中高速大功率柴油機(jī)軸瓦故障原因分析及預(yù)防措施

柴油機(jī)在試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)使用和維修中經(jīng)常碰到主軸瓦、連桿軸瓦和曲軸軸頸相互配合的接觸面出現(xiàn)拉痕、大面積拉傷,導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的異常磨損,嚴(yán)重時(shí)軸瓦和軸頸表面粘連,甚至抱死,這種現(xiàn)象稱(chēng)為柴油機(jī)抱瓦。引起柴油機(jī)軸瓦異常磨損和燒瓦的原因很多,減少和預(yù)防燒瓦故障是涉及到柴油機(jī)從設(shè)計(jì)、制造、裝配、試驗(yàn)到現(xiàn)場(chǎng)使用、維護(hù)、保養(yǎng)等柴油機(jī)使用壽命過(guò)程中的整個(gè)系統(tǒng)工程。本文就柴油機(jī)軸瓦異常磨損和燒瓦的原因及預(yù)防措施做探討。一、軸瓦異常磨損和燒瓦故障現(xiàn)象(1)主軸承和連桿大頭處溫度升高,超過(guò)80℃,甚至更高,用手觸摸時(shí)嚴(yán)重燙手,此時(shí)常伴隨著柴油機(jī)油油溫升高、油壓下降、異常振動(dòng)加大。(2)拆下軸瓦檢查,軸瓦合金嚴(yán)重拉傷,合金局部燒熔(圖1)。(3)呼吸器、口冒煙異常加重,此時(shí)還常伴隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和功率下降,嚴(yán)重的燒瓦故障會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦阻力,甚至造成柴油機(jī)自動(dòng)停車(chē)。(4)拆檢離心濾清器和機(jī)油過(guò)濾器時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)大量鋁合金屑(圖2)。二、軸瓦異常磨損和燒瓦故障的危害(1)軸瓦發(fā)生異常磨損,破壞了正常的配合間隙,使正常的潤(rùn)滑油膜遭到破壞,如不及時(shí)停車(chē)修理,很快就會(huì)引起燒瓦,嚴(yán)重的燒瓦會(huì)造成柴油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速下降,甚至自動(dòng)停車(chē)。(2)柴油機(jī)發(fā)生燒瓦后,會(huì)造成軸瓦、軸頸的損傷,嚴(yán)重的燒瓦還會(huì)造成軸瓦燒死熔粘在軸頸上,使軸瓦跑外圓,造成連桿和機(jī)體主軸瓦孔的損傷。(3)嚴(yán)重的燒瓦會(huì)引起曲軸過(guò)熱、變形,甚至產(chǎn)生裂紋斷裂。三、軸瓦異常磨損和燒瓦故障原因分析柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),軸瓦和軸之間相對(duì)高速滑動(dòng),又承受著嚴(yán)重的沖擊負(fù)荷,依賴(lài)軸和軸瓦間隙內(nèi)的潤(rùn)滑油產(chǎn)生的油膜對(duì)其潤(rùn)滑、支承并將摩擦熱量傳遞出去。下面從軸瓦和軸這對(duì)摩擦副的精度和潤(rùn)滑油膜的形成來(lái)分析燒瓦的原因。1、使用方面(1)柴油機(jī)缺機(jī)油,使軸瓦與軸頸出現(xiàn)嚴(yán)重的干摩擦現(xiàn)象,造成燒瓦。(2)機(jī)油中混入水、柴油,降低了機(jī)油的潤(rùn)滑性能,造成燒瓦。(3)機(jī)油不清潔,混有小顆粒雜質(zhì),運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生溝槽拉瓦(圖3),引起燒瓦。(4)柴油機(jī)機(jī)油溫度過(guò)高,使機(jī)油黏度降低,機(jī)油壓力下降,造成燒瓦。(5)機(jī)油品種選擇不對(duì),或機(jī)油不合格,酸性過(guò)大,除造成機(jī)械磨損大外,還易引起腐蝕磨損,造成燒瓦。(6)由于柴油機(jī)長(zhǎng)期使用,曲軸軸頸都有很大磨損,其圓度、圓柱度超過(guò)允許范圍,使軸瓦軸頸的摩擦表面不能形成油膜,潤(rùn)滑性能降低。(7)柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行,造成油溫太高,軸瓦和軸之間的沖擊負(fù)荷大,油膜的承載能力適應(yīng)不了要求,引起軸瓦異常磨損,進(jìn)而燒瓦。(8)柴油機(jī)起動(dòng)前,沒(méi)有進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑,各潤(rùn)滑表面沒(méi)有充足的機(jī)油?；蛟谟蜏馗叩那闆r下停車(chē),軸承間隙內(nèi)保不住油膜,再次起動(dòng)后,造成這些摩擦面干摩擦,使軸和軸瓦表面出現(xiàn)異常磨損,既而發(fā)展為燒瓦。(9)柴油機(jī)發(fā)生了飛車(chē),由于轉(zhuǎn)速升高,各摩擦副的線(xiàn)速度急增,潤(rùn)滑滿(mǎn)足不了要求,造成燒瓦。(10)機(jī)油濾清器壓差過(guò)大,會(huì)使機(jī)油不經(jīng)過(guò)濾清,而通過(guò)旁通閥進(jìn)入主油道,這種未經(jīng)過(guò)濾的臟油進(jìn)入軸瓦間隙,造成軸瓦異常磨損,而引起燒瓦;同樣機(jī)油濾清器清洗不及時(shí),濾芯不合格,機(jī)油濾清效果不好,也會(huì)引起柴油機(jī)軸瓦拉傷,異常磨損造成燒瓦。(11)由于機(jī)油泵故障,或潤(rùn)滑管路泄漏,使柴油機(jī)機(jī)油流量不足,造成油壓不足,減小了油膜形成和承載能力,引起軸瓦異常磨損和燒瓦。(12)柴油機(jī)油溫過(guò)低時(shí),就突加轉(zhuǎn)速和負(fù)荷,也會(huì)引起軸瓦的異常磨損。(13)柴油機(jī)和工作機(jī)械連接對(duì)中不好,會(huì)造成曲軸向一側(cè)受力,造成軸瓦與軸之間配合間隙在局部地方太小,引起干摩擦,造成異常磨損,引起燒瓦。2、裝配方面(1)柴油機(jī)零件清洗不干凈,柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和機(jī)油的沖洗,使雜質(zhì)臟物從零部件上脫落,混入機(jī)油,造成軸瓦的異常磨損,引起燒瓦。(2)瓦蓋的緊固螺栓扭矩不夠,不按順序,扭力不均,使軸瓦和瓦座貼合質(zhì)量不好,容易引起變形,影響摩擦熱量向外傳遞,引起燒瓦。(3)軸瓦間隙過(guò)大,造成機(jī)油泄漏嚴(yán)重,建立不起油壓,形不成油膜,從而引起燒瓦。(4)軸瓦間隙過(guò)小,間隙中機(jī)油過(guò)少,使局部形不成潤(rùn)滑油膜,造成干摩擦,當(dāng)零件受熱膨脹后,會(huì)使間隙更小,引起粘連,造成燒瓦。(5)機(jī)油主油道到主軸瓦的油孔堵塞,或曲軸到連桿軸承的油孔堵塞,或者上下瓦裝反,使機(jī)油無(wú)法進(jìn)入軸瓦間隙內(nèi),引起燒瓦。(6)連桿彎曲或扭曲,使軸瓦側(cè)向受力,在局部形成干摩擦,引起燒瓦。3、制造方面(1)主軸瓦孔不同心,曲軸孔中心和缸孔不垂直,造成軸瓦和軸之間配合間隙局部太小,引起干摩擦,造成軸瓦的異常磨損,引起燒瓦。(2)瓦座孔加工精度差,出現(xiàn)橢圓、錐度,造成瓦背和瓦座貼合不良,熱量不易外傳,引起燒瓦。(3)主軸瓦孔中心線(xiàn)與缸孔中心線(xiàn)不在同一平面內(nèi),形成交線(xiàn),造成連桿軸瓦呈對(duì)邊偏磨,引起燒瓦。(4)軸瓦、軸瓦表面精度低,粗糙度不合格,曲軸軸頸R弧不符合要求,也會(huì)造成軸瓦的異常磨損,引起燒瓦。4、軸瓦本身的原因(1)軸瓦過(guò)盈量太小,軸瓦外圓瓦背加工精度差,造成瓦背和瓦座貼合不良,熱量不易外傳,引起燒瓦(圖4)。(2)軸瓦材質(zhì)不合格,合金層的合金配比比例及合金層硬度達(dá)不到要求,當(dāng)瓦受熱或受到?jīng)_擊載荷的作用時(shí),合金層就發(fā)生變形,引起燒瓦。(3)軸瓦的合金層與瓦背貼合不好,壓按不牢,當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),合金層在軸頸的碾壓下,成片狀與瓦背脫離,造成嚴(yán)重?zé)?。四、預(yù)防措施應(yīng)根據(jù)上述易造成軸瓦異常磨損和燒瓦故障的各種原因和部位分別制定預(yù)防措施和排除方法。(1)潤(rùn)滑方面:

