CAT-C9 柴油機(jī)部件磨損原因分析及預(yù)防措施

張 河

（大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司生產(chǎn)準(zhǔn)備大隊(duì)，黑龍江大慶 163111）

1 CAT-C9 柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)工作原理

CAT-C9 柴油機(jī)氣門開啟和關(guān)閉采用了凸輪軸+隨動(dòng)柱+氣門挺桿+氣門橫橋的結(jié)構(gòu)形式，以凸輪軸凸輪驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)柱上下運(yùn)動(dòng)，隨動(dòng)柱帶動(dòng)氣門挺桿向上運(yùn)動(dòng)，挺桿頂動(dòng)氣門搖臂來回?cái)[動(dòng)，搖臂通過氣門橫橋下壓氣門使其開啟，最后實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)進(jìn)氣和排氣。隨動(dòng)柱與凸輪軸接觸位置采用了滾輪結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦，使摩擦阻力降到最低。為了防止隨動(dòng)柱發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使底部輪由滾動(dòng)摩擦變成滑動(dòng)摩擦，導(dǎo)致凸輪、滾輪、隨動(dòng)柱體和機(jī)體導(dǎo)向孔發(fā)生異常磨損，隨動(dòng)柱與機(jī)體導(dǎo)向孔間采用了彈簧定位掛鉤+導(dǎo)向槽的定位形式。CAT-C9 柴油機(jī)在使用過程中出現(xiàn)了定位柱掛鉤斷裂，隨動(dòng)柱產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致凸輪軸和隨動(dòng)柱磨損報(bào)廢，甚至機(jī)體隨動(dòng)柱導(dǎo)向孔磨損超標(biāo)情況。

2 故障現(xiàn)象

（1）隨動(dòng)柱和凸輪軸磨損故障初期，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)無規(guī)律的、響亮的“啪啪”金屬敲擊聲，之后響聲逐漸變?nèi)?，排煙顏色逐漸變濃；故障后期響聲消失，柴油機(jī)排煙更濃，存在明顯的不連續(xù)性，且輸出功率下降。若2～3 個(gè)缸的隨動(dòng)柱滾輪出現(xiàn)損壞，柴油機(jī)在負(fù)荷狀態(tài)下將排出較濃的白煙。

（2）隨動(dòng)柱定位掛鉤斷裂后（圖1），失去定位的隨動(dòng)柱發(fā)生90°左右的旋轉(zhuǎn)，此時(shí)隨動(dòng)柱滾輪與凸輪間的轉(zhuǎn)動(dòng)模式由滾動(dòng)摩擦（圖2）變成了滑動(dòng)摩擦（圖3），“啪啪”響聲就來自兩者間的異常轉(zhuǎn)動(dòng)敲擊，磨損急劇加大。

圖1 隨動(dòng)柱掛鉤斷裂

圖2 滾動(dòng)摩擦

圖3 滑動(dòng)摩擦

3 原因分析

（1）隨動(dòng)柱軸線與滾輪軸軸線垂直度偏差過大，機(jī)體隨動(dòng)柱孔軸線與凸輪軸軸線垂直度偏差過大，凸輪摩擦面加工尺寸偏差過大，以上幾種尺寸偏差均會(huì)導(dǎo)致滾輪與凸輪間的接觸由線性接觸變成點(diǎn)狀接觸。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，使隨動(dòng)柱產(chǎn)生嚴(yán)重的偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)，此時(shí)隨動(dòng)柱對(duì)掛鉤施加了較大的擠壓力，導(dǎo)致定位槽磨、掛鉤磨損或疲勞斷裂。

（2）隨動(dòng)柱孔與凸輪軸軸承孔垂直度偏差超標(biāo)，把隨動(dòng)柱滾輪與凸輪軸凸輪間的接觸由線性接觸變成點(diǎn)狀接觸，改變滾輪受力方向，產(chǎn)生向前或向后分力，使隨動(dòng)柱出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，對(duì)定位掛鉤產(chǎn)生很大的側(cè)向擠壓力，導(dǎo)致掛鉤發(fā)生非彈性變形，甚至疲勞斷裂。掛鉤斷裂將使隨動(dòng)柱失去橫向旋轉(zhuǎn)控制，當(dāng)隨動(dòng)柱旋轉(zhuǎn)90°后，滾輪與凸輪間的運(yùn)動(dòng)就變成了滑動(dòng)狀態(tài)，將導(dǎo)致兩者嚴(yán)重磨損，如圖4 和圖5 所示。

