機車柴油機曲軸碾瓦原因分析及改進措施

蔡 兵

(中車資陽機車有限公司國內市場部 四川 資陽 641301)

0 概述

曲軸是柴油機最核心的運動部件之一?；钊耐鶑瓦\動，通過連桿轉變?yōu)榍S的旋轉運動，輸出柴油機的功率，并直接或間接地驅動配氣機構、噴油泵、機油泵、水泵等部件。曲軸工作時，在承受周期性變化的燃氣壓力、慣性力和外力矩的作用下，使其既彎曲，又扭轉，產生交變的疲勞應力?？傊S工作時受力較大且非常復雜，所以柴油機的日常維保非常重要，一旦檢修不當將造成曲軸碾瓦甚至斷裂的嚴重質量故障。

造成柴油機曲軸碾瓦的原因很多且較為復雜，下面對一起曲軸碾瓦故障進行深入分析，并提出糾正預防措施。

1 故障描述及處理過程

1.1 故障現象

國內某段一臺DF8B型機車于2020年2月重載牽引過程中突然發(fā)生強烈振動，同時柴油機發(fā)出異音，司機馬上回手柄降功并卸載。為保證機車空壓機正常工作打風，柴油機在410 r/min的怠速下持續(xù)運轉了10 min后到達鄰近車站 ，柴油機停機。柴油機停機后未再起機，機車被附掛回段。

1.2 處理過程

機車回段后，檢查發(fā)現柴油機油底殼濾網上有大量金屬碾片及少量塑料碎片等雜物。柴油機第2缸、第10缸連桿瓦嚴重碾瓦、相應活塞抱缸并脫頂。

對機車機油管路的相關部件進行檢查，發(fā)現機油濾清器濾芯內表面存在少許棉紗(見圖1)。

對柴油機進行拆檢，發(fā)現柴油機第2、10缸活塞頂、裙已分離，活塞頂與裙連接的4顆緊固螺栓全部斷裂。其中第10缸殘留在活塞頂上的螺栓斷口均已被撞擊破壞(見圖2)，2缸螺栓均存在明顯縮頸(見圖3)。2個缸的活塞環(huán)均已固死，活塞裙部拉傷嚴重。

圖1 機油濾芯內表面 圖2 第10缸活塞頂4顆 有部分棉紗 螺栓斷裂

圖3 第2缸活塞頂斷裂螺栓明顯縮頸

(1)連桿瓦及連桿損傷情況：第2、10缸連桿瓦嚴重碾瓦，并已翻邊，合金層已全部撕脫。其余各缸連桿瓦表面有較多細小顆粒嵌入，軸瓦表面有不同程度的拉傷。

(2)曲軸及主軸瓦損傷情況：曲軸第2連桿頸表面拉傷嚴重，且存在明顯溝槽及凹坑，凹坑面積約20 mm×20 mm，深度約0.5 mm(見圖4)。其余各擋連桿頸都有拉傷。檢查各擋主軸瓦表面發(fā)現均有細小顆粒嵌入，且均有不同程度的拉傷，其中5、6、7、8擋各有一道較深的拉傷溝槽。

(3)曲軸的解體情況：拆除第3、第1曲柄斜油堵，發(fā)現曲軸油道內有較多的油泥等雜物(見圖5)。

圖4 曲軸第2連桿頸表 圖5 曲軸第3曲柄斜油道 面的溝槽及凹坑 內部油泥等雜物

2 原因分析

通常情況下，柴油機的碾瓦及造成相關零部件損壞的主要原因有零部件本身質量問題、機油油量不足、機油清潔度較差及裝配等方面的問題，結合以上的拆檢情況分析，造成本次柴油機碾瓦的原因如下：

(1)機油清潔度差是造成本次碾瓦故障的直接原因。通過對柴油機的拆解發(fā)現，在柴油機內部機油油路系統中均存在除金屬碾片以外的其他異物。如機體內各油道、油底殼濾網、吸油口濾網、曲軸內部等。另外，連桿瓦及主軸瓦均有拉傷的痕跡，部分軸瓦表面還有顆粒狀物質的嵌入。在檢查機車機油系統時還發(fā)現了機油濾芯內部存在棉紗等異物現象。所有這些現象表明柴油機機油清潔度較差，并導致如此嚴重的碾瓦故障。

(2)柴油機第2、10缸活塞脫頂是由于連桿瓦發(fā)生嚴重碾瓦，兩個缸的連桿上、下連桿瓦轉動，互換位置并堵塞了經連桿到活塞的油道，活塞在得不到潤滑油冷卻的情況下導致拉缸、脫頂。如果是活塞先脫頂損壞，從曲軸經連桿到活塞的供油是正常的，那么氣缸內部、氣缸蓋進排氣道內、穩(wěn)壓箱內、排氣管內等多個部位會有大量的機油，從拆下的相關零部件來看并沒有機油殘留。另外，檢查發(fā)現其余14個缸活塞頂裙連接螺栓呈緊固狀態(tài)，螺母沒有松動的情況，緊固正常，因此可以更進一步排除碾瓦是由活塞先損壞造成的。

為了進一步查找機油清潔度差的原因，對機油濾清器內部結構進行了仔細檢查，發(fā)現該機油濾清器濾芯的安裝存在較大問題。該機油濾芯未能準確定位安裝，濾芯底部被壓在三個定位銷上面，并造成濾芯底面及密封膠圈的損壞(見圖6)，機油在未經過濾后直接進入柴油機。另外，檢查中也發(fā)現了部分棉紗、塑料等雜物，說明維保過程不規(guī)范或維保不當，將部分異物帶入到機油中或機油本身已被污染。

3 解決措施

(1)開展對其余機車的質量安全隱患排查。分析認為機油濾清器可能普遍存在檢修不到位的問題。為此組織了對其余機車的排查，排查過程中又發(fā)現了幾臺機車的機油濾芯存在安裝不到位的情況，通過及時處理排除了質量安全隱患。同時對用戶進行培訓，指導用戶如何正確檢修機油濾清器，避免類似問題再次發(fā)生。

(2)對機油濾芯的安裝定位方式進行設計改進。由于濾芯的定位銷較短，在安裝濾芯過程中很容易誤將濾芯底部壓在定位銷上面，從而導致未經過濾的機油直接進入柴油機的情況。為了避免維保過程的誤操作，將機油濾芯的定位方式進行了改進，取消目前的3個定位銷，將定位方式改為外圓定位，在筒體的內壁上增加4個定位塊，保證濾芯安裝過程能準確入位，不存在檢修維保過程的誤操作，進一步提高檢修過程的可靠性。

(3)在柴油機機油口處增加過濾網(見圖7)，保證柴油機在進行臺位試驗及機車運行初期機油管路中的雜物不會進入到柴油機內部。機車運行一段時間后再去掉該濾網，以保證機油壓力不受影響。

圖6 濾芯密封膠圈損壞 圖7 管路中被攔截的雜質

通過以上改進措施，目前現場機車運行狀態(tài)良好。同時已將本次故障作為典型質量案例對服務人員及用戶進行講解，以加強對機車的日常維保，進一步確保機車的安全運行。

4 結束語

清潔的機油是保證柴油機正常運行的基本條件，所以機車柴油機在日常維保過程中應規(guī)范操作，保證檢修質量。另外，通過部分設計及工藝改進來進一步保證維保過程的可靠性，盡可能保證外部雜物不會進入柴油機。經過以上改進，同時對其余機車的全面排查，目前各機車運行良好，未再次發(fā)生類似問題?！?/p>