技術(shù)維修與康明斯知識(shí)

康明斯連桿軸瓦燒損、螺栓折斷及變形的原因和預(yù)防措施

 

摘要：柴油機(jī)連桿組件是柴油機(jī)的重要部件之一，它連接活塞與曲軸，起著傳遞活塞力和轉(zhuǎn)換直線運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用。連桿組件的故障會(huì)直接影響柴油機(jī)的工作性能和壽命。康明斯公司對(duì)柴油發(fā)電機(jī)連桿組件常見(jiàn)的連桿軸瓦燒損、連桿螺栓折斷、連桿變形故障進(jìn)行了分析，指出了柴油機(jī)連桿組故障產(chǎn)生的原因，提醒康明斯用戶和經(jīng)銷(xiāo)商使用中注意預(yù)防以及處理方法。

一、軸瓦燒損的原因和預(yù)防措施

 

1、連桿軸瓦燒損現(xiàn)象

      康明斯連桿軸瓦燒損表現(xiàn)如圖1所示，其原因通常是由于機(jī)油溫度過(guò)高（超過(guò)水溫），機(jī)油壓力過(guò)低，柴油機(jī)工作吃力，功率下降，冒黑煙甚至自行熄火;稍停后，搖不動(dòng)曲軸，有時(shí)雖能搖動(dòng)，但有異常響聲;油底殼內(nèi)機(jī)油中有金屬粉屑。

2、連桿軸瓦燒損原因

      主要是由機(jī)油供應(yīng)不足，在柴油機(jī)軸頸和軸瓦之間不能形成油膜，使之處于半干摩擦或干摩擦狀態(tài)，溫度急劇增高，使軸瓦合金熔解而相互咬死。機(jī)油不足的原因有：機(jī)油量少，機(jī)油道或?yàn)V網(wǎng)、過(guò)濾器堵塞，油壓過(guò)低;軸承間隙過(guò)小或過(guò)大;機(jī)油品質(zhì)不符合要求，例如機(jī)油過(guò)稀，黏度低，油中含雜質(zhì);柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作，轉(zhuǎn)速低，軸瓦壓力增加，機(jī)油供給量減少，軸頸和軸瓦磨損不均勻，軸向形成錐度和徑向形成橢圓，或軸頸偏磨，使軸瓦負(fù)荷不均勻;此外，低溫時(shí)冷機(jī)啟動(dòng)后，不經(jīng)低速預(yù)溫，立即加大油門(mén)使曲軸轉(zhuǎn)速迅速上升軸頸與軸瓦接觸面積小，且接觸點(diǎn)分布不均勻。

3、松緊度（軸瓦與軸頸的徑向間隙）的檢查

（1）測(cè)量法

      將裝、刮配好軸瓦的連桿夾穩(wěn)在虎鉗上，且按規(guī)定力矩上好連桿螺釘，用量缸表配合外徑千分尺測(cè)量出瓦孔直徑。瓦孔直徑一軸頸直徑=徑向間隙。其中要考慮失圓度在內(nèi)，而各機(jī)型軸瓦與軸頸的徑向間隙均有具體規(guī)定。

（2）鉛絲法/銅皮法

① 鉛絲法：在軸承與軸頸間放一直徑為軸承標(biāo)準(zhǔn)間隙約2倍的鉛絲，按規(guī)定力矩旋緊軸承蓋后，再取出鉛絲，用千分尺測(cè)量其厚度即為軸瓦與軸頸的徑向間隙。

② 銅皮法：用長(zhǎng)約30mm，寬約10mm，厚度與標(biāo)準(zhǔn)間隙相同（取最小值）的銅皮（四周角應(yīng)做成圓口，使用時(shí)應(yīng)涂上一薄層機(jī)油）放于軸承和軸頸間，按照規(guī)定扭力旋緊軸承蓋螺栓。用手扳動(dòng)曲軸或飛輪，若扳不動(dòng)，表示軸瓦與軸頸的徑向間隙過(guò)??；若感覺(jué)有阻力不能輕易扳動(dòng)，但取出銅片后又能以輕微力量即可轉(zhuǎn)動(dòng)，即表示合適；若無(wú)阻力或轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)松，即表示軸瓦與軸頸的徑向間隙過(guò)大。如果間隙過(guò)大或過(guò)小，可以用增減墊片的方法加以調(diào)整。

