探析机车用柴油机碾瓦的原因及预防

1 柴油机碾瓦给修理带来的麻烦

柴油机碾瓦, 又称烧瓦。柴油机一旦发生碾瓦故障, 为确保机车的安全运行, 须及时进行检修及更换。首先, 轻者需要在机车上更换轴瓦, 工作量及工作难度较大, 且产品质量也得不到相应的保证, 严重时还需将柴油机吊下车进行修理, 返工量就非常大, 修理周期长。其次, 柴油机发生碾瓦后, 如果不能及时发现并更换, 还会导致曲轴拉伤和过热变色而报废。更为甚者, 如机车在运行中发生碾瓦, 还会造成机破, 不仅给生产企业带来较大的经济损失和名誉损失, 也直接影响铁路运输的畅通和安全。为此, 本人认为有必要对可能造成柴油机碾瓦的主要因素逐条查找分析, 通过对多台车的故障现状进行比对分析, 制定了预防柴油机碾瓦的一系列预防及整改措施。

2 柴油机碾瓦理论分析

2.1 柴油机碾瓦的过程

柴油机碾瓦以曲轴碾瓦为主, 其定性为过载性碾瓦, 若曲轴主轴颈与连杆颈所受的载荷大大超过轴承油膜的承载能力, 则使承载油膜失效, 致使轴颈表面与轴瓦表面逐渐接触, 产生半干摩擦和干摩擦, 摩擦因数增大, 轴承内部摩擦热急剧上升, 轴承的摩擦状态进一步恶化, 最终导致承载油膜完全被破坏而失去承载能力, 轴颈表面与轴瓦表面大面积直接接触, 干摩擦加剧, 轴瓦的合金层被高温全部熔化, 这就是柴油机碾瓦故障发生的过程。

2.2 曲轴碾瓦的过程

首先从柴油机主轴承的结构来分析, 柴油机主轴承为开合式滑动轴承, 由上下两块半圆形金属瓦组成, 润滑方式为压力润滑。加上主轴瓦的工作状况, 对柴油机的可靠性来说起着至关重要的作用。两者的工作寿命直接决定柴油机的修理期限。

柴油机曲轴工作时, 轴颈是在比它大的一个轴承孔内旋转的, 间隙中充满了压力润滑油, 润滑油被旋转的轴颈带入一逐渐变窄的缝隙中, 引起油压的上升。在轴向, 压力的峰值处于轴承的中心, 轴颈两端则被压力降低的油液所包围, 油液作用于曲轴的力与曲轴主轴颈所受的外加载荷互相平衡。当给定载荷的大小、方向和转速都是恒定时, 曲轴中心处于主轴承孔中心, 偏移了一个偏心距的固定位置。由全部偏心量所造成的在轴承孔和轴承表面之间的最小距离, 称之为“最小油膜厚度”。当运转参数发生变化时, 轴心位置沿着半圆移动。在高速轻载工况下, 轴心固定于轴承孔中心, 而在低速轻载工况下, 轴心则大大偏离轴承孔中心。在柴油机工作时, 如果由于某种原因使油膜的最小厚度小于零件表面的微观不平度, 则油膜将被破坏而失去承载能力, 使轴颈和轴瓦表面直接接触, 进入半干摩擦和干摩擦状态, 如果在这种状态下运转, 就会导致轴瓦很快磨损和发热, 造成曲轴碾瓦。

3 柴油机碾瓦的原因分析

通过以上对柴油机碾瓦的定性分析, 本人结合生产现场, 对多台返修机车进行实地检测, 从加工质量、装配工艺、润滑条件及使用等多方面, 寻找引起柴油机碾瓦的种种因素, 归纳如下。

