前言：CumminsKTA50发动机，较多地配备于154吨即170短吨的电动轮汽车上，已成为该吨级的矿用电动轮汽车的主要动力源。在国内外，被很多黑色冶金、有色矿山、煤炭矿山所采用。在国内，随着进口设备件国产化进程加快，有部分质量较差的冷却风扇被装机使用，呈现发动机主要附件???—冷却风扇良莠不齐的状态，带来了严重的后果，且经济损失的巨大，本文仅就此作初步的分析。
关键词：KTA50发动机 冷却风扇 故障分析 技术措施
一. 故障案例
1.某矿山154吨甲号卡车，4月20日发生故障，风扇叶片根部加强筋8颗铆钉断裂，风扇固定螺栓外缘中心骨架断裂约150mm，80%为旧裂纹，导致骨架根部构件与根部加强筋整体甩出，打坏散热器，设备因此故障而停机。
2. 同一矿山的154吨乙号卡车，5月1日更换发动机后，更换了新风扇轮固定螺栓，5月3日下午发生故障，风扇叶片甩掉一叶，幸好没有打坏水箱。经查记录，乙号卡车于3月1日在采场干线坡路顶端转弯处，风扇损坏，由于地处交通主干道，加班抢修，更换新风扇装机，当晚生产，那么，可以说该风扇只运行2个月即损坏发生故障。
经对损坏风扇检查，一叶风扇整体从根部断裂甩出，风扇固定螺栓处有裂纹（与甲号车风扇大致相同）。目测可见没有完全断裂的裂纹存在，断裂部位呈“L”型断裂形状。
二、故障分析
我们都知道，cumminsKTA50发动机，额定功率为1600马力。在全负荷工况下，为满足发动机的正常运转，从设计上讲，必须有足够尺寸的风扇运转，对发动机的冷却介质（防冻液）进行强制风冷。以便达到水温在85℃～94℃之间的理想发动机工作温度，保证发动机正常工作。据Cummins有关资料介绍，KTA50发动机全负荷工况下将消耗功率50马力左右，风扇运转的平稳性、动平衡性要求相当严格，如风扇本身存在动平衡的问题、强度不够的问题，高速高负荷运转工况下，风扇高频的振颤及离心力相当之大，足以造成相关机件故障的产生。具体的说：如风扇轮轴承的早期损坏，风扇轴端部锁帽脱出，风扇轮固定螺栓的松动与断裂，风扇叶片在应力集中区的断裂，甩出打坏散热器等一系列问题，造成严重的经济损失及较大的检修工作量。
三、具体分析
仅就某矿154卡车甲、乙两车故障分析看，风扇在高速高负荷运转工况下，由于高频巨大的振动力、惯性力作用，风扇叶本身会产生振动微量变形，由于风扇叶子本身为铝合金材质，可以承受微量变形，这是由铝质材质本身的特性所决定的。而故障部位出现在根部固定螺栓外缘处，首先是出现裂纹，随着使用时间的延长，达到相当程度后断裂甩出，就其原因，初步分析有以下两点。
1、断裂处在固定螺栓外缘处，位于风扇骨架的中心部位，在无外力的作用下，本不应损坏。实际情况是，在高速运转工况下，叶片振动大，叶片本身铝质材质，不易断裂，而产生断裂处铁质骨架根部，一是适应变形能力差，二是有风扇螺栓固定不允许变形导致应力集中，在固定螺栓外缘呈不规则断裂，由此可见风扇叶子整体的强度是不够的，不能承受高负荷，高速运转工况下的载荷，因而产生故障。
2、分析认为，某些国产风扇叶强度不够，造成故障的原因是第二位的。最根本的原因是，风扇叶本身的动平衡性不好，是否经过动平衡台架试验，值得探讨。如风扇叶子本身动平衡性不好，或则没有经过台架试验。高速高负荷工况下，其本身存在的失衡惯性呈百倍的加大，必然导致在应力集中，在承载力较弱的部位断裂。为此，风扇叶本身的质量和动平衡性至关重要，否则将带来一系列的故障与损失。
简言之，风扇的动平衡性不好，可直接影响破坏风扇本身的强度，造成叶片本身的损坏。
四、技术措施
由于实际工况中，风扇叶、风扇轮属高速运转机件，负载受力大。为此，选用质量上乘的风扇叶至关重要，核心问题一是动平衡性；二是承载强度。具体可采取如下措施。
1、 选用质量上乘的风扇，最好采用进口原机厂家风扇。例如： Cummins公司产品，他们的产品均经过严格的动平衡检测。外观目测检查，进口风扇质量较轻，均打有“made in USA”字样。且单体为一个包装箱。采用国产风扇，必须具有动平衡测试合格证，有资质、质量上乘的厂家产品。
2、 采用进口风扇轴、进口螺栓及轴承。实践证实，国产轴，如要保证其装配尺寸，其承载能力是不够的，极易产生断裂，造成损失极为严重。而Cummins的风扇轴，它的选材、加工及质量是与发动机主体寿命匹配的，不会出现早期断裂问题。进口螺栓可以保证在标准的拧紧力矩下承受更大的工作载荷。
3、严格执行Cummins风扇轴承装配技术标准，配合间隙，轴向窜动量、径向摆差量，必须符合技术规范并按规定力矩，锁紧端部固定螺母。采用质量上乘的润滑油进行装配，可借鉴使用Cummins公司推荐的“壳牌”5号航空高温润滑脂为好。按标准调整风扇皮带张力，过紧，风扇轴承负载大，易产生早期损坏、过松，皮带打滑，降低皮带寿命，并影响散热功效。
4、加强设备点检，及时消除例如：散热器下座螺栓松动、窜位、散热器大小拉杆松动、散热器内护板固定螺栓松动、上下左右窜位以及风扇内护圈固定情况，尽力避免风扇运转过程中，由于上述部位存在问题，产生刮磨现象，减少机械损坏。
5、改变风扇结构：风扇安装毂采用双向压合结构，叶片采用独立
叶片轴系安装结构，即配合方式为孔轴配合，能够有效减小叶片高速旋转时应力集中问题，防止叶片根部断裂。叶片独立生产能够保证叶片模型精度，提高风扇整体动平衡性。
6、改变叶片材质，叶片采用玻璃纤维增强聚酰胺材料，该材料具有质量轻、刚性高、耐温耐候等特点。风扇毂采用硅铝合金压铸件，这样的组合结构能使风扇质量分布集中，减小叶片离心力，增强风扇使用性能。
以上所述，看似仅为冷却风扇问题，实为不可小视，因为此故障产生，将产生一系列严重问题，影响发动机的正常工作，造成检修工作量大，造成昂贵的机件损坏、损耗，停机时间较长，严重影响生产，为此，冷却风扇好坏也是发动机正常运转的关键问题之一，必须引起高度重视。
参考文献：
[1]李杨，欧阳华，杜朝辉. 轴流风扇转子叶片优化设计[J]. 上海交通大学学报. 2007（09）
[2] 郭金海，范爱芳. 工程机械用冷却风扇的选择与匹配[J].工程机械.2001（07）
[3] 罗振东. 发动机冷却风扇气固耦合振动研究[D]. 华南理工大学 2012
[4] 张科伟. 复合材料/钛合金板冲击损伤分析与评估方法研究[D]. 南京航空航天大学 2011