加足符合要求的機(jī)油,定期清洗機(jī)油濾清器,更換濾芯,消除柴油機(jī)漏機(jī)油的隱患。保障柴油機(jī)主油道、曲軸油道和各潤(rùn)滑油道的暢通,保證潤(rùn)滑油的清潔并定期更換。(2)使用操作方面:

嚴(yán)格按操作規(guī)程操作,起動(dòng)前首先預(yù)供機(jī)油,柴油機(jī)油溫、水溫很低時(shí),不要突加轉(zhuǎn)速和負(fù)荷;油溫太高時(shí)不可停車(chē)(油溫低于60℃以下時(shí)再停車(chē))。禁止柴油機(jī)超速、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn);機(jī)油油溫應(yīng)不高于90℃,過(guò)高的油溫會(huì)降低機(jī)油的黏度。(3)組裝、維修、保養(yǎng)方面:

保證零部件的清潔,避免灰塵、雜質(zhì)進(jìn)入柴油機(jī)內(nèi)部,按規(guī)定的扭矩緊固軸瓦,并使扭矩均勻。使用合格的軸和軸瓦,對(duì)有異常磨損的軸進(jìn)行修復(fù),軸瓦更換。保證軸頸、軸瓦配合間隙符合要求和供油充分,保證軸瓦、瓦孔的