（3）使用不合格的機(jī)油濾清器，不能將大顆粒雜質(zhì)有效濾除，極易堵塞隨動(dòng)柱滾輪軸的細(xì)小油道（圖6），導(dǎo)致隨動(dòng)柱滾輪與滾輪軸潤(rùn)滑不良，甚至“燒死”。這樣，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，隨動(dòng)柱就產(chǎn)生了前后擺動(dòng)力，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，對(duì)掛鉤產(chǎn)生很大的側(cè)向擠壓力，導(dǎo)致其疲勞變形，甚至斷裂。

（4）隨動(dòng)柱導(dǎo)向槽表面硬度不夠，高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，掛鉤與導(dǎo)向槽之間的摩擦使導(dǎo)向槽快速磨損（圖7），使它們之間的配合間隙變大、超標(biāo)（圖8）。進(jìn)而，隨動(dòng)柱擺動(dòng)范圍變大，使掛鉤承受異常沖擊力，當(dāng)沖擊力大到一定程度時(shí)，掛鉤就會(huì)斷裂。掛鉤斷裂后，隨動(dòng)柱會(huì)旋轉(zhuǎn)90°，凸輪“桃尖”極易被啃磨出凹槽（圖9）。

圖4 磨損的隨動(dòng)柱滾輪

圖5 磨損的凸輪

圖6 滾輪銷軸

圖7 導(dǎo)向槽異常磨損

圖8 導(dǎo)向槽間隙過大

圖9 凸輪桃尖被啃磨出凹槽

（5）掛鉤原始強(qiáng)度不足，耐疲勞性差，在運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后發(fā)生疲勞斷裂。

（6）隨動(dòng)柱掛鉤初始安裝未壓緊到位，在隨動(dòng)柱上下快速滑動(dòng)過程中，掛鉤發(fā)生重復(fù)性的拉、壓，最后導(dǎo)致其疲勞斷裂。

（7）長(zhǎng)時(shí)間未調(diào)整氣門間隙。由于搖臂與搖臂軸、搖臂觸頭與氣門橫橋以及搖臂觸頭與挺桿間的異常磨損，導(dǎo)致氣門間隙過大，都會(huì)使隨動(dòng)柱滑動(dòng)范圍發(fā)生變化，最后，隨動(dòng)柱掛鉤承受重復(fù)性的彎曲力，甚至出現(xiàn)疲勞斷裂。

（8）在低溫環(huán)境下，柴油機(jī)未進(jìn)行充分預(yù)熱就直接啟動(dòng)，并且未經(jīng)過充分的怠速預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)直接拉高速，導(dǎo)致滾輪與凸輪間潤(rùn)滑不良摩擦力過大，在凸輪“桃尖”推力作用下，隨動(dòng)柱發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使定位掛鉤被扭斷。

4 處理方法

（1）當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)不連續(xù)或間斷的、響亮的“啪啪”金屬敲擊聲時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)，拆開機(jī)頭蓋仔細(xì)觀察各氣缸隨動(dòng)柱掛鉤是否斷裂，隨動(dòng)柱是否異常旋轉(zhuǎn)。如果隨動(dòng)柱掛鉤斷裂，應(yīng)拆卸缸蓋取出隨動(dòng)柱，仔細(xì)觀察凸輪和隨動(dòng)柱滾輪表面是否有異常磨損痕跡（圖4 和圖5），并用深度表測(cè)量凸輪“桃尖”的尺寸，確認(rèn)磨損程度，決定是否更換凸輪軸。

