蔡 兵

(中車資陽機(jī)車有限公司國內(nèi)市場部 四川 資陽 641301)

0 概述

曲軸是柴油機(jī)最核心的運動部件之一?；钊耐鶑?fù)運動，通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，輸出柴油機(jī)的功率，并直接或間接地驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)、噴油泵、機(jī)油泵、水泵等部件。曲軸工作時，在承受周期性變化的燃?xì)鈮毫?、慣性力和外力矩的作用下，使其既彎曲，又扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生交變的疲勞應(yīng)力?？傊?，曲軸工作時受力較大且非常復(fù)雜，所以柴油機(jī)的日常維保非常重要，一旦檢修不當(dāng)將造成曲軸碾瓦甚至斷裂的嚴(yán)重質(zhì)量故障。

造成柴油機(jī)曲軸碾瓦的原因很多且較為復(fù)雜，下面對一起曲軸碾瓦故障進(jìn)行深入分析，并提出糾正預(yù)防措施。

1 故障描述及處理過程

1.1 故障現(xiàn)象

國內(nèi)某段一臺DF8B型機(jī)車于2020年2月重載牽引過程中突然發(fā)生強(qiáng)烈振動，同時柴油機(jī)發(fā)出異音，司機(jī)馬上回手柄降功并卸載。為保證機(jī)車空壓機(jī)正常工作打風(fēng)，柴油機(jī)在410 r/min的怠速下持續(xù)運轉(zhuǎn)了10 min后到達(dá)鄰近車站 ，柴油機(jī)停機(jī)。柴油機(jī)停機(jī)后未再起機(jī)，機(jī)車被附掛回段。

1.2 處理過程

機(jī)車回段后，檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)油底殼濾網(wǎng)上有大量金屬碾片及少量塑料碎片等雜物。柴油機(jī)第2缸、第10缸連桿瓦嚴(yán)重碾瓦、相應(yīng)活塞抱缸并脫頂。

對機(jī)車機(jī)油管路的相關(guān)部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)油濾清器濾芯內(nèi)表面存在少許棉紗(見圖1)。

對柴油機(jī)進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)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(yán)重。

圖1 機(jī)油濾芯內(nèi)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(yán)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(xì)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(yán)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(xiàn)均有細(xì)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(xiàn)曲軸油道內(nèi)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(nèi)部油泥等雜物

2 原因分析

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

(1)機(jī)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(jī)的拆解發(fā)現(xiàn)，在柴油機(jī)內(nèi)部機(jī)油油路系統(tǒng)中均存在除金屬碾片以外的其他異物。如機(jī)體內(nèi)各油道、油底殼濾網(wǎng)、吸油口濾網(wǎng)、曲軸內(nèi)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(zhì)的嵌入。在檢查機(jī)車機(jī)油系統(tǒng)時還發(fā)現(xiàn)了機(jī)油濾芯內(nèi)部存在棉紗等異物現(xiàn)象。所有這些現(xiàn)象表明柴油機(jī)機(jī)油清潔度較差，并導(dǎo)致如此嚴(yán)重的碾瓦故障。

(2)柴油機(jī)第2、10缸活塞脫頂是由于連桿瓦發(fā)生嚴(yán)重碾瓦，兩個缸的連桿上、下連桿瓦轉(zhuǎn)動，互換位置并堵塞了經(jīng)連桿到活塞的油道，活塞在得不到潤滑油冷卻的情況下導(dǎo)致拉缸、脫頂。如果是活塞先脫頂損壞，從曲軸經(jīng)連桿到活塞的供油是正常的，那么氣缸內(nèi)部、氣缸蓋進(jìn)排氣道內(nèi)、穩(wěn)壓箱內(nèi)、排氣管內(nèi)等多個部位會有大量的機(jī)油，從拆下的相關(guān)零部件來看并沒有機(jī)油殘留。另外，檢查發(fā)現(xiàn)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(jìn)一步排除碾瓦是由活塞先損壞造成的。

為了進(jìn)一步查找機(jī)油清潔度差的原因，對機(jī)油濾清器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)油濾清器濾芯的安裝存在較大問題。該機(jī)油濾芯未能準(zhǔn)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(jī)油在未經(jīng)過濾后直接進(jìn)入柴油機(jī)。另外，檢查中也發(fā)現(xiàn)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(dāng)，將部分異物帶入到機(jī)油中或機(jī)油本身已被污染。

3 解決措施

(1)開展對其余機(jī)車的質(zhì)量安全隱患排查。分析認(rèn)為機(jī)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(jī)車的排查，排查過程中又發(fā)現(xiàn)了幾臺機(jī)車的機(jī)油濾芯存在安裝不到位的情況，通過及時處理排除了質(zhì)量安全隱患。同時對用戶進(jìn)行培訓(xùn)，指導(dǎo)用戶如何正確檢修機(jī)油濾清器，避免類似問題再次發(fā)生。

(2)對機(jī)油濾芯的安裝定位方式進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。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(dǎo)致未經(jīng)過濾的機(jī)油直接進(jìn)入柴油機(jī)的情況。為了避免維保過程的誤操作，將機(jī)油濾芯的定位方式進(jìn)行了改進(jìn)，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(nèi)壁上增加4個定位塊，保證濾芯安裝過程能準(zhǔn)確入位，不存在檢修維保過程的誤操作，進(jìn)一步提高檢修過程的可靠性。

(3)在柴油機(jī)機(jī)油口處增加過濾網(wǎng)(見圖7)，保證柴油機(jī)在進(jìn)行臺位試驗及機(jī)車運行初期機(jī)油管路中的雜物不會進(jìn)入到柴油機(jī)內(nèi)部。機(jī)車運行一段時間后再去掉該濾網(wǎng)，以保證機(jī)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(zhì)

通過以上改進(jìn)措施，目前現(xiàn)場機(jī)車運行狀態(tài)良好。同時已將本次故障作為典型質(zhì)量案例對服務(wù)人員及用戶進(jìn)行講解，以加強(qiáng)對機(jī)車的日常維保，進(jìn)一步確保機(jī)車的安全運行。

4 結(jié)束語

清潔的機(jī)油是保證柴油機(jī)正常運行的基本條件，所以機(jī)車柴油機(jī)在日常維保過程中應(yīng)規(guī)范操作，保證檢修質(zhì)量。另外，通過部分設(shè)計及工藝改進(jìn)來進(jìn)一步保證維保過程的可靠性，盡可能保證外部雜物不會進(jìn)入柴油機(jī)。經(jīng)過以上改進(jìn)，同時對其余機(jī)車的全面排查，目前各機(jī)車運行良好，未再次發(fā)生類似問題。□