柴油機曲軸檢修之我見

陳銀平

曲軸組合件是柴油發動機的關鍵部件,其性能的優劣直接關系到柴油機的質量與壽命。曲軸的質量狀態直接決定柴油機的運行質量和安全水平。其檢修周期和運行壽命主要決定于柴油機的運行品質和功率發揮,也決定于柴油機整體檢修、維護的水平。

柴油機曲軸運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不良、形位尺寸超差、加工質量未達標、氮化處理不當等因素外,還可能有其他原因,如曲軸組裝沒達到標準要求,軸瓦選配不當,維護、保養失控等等。這給柴油機安全運行帶來一定的危害。筆者結合工作經驗,在此對柴油機曲軸常見的檢修和故障進行分析探討。

一、柴油機曲軸常見故障的分類及原因分析

1.曲軸裂紋問題

曲軸是關鍵部件,解體柴油機檢修必須進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重磨損或表面嚴重拉傷所致。通常情況下,這類裂紋線可以經過打磨來判斷裂紋的深度。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過磨床磨削才能去除。但是,這種裂紋必須離圓角在6mm以上。裂紋已經延伸至圓角處,且裂紋較深時,已沒有必要進行修理。因為圓角處應力集中最大,且處于危險斷面位置。

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

2.主軸頸跳動量超差問題

運用中發現某臺柴油機的部分軸瓦經常出現碾片或燒損,可能是主軸頸跳動量超差所致。機體主軸承孔同軸度超差較嚴重時也會出現這類問題。一般來說,曲軸主軸頸跳動量超限說明曲軸出現比較嚴重的彎曲變形。其原因可能與選配軸瓦時沒有很好地處理各軸頸徑向尺寸差異有關。

3.曲軸燒蝕及拉傷問題

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、加工質量未達標以及組裝不良等其他原因。如果柴油機啟動過程或運轉階段軸頸部分得不到充分潤滑,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,或曲軸組裝時軸頸表面沒有良好清潔,附有灰塵和砂粒,這些情況均會導致軸頸燒蝕或拉傷。軸頸表面出現拉傷,除上述原因外,還包括軸瓦選用不當方面的原因。實踐表明,軸瓦材質出現問題是一個重要的原因。

二、關于柴油機曲軸檢修的探討

國內機車柴油機的曲軸主要有兩類:鍛鋼軸和球墨鑄鐵軸。球墨鑄鐵曲軸的斷軸率遠大于鍛鋼曲軸。一般情況下,修復曲軸主要有以下兩種方式:

1.降等級修理

當曲軸軸頸名義尺寸磨損到小于相應等級的規定值時,應降一個等級,并在修理后再使用。例如,16V240ZJB柴油機規定值有2級,每一級為0.5 mm。在同一根軸上,同名稱的軸頸等級不得超過兩級,按相應等級磨修后,軸頸表面必須進行氮化處理,增加硬度,提高耐磨性,并按軸頸的相應等級選配軸瓦。

2.鍍鐵修復

曲軸鍍鐵修復技術是根據曲軸存在的裂紋或拉傷情況制訂修復方案。輕微裂紋或拉傷的,可以采用砂輪打磨、拋光去除缺陷。對裂紋較重、較深的,根據探傷報告計算曲軸斷面的實際損失量,判斷是否具有修復價值。多年實踐表明,截面積允許損失率應≤0.04,此時完全滿足曲軸強度校驗指南的要求值。

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

(2)曲軸的鍍鐵要求。鍍鐵層與曲軸基體的結合剪切強度應達到343～441MPa,鍍鐵層硬度應達到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。

曲軸采用鍍鐵修復工藝后,鍍層表面存在網狀細裂紋,因此有人提出質疑。用100倍的放大境檢查鍍鐵層表面狀態,可以看到蜘蛛網狀的裂紋。這種網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揮,曲軸可以正常使用。此外,這種網狀紋里可以留存一定的潤滑油,有利于軸頸的潤滑,提高曲軸的耐磨性能。

(作者單位:廣東省交通高級技工學校)