（2）在拆檢過程中，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①如果只是隨動(dòng)柱定位掛鉤斷裂，凸輪表面磨損并未超標(biāo)，且磨損面比較光滑，可以只更換隨動(dòng)柱；②檢查隨動(dòng)柱滾輪軸油道情況（圖6），如果油道孔堵塞，應(yīng)檢查潤(rùn)滑油是否存在氧化變質(zhì)或過臟情況；③解體機(jī)油濾清器是否存在破損情況。如果潤(rùn)滑油氧化變質(zhì)，應(yīng)檢查潤(rùn)滑油更換記錄，確認(rèn)操作人員是否按時(shí)更換了潤(rùn)滑油和機(jī)油濾清器，必要時(shí)對(duì)油品質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)濾清器是否為合格配件。

（3）隨動(dòng)柱滾輪軸線與隨動(dòng)柱軸線垂直度或其他部件原廠加工尺寸偏差過大，應(yīng)與生產(chǎn)廠家聯(lián)系，進(jìn)行檢測(cè)鑒定。

5 預(yù)防措施

（1）在安裝新的隨動(dòng)柱前，應(yīng)卡尺測(cè)量定位掛鉤的實(shí)際厚度是否符合使用標(biāo)準(zhǔn)，避免因使用劣質(zhì)配件，再次發(fā)生同類故障，原則上應(yīng)更換全部隨動(dòng)柱（原廠最新設(shè)計(jì)為加強(qiáng)型）。

（2）初始安裝隨動(dòng)柱掛鉤時(shí)，要將掛鉤和隨動(dòng)柱壓緊到位，防止因隨動(dòng)柱在快速上下滑動(dòng)過程中對(duì)掛鉤產(chǎn)生重復(fù)性的拉、壓力，進(jìn)而發(fā)生疲勞性斷裂。

（3）在安裝新的隨動(dòng)柱前，要用內(nèi)徑百分表檢查機(jī)體隨動(dòng)柱孔的橢圓度是否超標(biāo)，若超標(biāo)必須進(jìn)行修復(fù)，以免發(fā)生隨動(dòng)柱滑動(dòng)過程中的過量擺動(dòng)，使定位掛鉤反復(fù)彎扭受力，最后發(fā)生疲勞斷裂。

（4）使用產(chǎn)品質(zhì)量好的機(jī)油濾清器，確保潤(rùn)滑油得到有效過濾，防止雜質(zhì)堵塞滾輪油道孔。

（5）在更換新批次機(jī)油濾清器前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行濾前和濾后壓差測(cè)試，以免存在壓差過小，過濾效果不好情況或壓差過大，導(dǎo)致機(jī)體主油道潤(rùn)滑油壓力不足情況。

（6）解體檢查該新批次機(jī)油濾清器，確認(rèn)濾紙褶皺是否有固定措施，以免在使用過程中出現(xiàn)褶皺堆積或?yàn)V紙破損情況。

（7）在柴油機(jī)更換潤(rùn)滑油時(shí)，必須按照標(biāo)準(zhǔn)要求加注，防止大顆粒雜質(zhì)堵塞各部細(xì)小油道孔。

（8）按照使用說明要求對(duì)柴油機(jī)氣門間隙進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)，每半年或運(yùn)行1500 h 進(jìn)行一次檢查，每年或運(yùn)行3000 h 進(jìn)行一次校驗(yàn)，防止因氣門間隙過大引起隨動(dòng)柱滑動(dòng)行程增加，導(dǎo)致掛鉤反復(fù)拉、壓受力而疲勞斷裂。

（9）冬季施工過程中，啟動(dòng)柴油機(jī)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行充分預(yù)熱。另外，開始中、高速及負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)前，也要進(jìn)行充分的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 結(jié)束語

通過對(duì)CAT-C9 柴油機(jī)進(jìn)、排氣控制機(jī)構(gòu)中的隨動(dòng)柱和凸輪故障現(xiàn)象、原因進(jìn)行了深入剖析，給出了處理方法和預(yù)防措施，希望能對(duì)設(shè)備管理人員和操作人員提供維護(hù)修理經(jīng)驗(yàn)，從而減少設(shè)備磨損，延長(zhǎng)使用壽命，達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本、提高施工效率的目的。