（3）經(jīng)驗(yàn)檢查法

      其方法是:在軸瓦上涂一薄層機(jī)油，然后裝在軸頸上，按規(guī)定力矩?cái)Q緊連桿螺栓，用手使勁甩動(dòng)連桿，如圖2所示，如軸瓦合金為巴氏合金即鎳基合金，可依靠連桿本身的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)1/2~1圈；若軸瓦合金為銅鉛合金（俗稱(chēng)銅瓦），能轉(zhuǎn)動(dòng)1-2圈；若軸瓦合金為鋁基合金（俗稱(chēng)鋁瓦），能轉(zhuǎn)動(dòng)2-3圈，同時(shí)再握住連桿小端，沿曲軸軸線方向撥動(dòng)，應(yīng)沒(méi)有松曠感覺(jué)即為合適。

3、連桿軸瓦燒損預(yù)防和排除方法

      在啟動(dòng)柴油機(jī)前，應(yīng)檢查機(jī)油油位，使其保持在規(guī)定的油面，經(jīng)常檢查機(jī)油的清潔度和品質(zhì)，按季節(jié)換油。工作中當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)油壓力過(guò)低或機(jī)油壓力指示器浮子未升起，應(yīng)立即熄火排除。在冷機(jī)啟動(dòng)前，先用手搖轉(zhuǎn)曲軸數(shù)圈，待軸承等摩擦表面形成油膜后再啟動(dòng)柴油機(jī)。啟動(dòng)后先低速，再中速進(jìn)行預(yù)溫，切忌啟動(dòng)后立即大油門(mén)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。換新瓦后，軸頸與軸瓦的接觸面積應(yīng)超過(guò)全面積的75%，否則應(yīng)進(jìn)一步研磨，使軸頸與軸瓦密切接觸。

 

圖1 連桿軸瓦燒損嚴(yán)重實(shí)圖

圖2  柴油機(jī)軸瓦間隙檢查

二、連桿螺栓折斷原因和預(yù)防措施

 

      連桿螺栓折斷可導(dǎo)致重大的機(jī)械事故，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和果斷處置，極易引起搗缸、燒瓦事故。使用中，如出現(xiàn)柴油機(jī)工作不平穩(wěn)，聲音異常，單缸不著火且冒黑煙，應(yīng)立即停車(chē)檢查。一駕駛員在啟動(dòng)拖拉機(jī)后猛加油門(mén)，柴油發(fā)電機(jī)連桿螺栓突然斷裂，引起缸體破裂，曲軸、活塞等機(jī)件損壞，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

1、連桿螺栓裂紋或折斷的原因

（1）安裝時(shí)扭緊力矩太大，超過(guò)材料強(qiáng)度而產(chǎn)生裂紋。

（2）安裝不當(dāng)，扭緊力矩不夠，或一松一緊，工作中因沖擊而松動(dòng)，螺栓受沖擊造成疲勞損傷。

（3）柴油發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷，發(fā)生飛車(chē)，發(fā)生燒瓦，機(jī)體溫度過(guò)高，易使螺栓發(fā)生裂紋或折斷。

（4）連桿螺栓與安裝孔配合間隙過(guò)大。

（5）制造質(zhì)量不好，熱處理不當(dāng)，強(qiáng)度不足。

（6）安裝不正確，螺栓頭與貼合面不平，使其受較大的彎曲力矩，產(chǎn)生裂紋。

（7）曲軸連桿軸頸與軸瓦配合間隙過(guò)大，沖擊載荷增加，引起螺栓損壞。

（8）連桿彎曲使連桿螺栓受力不均勻而損傷。

2、連桿螺栓裂紋或折斷的預(yù)防措施

（1）由于柴油機(jī)活塞承受的力是通過(guò)連桿傳遞給曲軸的，并使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而連桿與曲軸是通過(guò)螺栓，將連桿體、曲軸及連桿蓋連接在一起的。工作時(shí)，由于連桿螺栓承受著氣體壓力和慣性力所產(chǎn)生的沖擊性拉壓交變載荷的作用，會(huì)發(fā)生拉長(zhǎng)、裂紋和滑扣等損傷，所以要求連桿螺栓本身要有足夠的強(qiáng)度和較高的加工精度。因此，更換連桿螺栓時(shí)，要嚴(yán)格選配高強(qiáng)度的螺栓，絕不能用其他普通螺栓替代。

