机
新机
原机
新机
性能参数
WOLA 2DT
6135AK-1
NT-885-C
6135AZK-7
型式
直列、水冷、四冲程
直列、水冷、增压、四冲程
燃烧室外型式
直喷式
直喷式
气缸数-缸径×行程mm
6-150×180
6-135×150
6-139.7×152.4
6-135×150
总排量(L)
19.1
12.9
14
12.88
压缩比
15
17

17
标定功率KW(r/min)
110.3(2400)
110.3(1500)
176.6(2000)
172.8(2100)
最大扭矩N.M(r/min)
784(1000)
705.6(1300)
1136.8 (1200)
904(1300～1500)
燃料消耗率g/(kw.h)
258.3
231.1
最小 175
最大 238
机油消耗率g/(kw.h)

2.72

<2.72
起动方式
电起动
电起动
电起动
电起动
净质量(kg)
1450
1100
1270
1200
外形尺寸(长×宽×高)

1431×744×1240
1570×850×1543
1561×834×1543
制造厂
(波兰)
上海柴油机厂
(日小松)重庆发动机厂
上海柴油机厂
3.2 综合费用分析
我单位的NT-855-C发动机是1984年产品，已经历了16年，虽经过大修和项修，但已经到了使用后期，虽然该机底盘技术性能良好，但发动机各部位的间隙磨损已超过极限，很多关键部件已不能通过修理来恢复其技术性能，必需改换总成才能解决问题。如更换一根曲轴就需要人民币一万元；一只PT泵也需二万多元；校一只喷油嘴也需近千元；购买一台原机发动机总成价值近20万元。而国产6135AZK-7型柴油机发动机总成价值还不到8万元，一次性投资8～12万元，便可全部完成包括总成在内的改造费用。改造后的PC400-1履带式挖掘机，三年内发动机基本上不需大修理，所以改装替代的国产发动机，不仅能降低故障停机率，配件及维修费用也相应能大幅度降低，工作效率能得到保证和提高，所产生的经济效益远远大于改造费用。
3.3 技术改造解决的主要问题
３.3.1 PC400-1履带式挖掘机实施国产化技术改造的关键在于解决配件供应问题。NT-855-C柴油发动机的易损件：如缸套、活塞、轴瓦等国内也有厂家生产，以替代进口配件，但质量很难保证，有些甚至严重影响了整机性能，造成故障。因此，有不少用户，宁愿多花数倍的钱购买进口件，也不愿使用国产件，但进口配件昂贵，也使不少用户难以承受。改装了国产发动机后，配件随处可购，价格仅为进口配件的1/5～1/10，彻底解决了配件供应难的难题。
3.3.2 PC400-1履带式挖掘机在长期使用中，底盘部分较牢靠故障较少，而机械的主要故障都集中在发动机上，占全部故障的80%左右，由于采用优质国产柴油机代替进口发动机，对部分部件进行技术改造，即能减少故障率，保证机械经常处于完好状态，又使我们维修保养工作简单了。

4 结束语
6135系列发动机在我国工程机械上使用广泛，技术性能比较稳定，对该机型维修保养容易进行，综上所述，用国产柴油机替换进口原机的发动机，是工程机械技术改造的一条重要途径，有着显著的经济效益和社会效益值得推广。