DF4D機(jī)車柴油機(jī)缸套破損故障的分析和處理

張漢波 劉 彬 上海鐵路局合肥機(jī)務(wù)段

DF4D機(jī)車柴油機(jī)缸套破損故障的分析和處理

張漢波 劉 彬 上海鐵路局合肥機(jī)務(wù)段

通過對DF4D機(jī)車柴油機(jī)破損故障的分析，指出了檢修工藝執(zhí)行中存在的一些問題，同時(shí)提出了解決措施和判斷問題的方法。

DF4D；柴油機(jī)，破損；分析；處理

1 前言

DF4D機(jī)車是為滿足我國鐵路客運(yùn)提速需要而設(shè)計(jì)制造的，其柴油機(jī)型號為16V240ZJD，是240/275柴油機(jī)的系列產(chǎn)品，標(biāo)定功率3 240 kW，該機(jī)車自1999年配屬我段以來故障率較低，但最近兩年隨著機(jī)車運(yùn)用時(shí)間的延長，牽引速度的提高，乘務(wù)方式的改變等因素造成柴油機(jī)部件的破損增加。如果發(fā)生柴油機(jī)破損故障，一方面嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸秩序，特別是DF4DK機(jī)車牽引的是客車更是影響大；另一方面造成較大配件的損壞。因此對故障的分析及預(yù)防至關(guān)重要，只有分析出真正的原因才能制定出針對性的技術(shù)措施來預(yù)防此類故障的再次發(fā)生。

2 故障分析和處理

2.1 故障現(xiàn)象

2013-2014年我段有二臺DF4D型機(jī)車擔(dān)當(dāng)客運(yùn)任務(wù)時(shí)在途中柴油機(jī)突然水溫高停機(jī)，乘務(wù)員檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)高溫水位下降，機(jī)班要求側(cè)線停車檢查。停車后發(fā)現(xiàn)高溫水箱無水，低溫水箱水位不足一分，柴油機(jī)10缸附近有異音，后請求救援。機(jī)車回段后，檢查發(fā)現(xiàn)10缸缸套在支承法蘭下面根部過渡圓處圓周斷裂，非常齊整，同時(shí)缸套在斷裂后下降，缸套下部被連桿打碎，油底殼進(jìn)水。連桿桿身有撞擊痕跡。（缸套破損情況見圖1），進(jìn)一步擴(kuò)大檢查發(fā)現(xiàn)2缸缸套裂紋（見圖2）。

圖1 缸套破損情況

圖2 2缸缸套裂紋

該機(jī)車中修后走行公里約6萬km。這種故障現(xiàn)象比較罕見，從斷口處可以判斷是疲勞裂紋。從發(fā)生斷裂的疲勞源看是氣缸套支承法蘭下面根部過渡圓處的應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生的。為查找原因我們從該氣缸套的受力情況，檢修工藝執(zhí)行，配件檢修記錄等方面進(jìn)行查詢分析。

2.2 故障原因

（1）氣缸套承受高溫高壓的作用，DF4D機(jī)車柴油機(jī)缸套燃燒室內(nèi)的燃?xì)庾罡邷囟瓤蛇_(dá)1 500℃左右，最高燃燒壓力可達(dá)14 MPa，比DF4B機(jī)車的最高壓力大約2 MPa。這樣的高溫高壓燃?xì)鈱Ω滋變?nèi)壁造成較大的交變溫差應(yīng)力（進(jìn)氣溫度為100℃左右，缸套內(nèi)壁受到100℃-1 500℃的溫度變化的作用）。同時(shí)DF4D機(jī)車柴油機(jī)缸套同DF4B相比支承法蘭的厚度減少了39 mm。雖然法蘭的外徑也相應(yīng)的減少，但是法蘭與缸套圓柱部分過渡圓處受到的應(yīng)力大大增加。

（2）氣缸組件安裝在機(jī)體時(shí)，如果與機(jī)體孔的配合間隙超出要求 (上部間隙0．07 mm～0．175 mm，下部間隙為 0．08 mm～0．17 mm)，特別是間隙偏大，氣缸套的剛度降低，促使振動加大，缸套斷裂的可能性加大。查詢記名檢修記錄和測量機(jī)體缸套安裝孔符合技術(shù)要求，排除了此類原因。

