DF4D機車柴油機缸套破損故障的分析和處理

張漢波 劉 彬 上海鐵路局合肥機務段

DF4D機車柴油機缸套破損故障的分析和處理

張漢波 劉 彬 上海鐵路局合肥機務段

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

DF4D；柴油機，破損；分析；處理

1 前言

DF4D機車是為滿足我國鐵路客運提速需要而設計制造的，其柴油機型號為16V240ZJD，是240/275柴油機的系列產品，標定功率3 240 kW，該機車自1999年配屬我段以來故障率較低，但最近兩年隨著機車運用時間的延長，牽引速度的提高，乘務方式的改變等因素造成柴油機部件的破損增加。如果發生柴油機破損故障，一方面嚴重影響鐵路運輸秩序，特別是DF4DK機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防至關重要，只有分析出真正的原因才能制定出針對性的技術措施來預防此類故障的再次發生。

2 故障分析和處理

2.1 故障現象

2013-2014年我段有二臺DF4D型機車擔當客運任務時在途中柴油機突然水溫高停機，乘務員檢查時發現高溫水位下降，機班要求側線停車檢查。停車后發現高溫水箱無水，低溫水箱水位不足一分，柴油機10缸附近有異音，后請求救援。機車回段后，檢查發現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，同時缸套在斷裂后下降，缸套下部被連桿打碎，油底殼進水。連桿桿身有撞擊痕跡。（缸套破損情況見圖1），進一步擴大檢查發現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

該機車中修后走行公里約6萬km。這種故障現象比較罕見，從斷口處可以判斷是疲勞裂紋。從發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力集中區產生的。為查找原因我們從該氣缸套的受力情況，檢修工藝執行，配件檢修記錄等方面進行查詢分析。

2.2 故障原因

（1）氣缸套承受高溫高壓的作用，DF4D機車柴油機缸套燃燒室內的燃氣最高溫度可達1 500℃左右，最高燃燒壓力可達14 MPa，比DF4B機車的最高壓力大約2 MPa。這樣的高溫高壓燃氣對缸套內壁造成較大的交變溫差應力（進氣溫度為100℃左右，缸套內壁受到100℃-1 500℃的溫度變化的作用）。同時DF4D機車柴油機缸套同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的減少，但是法蘭與缸套圓柱部分過渡圓處受到的應力大大增加。

（2）氣缸組件安裝在機體時，如果與機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體缸套安裝孔符合技術要求，排除了此類原因。

（3）檢查檢修記名記錄時發現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。同時對作業現場檢查發現工作者在安裝缸套和調整計算氣缸套墊片時沒有固定氣缸套，盤車活塞上行時，缸套也向上運動，測量缸套與水套法蘭的間隙遠大于0.03 mm。因為DF4DK柴油機缸套相比DF4B機車柴油機缸套由過盈配合變為間隙配合。此時測量的缸套調整墊片的厚度比實際要小的多。由于該缸套在測量的缸套調整墊片的厚度比實際要小的多，造成柴油機在工作中，壓縮壓力偏大，活塞側壓力增大壓迫缸套使缸套變形，并發生高頻振動，當活塞在上止點附近變換方向時，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，導致缸套在應力最集中地法蘭根部過渡圓處發生斷裂。

2.3 措施

（1）氣缸套不許有裂紋，特別是法蘭支承處，內表面不許有嚴重拉傷，氣缸套外表面穴蝕深度中修時不大于6 mm，組裝時水套與缸套進行分組選配，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。密封圈應貼實平整、無扭曲現象。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。密封圈應貼實、平整、無扭曲現象。然后將缸套裝入水套（缸套的配合圓面應涂以適量機油）再用壓力機緩緩壓入，到位后用塞尺檢查。缸套與水套的聯接法蘭應密貼。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臺上，進行0.4 MPa水壓試驗，保壓5 min不得泄漏。

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

（3）確定氣缸套調整墊片的厚度時應用卡具固定缸套法蘭面壓緊缸套，防止盤車時活塞帶動缸套運動，用塞尺檢查。缸套與水套的聯接法蘭應密貼。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位置，再按公式計算出調整墊片的厚度§=（H-A）+B-C(mm)。

（4）柴油機水阻試驗時測量壓縮壓力和爆發壓力必須符合要求。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 結束語

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

[1]大連機車車輛廠,《東風4型內燃機車》，大連理工大學出版社，1993.

責任編輯：宋飛 張萼輝

來稿時間：2015-8-17