淺析大中功率柴油機曲軸斷裂事故的原因

林海，王磊，尹彥廣，鄭志強，趙亮

（1.中國石油集團濟柴動力有限公司，山東 濟南 250306；2.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司第一機械廠，天津 300000）

柴油機運轉(zhuǎn)過程中，曲軸受力復(fù)雜，既受到交變的彎曲作用、交變的扭曲作用，還受到摩擦作用和承受很大的沖擊載荷，所以當(dāng)外界的載荷過大，超過曲軸的承載能力或者曲軸本身的強度下降，適應(yīng)不了外載負(fù)荷對其本身的強度要求，就會發(fā)生裂紋、斷裂現(xiàn)象。

1 原因分析

柴油機長期運轉(zhuǎn)，曲軸軸頸都有比較大的磨損，軸徑出現(xiàn)偏磨、橢圓、錐度，有的還有較深的溝槽，這就需要對軸頸進行磨銷修理。曲軸軸頸經(jīng)過多次磨修，其軸頸尺寸越來越小，接近或超過最小使用極限值，強度降低。由于柴油機長期運轉(zhuǎn)，曲軸在較大外載負(fù)荷的長期作用下，疲勞過度，超過了本身的承載極限是造成曲軸斷裂的主要原因之一。

圖1 曲軸斷裂圖

2 使用維修方面

（1）柴油機長期超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)力矩超過曲軸本身的承載能力，造成曲軸斷裂。供油角度過大時，產(chǎn)生過高的爆發(fā)壓力，使曲軸受到的機械應(yīng)力增加，造成斷裂。

（2）柴油機發(fā)生了飛車事故，產(chǎn)生過大的離心力和慣性力，使曲軸受到的機械應(yīng)力增加，造成曲軸斷裂。

（3）柴油機發(fā)生了抱缸、燒瓦事故，使曲軸受力增加，從而造成曲軸因疲勞而斷裂。

（4）各缸供油量不均或供油角不均。各缸工作中產(chǎn)生的爆發(fā)壓力不均，不僅使曲軸受力發(fā)生變化，而且造成各軸承磨損不均，久而久之，曲軸軸頸因受力不均，在軸徑圓角根部產(chǎn)生應(yīng)力過大，造成疲勞損傷，曲軸產(chǎn)生裂紋、斷裂。

（5）主軸承螺母松動，或主軸承螺栓斷裂，軸徑失去正確的支撐，使受力力臂加長，造成曲軸斷裂。軸承異常磨損，導(dǎo)致曲軸受力增加，從而引起曲軸裂紋或斷裂。同時軸瓦異常磨損，出現(xiàn)嚴(yán)重的燒瓦事故，導(dǎo)致曲軸過熱，強度降低，引起曲軸裂紋或斷裂。

（6）連桿大頭螺栓斷裂，曲軸被失控的連桿擊傷或卡死而斷裂。

（7）柴油機發(fā)生燒瓦事故，由于燒瓦后產(chǎn)生大量熱量傳導(dǎo)不出去，引起曲軸過熱，造成曲軸材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其強度降低而發(fā)生裂紋、斷裂。

（8）飛輪緊固螺栓松動，飛輪竄動，使曲軸輸出端鍵槽處裂紋。

（9）減振器失效或安裝不正確，工作中擺動，在曲軸自由端鍵槽處產(chǎn)生裂紋。

（10）與發(fā)動機機組相連接的配套機械不匹配。發(fā)動機和工作機械配套選型不對，專用發(fā)電機組用柴油機帶工程機械，或柴油機在共振轉(zhuǎn)速下工作，使柴油機、曲軸產(chǎn)生巨大的振動，造成曲軸斷裂。

（11）柴油機與配套連接機械對中不好，造成柴油機振動過大，曲軸附加應(yīng)力增加，超過強度允許值而產(chǎn)生裂紋或斷裂。

（12）柴油機外接機械負(fù)荷變化太大，帶負(fù)荷時過快、過猛，曲軸承受過大的沖擊載荷，造成曲軸產(chǎn)生裂紋、斷裂。

（13）柴油機風(fēng)扇端加帶外力負(fù)荷，特別是橫向傳遞力矩會造成柴油機曲軸自由端斷裂。

（14）柴油機外接機械發(fā)生嚴(yán)重故障，發(fā)生卡死現(xiàn)象會將柴油機曲軸扭斷。

3 制造、修理、材料方面

（1）機體主軸孔座孔不同心或氣缸軸線和曲軸軸線垂直度超差，造成軸頸局部地方的附加力增加，間隙變小，引起軸頸的異常磨損，進而發(fā)展成燒瓦，產(chǎn)生的大量摩擦熱量，造成曲軸局部過熱強度降低引起裂紋、斷裂。

（2）機體材料硬度不夠，強度不足，盡管主軸承蓋緊固力矩相同，但使用一階段后，強度不足的主軸承座孔就會發(fā)生變形，曲軸在軸承座孔內(nèi)支承受力太小部位都發(fā)生變化，產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力，造成曲軸斷裂。

（3）曲軸材質(zhì)不合格。機械性能不好，金相組織不符合要求或成分不合格，造成曲軸本身強度不足，導(dǎo)致在工作過程中，產(chǎn)生裂紋或斷裂。

（4）曲軸的熱處理方法不符合要求，曲軸材料內(nèi)部產(chǎn)生過多的內(nèi)應(yīng)力，造成曲軸裂紋或斷裂。

（5）曲軸彎曲度超差，造成軸頸局部間隙過小，附加力增大造成柴油機曲軸振動加劇，附加應(yīng)力超過曲軸強度許用值而產(chǎn)生裂紋，造成曲軸損壞。

（6）曲軸軸徑的圓角，特別內(nèi)R弧的尺寸和粗糙度十分重要，粗糙度不足和R過小將使應(yīng)力明顯增大，往往裂紋首先從此處開始，造成曲軸斷裂。

（7）曲軸平衡塊位置不對或曲軸動平衡不好，造成柴油機振動過大，曲軸附加應(yīng)力增加，超過曲軸的承載極限，造成曲軸裂紋或斷裂。

（8）曲軸的鑄造質(zhì)量有缺陷，有氣孔、縮松、夾渣或硬度不夠、強度不足，造成使用中在機械應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋或斷裂。

4 結(jié)語

柴油機經(jīng)長期使用，曲軸各軸徑會有正常的磨損，修理尺寸不得小于曲軸承載的最小值，運行過程中，應(yīng)避免超載、飛車、燒瓦拉缸等事故的發(fā)生，加強日常的維護保養(yǎng)工作，從而避免和減少柴油機曲軸裂紋或斷裂的事故，保證柴油機的正常使用。