（3）檢查檢修記名記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)該氣缸墊厚度比其他缸墊片厚度偏小，比平均厚度小0.4 mm。同時(shí)對作業(yè)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)工作者在安裝缸套和調(diào)整計(jì)算氣缸套墊片時(shí)沒有固定氣缸套，盤車活塞上行時(shí)，缸套也向上運(yùn)動，測量缸套與水套法蘭的間隙遠(yuǎn)大于0.03 mm。因?yàn)镈F4DK柴油機(jī)缸套相比DF4B機(jī)車柴油機(jī)缸套由過盈配合變?yōu)殚g隙配合。此時(shí)測量的缸套調(diào)整墊片的厚度比實(shí)際要小的多。由于該缸套在測量的缸套調(diào)整墊片的厚度比實(shí)際要小的多，造成柴油機(jī)在工作中，壓縮壓力偏大，活塞側(cè)壓力增大壓迫缸套使缸套變形，并發(fā)生高頻振動，當(dāng)活塞在上止點(diǎn)附近變換方向時(shí)，由于活塞間存在熱間隙，活塞的頭尾傾斜橫擺，并以很高的加速度沖擊缸套，引起缸套的振動，導(dǎo)致缸套在應(yīng)力最集中地法蘭根部過渡圓處發(fā)生斷裂。

2.3 措施

（1）氣缸套不許有裂紋，特別是法蘭支承處，內(nèi)表面不許有嚴(yán)重拉傷，氣缸套外表面穴蝕深度中修時(shí)不大于6 mm，組裝時(shí)水套與缸套進(jìn)行分組選配，保證兩者的配合間隙為0.020 mm-0.104 mm。在缸套上裝上三道“0”型密封圈。密封圈應(yīng)貼實(shí)平整、無扭曲現(xiàn)象。將選配好的水套放在壓力工作臺上，并在水套法蘭上裝好的“0”型橡膠密封圈。密封圈應(yīng)貼實(shí)、平整、無扭曲現(xiàn)象。然后將缸套裝入水套（缸套的配合圓面應(yīng)涂以適量機(jī)油）再用壓力機(jī)緩緩壓入，到位后用塞尺檢查。缸套與水套的聯(lián)接法蘭應(yīng)密貼。允許有不大于0.03 mm的局部間隙，但其總長度不大于圓周的1/6。將組裝好的缸套吊至水壓試驗(yàn)臺上，進(jìn)行0.4 MPa水壓試驗(yàn)，保壓5 min不得泄漏。

（2）如缸套往機(jī)體上安裝時(shí)發(fā)生安裝過緊或過松時(shí)，應(yīng)測量水套與機(jī)體配合的上下定位圓直徑尺寸 (名義尺寸為φ300 mm和φ299 mm)，其與機(jī)體孔的配合間隙應(yīng)符合要求 (上部間隙0．07 mm～0．175 mm，下部間隙為 0．08 mm～0．17 mm)，不得強(qiáng)行裝入。

（3）確定氣缸套調(diào)整墊片的厚度時(shí)應(yīng)用卡具固定缸套法蘭面壓緊缸套，防止盤車時(shí)活塞帶動缸套運(yùn)動，用塞尺檢查。缸套與水套的聯(lián)接法蘭應(yīng)密貼。允許有不大于0.03 mm的局部間隙，但其總長度不大于圓周的1/6。然后盤車使活塞處于上止點(diǎn)位置，再按公式計(jì)算出調(diào)整墊片的厚度§=（H-A）+B-C(mm)。

（4）柴油機(jī)水阻試驗(yàn)時(shí)測量壓縮壓力和爆發(fā)壓力必須符合要求。壓縮壓力：2.65 MPa-2.85 MPa，各缸壓力差≤0.15 MPa。爆發(fā)壓力：≤14 MPa，各缸差0.6 MPa。對不符合要求的必須查找原因并消除之。

3 結(jié)束語

通過對缸套斷裂的分析我們找到了導(dǎo)致發(fā)生此類故障的原因，并提出了針對性的解決措施，制作了專用固定缸套的卡具，在生產(chǎn)中得到了實(shí)施并取得了良好的效果，到目前為止沒有再發(fā)生同類故障，保證了機(jī)車質(zhì)量。

[1]大連機(jī)車車輛廠,《東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車》，大連理工大學(xué)出版社，1993.

責(zé)任編輯：宋飛 張萼輝

來稿時(shí)間：2015-8-17