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内燃机车柴油机曲轴碾瓦的分析

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李秀川 陈彬

  摘 要:本文分析了内燃机车柴油机曲轴轴瓦碾瓦的原因,并给出了预防措施。

  关键词:内燃机车;柴油机;碾瓦;曲轴

  内燃机车是通过柴油机曲轴旋转运动带动牵引发电机运转,发出三项交流电,经主整流柜整流后变成直流电,为走行部直流牵引电机提供电能。如果曲轴轴瓦发生碾瓦故障,曲轴将无法正常运转,整个机车将失去动力。所以,必须保证曲轴工作状态良好,那就要求曲轴在正常运转时各主轴颈和连杆颈处于良好的润滑状态,使之与主轴瓦之间形成较为稳定的保护油膜,使回转运动副的两个金属摩擦面被油膜分隔而不接触。我们将柴油机曲轴轴瓦出现的不应有的剥落、龟裂、严重拉伤和烧伤等现象,统称为曲轴碾瓦。柴油机轴瓦失效严重影响着机车的运用可靠性。柴油机一旦碾瓦,轻者需要更换轴瓦,重者造成曲轴磨损报废,需要吊出柴油机,工作量极大,造成大量人力物力的浪费。因此,十分有必要对碾瓦故障原因进行深人分析。

  1、曲轴碾瓦的原因分析

  柴油机的主轴瓦是一种滑动轴承,由上下两块半圆形的金属瓦组成的。柴油机在工作时,轴颈是在轴承孔中旋转的,两者间隙中充满了润滑油,润滑油被旋转的轴颈带入了渐渐变窄的缝隙中,使油的压力上升。

  1.1清洁度的影响

  由于工作环境不洁或清洗各部件时不彻底,柴油机组装带入的或在清除毛刺时产生的污物、尘埃、磨粒或金属屑粒都会进入柴油机的摩擦面,破坏其润滑状态。同时因载荷分布不均而在轴瓦表面出现高压力区,加剧了材料的局部磨损。或是由于机车运用中,机油过滤和空气过滤装置不良,使外来屑粒埋入合金层,把合金层挤起形成高点,这些高点大到足以同曲轴轴颈接触而产生摩擦轴瓦,最终导致轴瓦衬层破坏。

  1.2曲轴轴颈形态及测量误差

  首先曲轴轴颈形态误差对轴瓦表现施加了不均匀的分布载荷,增加了热量的产生并加速了轴瓦的磨损。其次轴颈的形态误差还会影响轴瓦形成油膜,使某些部位油膜厚度不足,而有些区域油隙过大,从而干扰破坏了润滑系统的正常工作。

  1.3曲轴弯曲或曲轴跳动量过大

  当曲轴弯曲时,一般在全部位数上的上下主轴瓦上会不同程度地出现同一种磨损形式,通常中部轴瓦的磨损最大。

  1.4瓦背与瓦孔接触不良

  大修规程中规定同台柴油机各档主轴承油润间隙之差不许大于0.06mm,相邻两挡不许大于0.03mm,瓦背与轴瓦座应密贴,连杆瓦背与连杆体孔应密贴,用0.03mm塞尺不许塞入。实际工作中用红丹粉检查接触面,接触面积须在60%以上。但由于工作者怕麻烦,此工作做得不够细致。

  1.5组装问题

  柴油机轴瓦如果组装不正确,或是由于组装失误会导致轴瓦失效进而产生碾瓦拉轴事故。常见的组装问题有:轴瓦上下装反,轴瓦油孔与油道孔未对准,轴瓦定位销未镶入槽内,瓦背与座孔间有异物,瓦盖偏移和装反位置。

  1.6轴瓦质量问题

  造成问题的主要原因有:轴瓦材料选择不当,其耐磨性、镶入性差,抗疲劳性差。作用在轴瓦表面的交变油膜压力,导致轴瓦产生疲劳破坏。

  1.7机体变形等导致主轴承孔形位公差控制不良

  机体变形。由于柴油机机体、主轴承孔不同轴度超差,则会导致曲轴主轴颈与轴瓦之间的间隙在整个宽度上不均匀,影响油膜的正常建立。

  1.8柴油机连杆的不平行度、扭曲度超限。

  柴油机连杆的不平行度、扭曲度超限。这会引起连杆轴承局部受力偏大,产生局部冲击,破坏压力油膜,也会造成轴承间隙超限,引起碾瓦。

  1.9机油润滑不当

  轴颈在轴瓦中处于静止时的位置,由于轴颈和轴瓦之间有间隙,这时轴颈和轴瓦的接触点在承力点上。如果在轴颈和轴瓦之间的间隙中能连续不断地充满机油,则当轴颈转动时,机油在轴颈侧下方和轴瓦的间隙中便可形成油楔。由于机油具有粘性,粘附在轴颈表面上的机油与轴瓦间产生很大的挤压压力。