(1) 主轴瓦或连杆瓦本身的质量达不到设计要求。

(1) 上、下瓦两端接合处作削薄处理时, 粗糙度没有达到图纸要求。

(2) 金属表层抗咬口强度低, 造成轴瓦的穴蚀、脱壳、剥离等。

(2) 曲轴主轴颈的跳动量过大, 或主轴颈、连杆颈的表面粗糙度达不到要求, 造成轴颈与轴瓦接触不匀或单边接触, 不能够形成良好的承载油膜。

(3) 连杆检修不良。

(1) 连杆大头孔径超限。

(2) 连杆瓦的紧余量偏大或偏小。

(3) 轴瓦瓦背与连杆大头孔接触面不好。

(4) 机体的同轴度或阶梯度不良。

柴油机机体使用后, 易发生变形, 导致主轴承孔的同轴度、阶梯度发生变化, 使得轴瓦与轴承孔的接触不均匀, 承载不匀, 散热不良, 轴瓦局部过载。

(5) 组装质量差。

(1) 受力瓦定位肖孔变形顶住瓦背, 形成局部过载。

(2) 主轴承螺母拉伸量偏大或偏小, 造成主轴承圆度变形或螺母松动。

(3) 曲轴轴向偏大或偏小, 哈夫面接触不好。

(4) 连杆大头定位套松动。

(6) 相关零部件、管路的清洁度差。

(1) 如机体在经过镗修后, 残留在油道内的铁屑没有清理干净。

(2) 曲轴、连杆等油腔的加工飞边毛刺。

(3) 由于机油管路系统零部件的清洁度差, 而导致杂质、垃圾随机油的流动而进入轴承内部, 从而嵌入轴瓦表面, 如氧化皮、焊渣等杂物。

(7) 滑油粗滤器质量差, 滑油粗滤器的钢网强度差, 机车运用一段时间后, 发生开裂, 使柴油机的滑油得不到充分过滤, 杂质进入轴承造成碾瓦。如DF8B-0028#机车在运行10万km左右, 发生主轴瓦第七位碾瓦, 经检查发现滑油粗滤器钢网已开裂, 更换第七位主轴瓦, 更换滑油粗滤器滤芯, 直至架修, 没有发生此类故障。

(8) 滑油压力过低或缺油, 油道堵塞, 不能形成良好的进油和出油, 导致润滑或散热不良, 造成碾瓦。

(9) 油温、水温达不到要求时, 柴油机升速或加载过快。

(10) 主发电机不平衡量过大, 造成柴油机后端的摆幅过大, 振动加剧。

(11) 柴油机发生飞车、超载, 曲轴的线速度超出设计允许造成碾瓦。

4 预防柴油机碾瓦的措施

(1) 严格工艺纪律, 加强员工责任心的教育活动, 制定曲轴组装规范操作法, 活塞连杆组组装规范操作法。

(2) 严格控制各零部件的清洁度, 加强对油道、油腔、机油管路的清洗吹扫, 对曲轴、凸轮轴油口进行防尘包扎, 对各机油进口、出口进行封口处理, 派专人检查清洁度, 如机体油道, 曲轴油道, 活塞连杆组油道等, 在柴油机总组装时, 各零部件上架, 不许落地。

(3) 严格控制机体检修工序, 对机体主轴承孔的圆柱度、圆度和各孔的阶梯度, 阶梯度严格控制, 实际油隙与理论油隙相比不允许误差较大, 否则重新配瓦。

(4) 严格控制曲轴、连杆检修工序, 加强主轴颈、连杆颈粗糙度的测量, 严格控制连杆瓦的紧余量, 连杆瓦与连杆大头孔涂色检查, 保证贴合良好。

(5) 定期对台架试验用滑油检查分析, 对结果不合格的滑油立即更换, 定期更换滑油粗滤器滤芯。

5 结语

在产品生产过程中, 发生质量问题是难以避免的, 关键是要能找出问题产生的根本原因, 继而从根源上去寻找解决这一问题的有效措施, 然后进行必要的工艺试验, 验证措施的可靠性, 最后将可靠性措施付诸实际生产应用。实践证明:通过以上整改措施的实施, 本文主题柴油机碾瓦现象的发生得到了有效的控制。

摘要：针对机车用柴油机工作中存在的碾瓦现象进行分析:基于碾瓦现象给修理带来的麻烦, 有必要究其产生原因, 提出相应的预防及整改措施, 实践证明经过一系列相应的有效措施, 这一碾瓦现象可以得到很大的改善

关键词：柴油机碾瓦,原因,预防及整改

参考文献

[1] 柴油机工作原理[M].长沙铁道学院出版社.

[2] 机械制造工艺学[M].机械工业出版社.

[3] 机车车辆工艺研究[M].中国南车戚机厂出版.