（2）連桿安裝示例如圖3所示。安裝時(shí)應(yīng)注意按規(guī)定扭矩?cái)Q緊螺母，不可把螺母擰得過(guò)緊，使螺栓受力過(guò)大而伸長(zhǎng)，否則，一旦有沖擊時(shí)易發(fā)生折斷;必須分三次均勻?qū)ΨQ(chēng)地?cái)Q緊連桿螺栓（見(jiàn)圖4），在擰緊螺栓時(shí)，不要因?yàn)閿Q得過(guò)頭而又退回到規(guī)定數(shù)值，再退回的螺栓必然松動(dòng)造成搗缸事故。

圖3  柴油機(jī)連桿螺栓安裝示意圖

圖4  如何擰緊連桿螺栓

 

三、連桿變形原因和維修方法

 

      柴油機(jī)連桿工作時(shí)，由于連桿伸長(zhǎng)，擺動(dòng)和受力較大，當(dāng)柴油機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和爆震時(shí)，會(huì)使桿身產(chǎn)生彎曲和扭曲。

1、連桿變形產(chǎn)生原因

（1）使用中的原因

      使用中柴油發(fā)電機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)、低速超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或供油時(shí)間過(guò)早，經(jīng)常轟油門(mén)，易引起連桿變形。即使在正常操作中，連桿因承受強(qiáng)大的壓縮和拉伸作用，也容易產(chǎn)生疲勞變形。

（2）機(jī)械事故

      柴油發(fā)電機(jī)工作中發(fā)生事故，如飛車(chē)、燒瓦抱軸、活塞脹死等故障時(shí)，往往引起連桿變形。

（3）修理和裝配原因

      汽缸套和活塞之間間隙留得過(guò)小，以致活塞受熱后卡死在汽缸套內(nèi)，將連桿拉斷或壓彎。在修理過(guò)程中，如鏜連桿瓦，將連桿夾在虎鉗上擰緊或擰下連桿螺母，也容易造成連桿的變形。安裝時(shí)，活塞銷(xiāo)中心線與曲軸連桿軸頸中心線不平行，連桿易產(chǎn)生疲勞彎曲，甚至斷裂。 

2、連桿檢測(cè)維修方法

      在連桿校正器上進(jìn)行鑒定和修復(fù)。不要用錘擊方法試圖修復(fù)。無(wú)連桿校正器時(shí)，可將兩根木棒（要求圓而直，直徑與連桿大小頭孔徑相近）分別裝入連桿大、小頭孔，再測(cè)量它們的尺寸，如果兩木棒互相交叉，則表明連桿扭曲。一般當(dāng)連桿彎曲量或扭曲量大于0.1 mm時(shí)，即應(yīng)校正。

（1）校正時(shí)先校彎曲，如圖5所示。后校扭曲，如圖6所示。

（2）無(wú)連桿校正器時(shí)，也可在臺(tái)虎鉗上校正。

（3）當(dāng)彎扭曲不大時(shí)，可采用冷校。

注意：冷校后應(yīng)將連桿加熱到400～500 ℃，保溫0.5～1 h，再用石棉紙包好放在空氣中冷卻。

（4）對(duì)變形較大的連桿，應(yīng)更換新件或用氣焊進(jìn)行熱校。

（5）連桿大、小頭孔磨損嚴(yán)重時(shí)，一般更換新件。

（6）連桿軸承孔的結(jié)合面有輕微刮痕，可用細(xì)銼銼平，然后再用刮刀刮削到接觸面積達(dá)75%以上為止。

（7）連桿襯套內(nèi)孔磨損后，可采用在襯套內(nèi)涂敷機(jī)油，穿入活塞銷(xiāo)，一手握住連桿，用另一手拇指擺動(dòng)活塞銷(xiāo)的方法檢查。如感覺(jué)銷(xiāo)子和襯套有間隙，應(yīng)換新襯套，或采用手工鉸削后，配加大的活塞銷(xiāo)予以修復(fù)。

 

圖5  連桿扭曲變形檢查

圖6  連桿變形彎曲校正

 

總結(jié)：

      連桿組件常見(jiàn)的故障包括連桿損壞、連桿配重不當(dāng)、連桿連接螺栓過(guò)緊、連桿軸承損壞等，若出現(xiàn)這些現(xiàn)象，請(qǐng)參考本文所述的柴油機(jī)連桿組件常見(jiàn)故障的分析與排除方法。在使用過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決連桿組件的故障，不僅可以確保柴油機(jī)的正常工作，還能延長(zhǎng)其使用壽命。只有做好預(yù)防和維護(hù)工作，才能保證連桿組件的安全可靠。

 

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