  2、预防措施

  2.1针对清洁度问题,采取如下措施

  2.1.1轴瓦在安装时,严格执行大修工艺要求,柴油机组装環境必须清洁。

  2.1.2加强整机的清洁度检查,包括机油管路、主机油道、活塞内腔、连杆油孔等。

  2.2针对曲轴轴颈形态及测量误差问题,采取如下措施

  2.2.1在测量曲轴轴颈对油口处认真测量作为计算油隙的参考。

  2.2.2对产生形状误差的曲轴如程度轻微,用油石打磨,并用布带擦干净;如程度严重则进行等级修。

  2.2.3曲轴在抛光和存放时,应避免因支撑不当而引起的挠性变形,吊装时注意不擦伤曲轴轴颈表面。

  2.3针对曲轴弯曲或曲轴跳动量过大问题,采取如下措施

  2.3.1按照大修规程认真检测曲轴跳动量,各主轴颈对1,5,9位主轴颈公共轴线的径向圆跳动为0.15mm;相邻两轴颈径向圆跳动差为0.05mm。认真确定曲轴是否弯曲。

  2.3.2认真掌握油隙标准,在选配主轴瓦时,瓦与轴的间隙按照0.25mm左右掌握,第五位主轴间隙应比其他位大0.01~0.02mm;在选配连杆瓦时,瓦与轴的间隙按照0.21~0.23mm掌握。

  2.4针对瓦背与瓦孔接触不良问题,采取如下措施

  2.4.1在组装主轴瓦和连杆瓦时,认真检查机体体孔椭圆度和连杆大端孔椭圆度。并用红丹粉认真检查瓦背与瓦孔的接触面必须在60%以上。

  2.4.2仔细检查主轴瓦座孔圆度。

  2.5针对组装问题,采取如下措施

  2.5.1紧固主轴承盖时,从第五位开始,依次向两边分别把紧,即5→6→4→7→3→8→2→9→1。

  2.5.2优选螺栓尺寸,保证螺栓在孔中间隙合适。

  2.5.3检查瓦盖,再次确认位置是否正确。

  2.6针对轴瓦材质和尺寸问题,采取如下措施

  2.6.1选用耐磨性、镶入性,抗疲劳性好的轴瓦。

  2.6.2主轴瓦选择合适的合金材料制作。

  2.7针对机体变形等导致主轴承孔形位公差控制不良采取如下措施

  2.7.1配备必要的锉修设备,以减小主轴承孔形位公差。提高检验手段,杜绝手工修复。选配轴瓦厚度,使油润间隙在各部位达到一致。防止轴瓦松动。配置轴瓦紧余量的检测装置,每片瓦装车前都须复查其紧余量。

  2.7.2提高机体主轴承座孔、曲轴轴颈及轴瓦厚度测量的准确度。为防止因紧固不当造成的座孔失圆或间隙不均,采用柔性把帽系统按规定的拉伸量紧固主轴承螺栓。加强瓦背贴合度的检查。瓦背与座孔表面贴合度明确规定用着色法检验,接触面须不少于60%,并不得有接触硬点,同时规定0.03nnn塞尺不准塞入。

  2.8柴油机连杆的不平行度、扭曲度超限的预防措施。

  2.8.1严格控制连杆上机合格率。对新、旧连杆一律要求测量其不平行度及扭曲度。

  2.9针对机油运用不当采取的措施

  2.9.1选用合适的机油,合理选择粘度。达到到报废标准应及时更换。柴油机启动时,机油和冷却水的温度不得低于规定温度,为轴瓦油膜的建立创造条件。初次启动前应先关闭燃油开关,用启动机带动发动机空转几次,当发动机油压表有显示后再打开燃油开关,并将油门置于中低速位,启动发动机进行运转观察;怠速运转时间不能超过5min;做好新机及大修后发动机磨合期的磨合运转,禁止长时间在负荷猛增猛减以及高速状态下工作;发动机结束长时间全负荷工作后,不能马上停机,必须让发动机以空载中低速运转15min后才能停机,以利散热。严格控制机车启机温度,增加启机供油时间。最大可能地减少柴油机启机时的半干摩擦运转。

  3、结论

  通过采取以上措施,大修后的机车柴油机曲轴碾瓦故障率明显减低,机车检修质量有了明显的提高。

来源:《中国科技博览》2017年6期