柴油機(jī)曲軸檢修之我見(jiàn)

陳銀平

曲軸組合件是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件,其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到柴油機(jī)的質(zhì)量與壽命。曲軸的質(zhì)量狀態(tài)直接決定柴油機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量和安全水平。其檢修周期和運(yùn)行壽命主要決定于柴油機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)和功率發(fā)揮,也決定于柴油機(jī)整體檢修、維護(hù)的水平。

柴油機(jī)曲軸運(yùn)用中造成損壞的因素是多方面的,除曲軸本身可能存在的材質(zhì)不良、形位尺寸超差、加工質(zhì)量未達(dá)標(biāo)、氮化處理不當(dāng)?shù)纫蛩赝?還可能有其他原因,如曲軸組裝沒(méi)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,軸瓦選配不當(dāng),維護(hù)、保養(yǎng)失控等等。這給柴油機(jī)安全運(yùn)行帶來(lái)一定的危害。筆者結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn),在此對(duì)柴油機(jī)曲軸常見(jiàn)的檢修和故障進(jìn)行分析探討。

一、柴油機(jī)曲軸常見(jiàn)故障的分類及原因分析

1.曲軸裂紋問(wèn)題

曲軸是關(guān)鍵部件,解體柴油機(jī)檢修必須進(jìn)行磁粉探傷和著色探傷。曲軸的裂縫主要在軸頸處。一般分為兩類:軸向裂紋和徑向裂紋。

軸向裂紋多是因軸頸的嚴(yán)重磨損或表面嚴(yán)重拉傷所致。通常情況下,這類裂紋線可以經(jīng)過(guò)打磨來(lái)判斷裂紋的深度。較淺的裂紋可以采用打磨的方法消除;較深的裂紋則必須經(jīng)過(guò)磨床磨削才能去除。但是,這種裂紋必須離圓角在6mm以上。裂紋已經(jīng)延伸至圓角處,且裂紋較深時(shí),已沒(méi)有必要進(jìn)行修理。因?yàn)閳A角處應(yīng)力集中最大,且處于危險(xiǎn)斷面位置。

修理時(shí),遇到徑向裂紋應(yīng)特別注意。當(dāng)徑向裂紋離圓角距離在6mm以內(nèi),且裂紋較深的,已不可修理。裂紋較淺的可以根據(jù)曲軸斷面積實(shí)際損失大小再判斷是否可以修復(fù)。

2.主軸頸跳動(dòng)量超差問(wèn)題

運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)某臺(tái)柴油機(jī)的部分軸瓦經(jīng)常出現(xiàn)碾片或燒損,可能是主軸頸跳動(dòng)量超差所致。機(jī)體主軸承孔同軸度超差較嚴(yán)重時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這類問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),曲軸主軸頸跳動(dòng)量超限說(shuō)明曲軸出現(xiàn)比較嚴(yán)重的彎曲變形。其原因可能與選配軸瓦時(shí)沒(méi)有很好地處理各軸頸徑向尺寸差異有關(guān)。

3.曲軸燒蝕及拉傷問(wèn)題

引起曲軸燒蝕的主要原因是曲軸軸頸與軸瓦間未形成有效的潤(rùn)滑油膜,使曲軸軸頸與軸瓦直接磨損所致,也有軸瓦不匹配、加工質(zhì)量未達(dá)標(biāo)以及組裝不良等其他原因。如果柴油機(jī)啟動(dòng)過(guò)程或運(yùn)轉(zhuǎn)階段軸頸部分得不到充分潤(rùn)滑,造成軸頸半干摩擦或干摩擦。軸瓦可能有缺陷或減摩合金層剝離,使軸頸與軸瓦的鋼背直接接觸,導(dǎo)致摩擦異常。軸頸表面加工粗糙,形位公差超差,或曲軸組裝時(shí)軸頸表面沒(méi)有良好清潔,附有灰塵和砂粒,這些情況均會(huì)導(dǎo)致軸頸燒蝕或拉傷。軸頸表面出現(xiàn)拉傷,除上述原因外,還包括軸瓦選用不當(dāng)方面的原因。實(shí)踐表明,軸瓦材質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題是一個(gè)重要的原因。

二、關(guān)于柴油機(jī)曲軸檢修的探討

國(guó)內(nèi)機(jī)車柴油機(jī)的曲軸主要有兩類:鍛鋼軸和球墨鑄鐵軸。球墨鑄鐵曲軸的斷軸率遠(yuǎn)大于鍛鋼曲軸。一般情況下,修復(fù)曲軸主要有以下兩種方式:

1.降等級(jí)修理

當(dāng)曲軸軸頸名義尺寸磨損到小于相應(yīng)等級(jí)的規(guī)定值時(shí),應(yīng)降一個(gè)等級(jí),并在修理后再使用。例如,16V240ZJB柴油機(jī)規(guī)定值有2級(jí),每一級(jí)為0.5 mm。在同一根軸上,同名稱的軸頸等級(jí)不得超過(guò)兩級(jí),按相應(yīng)等級(jí)磨修后,軸頸表面必須進(jìn)行氮化處理,增加硬度,提高耐磨性,并按軸頸的相應(yīng)等級(jí)選配軸瓦。

2.鍍鐵修復(fù)

曲軸鍍鐵修復(fù)技術(shù)是根據(jù)曲軸存在的裂紋或拉傷情況制訂修復(fù)方案。輕微裂紋或拉傷的,可以采用砂輪打磨、拋光去除缺陷。對(duì)裂紋較重、較深的,根據(jù)探傷報(bào)告計(jì)算曲軸斷面的實(shí)際損失量,判斷是否具有修復(fù)價(jià)值。多年實(shí)踐表明,截面積允許損失率應(yīng)≤0.04,此時(shí)完全滿足曲軸強(qiáng)度校驗(yàn)指南的要求值。

(1)矯直。入廠修理的曲軸均存在不同程度的彎曲變形。一般來(lái)說(shuō),曲軸變形都是小范圍的塑性變形。即使如此,也必須進(jìn)行曲軸的矯直處理。曲軸的矯直應(yīng)滿足以下要求:第一,曲軸的同軸度和允許跳動(dòng)量達(dá)到規(guī)定要求;第二,矯直后曲軸的技術(shù)性能不下降;第三,曲軸的彎曲率不宜超過(guò)1.5mm/m。矯正彎曲率大于1.5mm/m的曲軸具有較大風(fēng)險(xiǎn)。曲軸矯直工藝應(yīng)防止以磨代矯的簡(jiǎn)化行為。

(2)曲軸的鍍鐵要求。鍍鐵層與曲軸基體的結(jié)合剪切強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到343～441MPa,鍍鐵層硬度應(yīng)達(dá)到HRC50～55,鍍鐵層軟化溫度不低于300℃。一次鍍鐵的徑向厚度不大于4mm。

曲軸采用鍍鐵修復(fù)工藝后,鍍層表面存在網(wǎng)狀細(xì)裂紋,因此有人提出質(zhì)疑。用100倍的放大境檢查鍍鐵層表面狀態(tài),可以看到蜘蛛網(wǎng)狀的裂紋。這種網(wǎng)狀裂紋不同于疲勞裂紋,是鍍鐵工藝特有的特征,不影響曲軸的功能發(fā)揮,曲軸可以正常使用。此外,這種網(wǎng)狀紋里可以留存一定的潤(rùn)滑油,有利于軸頸的潤(rùn)滑,提高曲軸的耐磨性能。

(作者單位:廣東省交通高級(jí)技工學(xué)校)