某高速柴油機軸瓦異常磨損故障原因分析及解決措施

徐魯杰，王江偉，韓 莉，張青鋒

（1.海裝駐某地區軍代室，河南 洛陽 471039；2.河南柴油機重工有限責任公司，河南 洛陽 471039）

1 故障現象

某高速柴油機1 000 h 摸底試驗順利完成后對柴油機進行拆檢。拆檢過程發現如下問題[1-2]。

1）連桿瓦拆檢情況。A8 檔上下瓦和B8 檔下瓦均有不同程度的圓周方向上貫穿性磨損，區域集中在連桿上下瓦的中間，寬度約8.5 mm；A8 檔連桿上瓦和B8檔連桿下瓦中間的主承載區域漏銅。連桿瓦磨損漏銅位置示意圖見圖1，其余瓦未見異常。同時曲軸的A8 檔、B8 檔連桿軸頸上包裹油孔的徑向區域有可見的劃痕[3-6]。

圖1 連桿瓦磨損漏銅位置示意圖

2）主軸瓦拆檢情況。主軸瓦第7 檔、8 檔、9檔均存在不同程度穴蝕，主要為柳葉狀穴蝕，其余主軸瓦未見異常。主軸瓦穴蝕位置示意圖見圖2。

圖2 主軸瓦穴蝕位置示意圖

2 故障原因分析

根據現場拆檢情況，結合可能造成軸瓦異常磨損原因，梳理形成故障樹。主軸瓦穴蝕及連桿瓦異常磨損故障樹如圖3 所示[7]。結合故障樹，對列舉的各項進行逐一排查。

圖3 主軸瓦穴蝕及連桿瓦異常磨損故障樹

1）機體。復測機體主軸孔同軸度（機體所有主軸孔同軸度要求不大于0.08 mm、相鄰兩檔主軸孔的同軸度要求不大于0.02 mm），符合技術要求。

2）柴油機運行情況。柴油機按照1 000 kW、1 800 r/min 工況運行，無超負荷運行情況。但柴油機在運行時，進氣壓力波動范圍為85～98 kPa，排氣壓力波動范圍為121～165 kPa，與正常試驗工況差異較大，進排氣壓力長期高頻率大幅波動；另一方面，柴油機運轉轉速波動變化較大，波動范圍最大可達40 r/min（工藝要求轉速波動15 r/min）。因此，柴油機運行工況的因素不能排除。

3）機油質量。試驗過程中根據試驗大綱要求，提取機油進行理化分析，機油黏度、閃點、成分均無異常。

4）軸瓦質量。試驗后對軸瓦進行復測，主軸瓦第7、8、9 檔存在穴蝕；連桿瓦A8 檔、B8 檔出現漏銅，其余軸瓦外觀檢查無異常、尺寸（開口尺寸、壁厚等）合格。

5）連桿加工及組裝質量。連桿蓋和連桿體安裝時有標記，復查連桿蓋無裝反問題。連桿加工完成后，在入庫前有檢驗合格證，包含大頭孔圓柱度、連桿平行和扭曲檢測，均符合技術要求。連桿瓦壓裝后有尺寸測量記錄，包含壓裝后內孔尺寸和橢圓度檢測，均符合技術要求。試驗后復測，均未達到磨損極限。

6）曲軸。曲軸軸頸跳動和直線度復測結果均符合技術要求。但在涂色檢查時，發現A8 檔、B8檔連桿軸頸上，在覆蓋油孔的徑向區域存在不同程度的異常磨損帶，涂色檢查發現該區域貼合度較差，與A8檔和B8檔連桿瓦吻合的曲軸連桿軸頸區域出現較寬的接觸亮帶，局部漏銅。A8 檔、B8檔曲軸連桿軸頸見圖4。

圖4 A8檔、B8檔曲軸連桿軸頸

7）清潔度控制。柴油機裝配和試驗中拆檢等操作過程中均嚴格控制清潔度。拆檢后的軸瓦工作表面無雜質鑲嵌或異物劃傷等情況。

8）軸承間隙。試驗后復測主軸承和連桿軸承間隙合格。

3 機理分析

結合故障樹的排查分析，A8 檔、B8 檔連桿瓦產生的異常磨損主要是因為曲軸A8檔和B8檔連桿軸頸上覆蓋油孔的徑向區域存在局部高點，使A8檔和B8檔連桿瓦相應區域接觸面較小、應力較大，局部過載導致了該區域油膜較難建立，出現了異常磨損的故障。

穴蝕是一種純機械性質的低周疲勞現象，柴油機工作時，由于曲軸軸頸在軸承間隙較大的位置變化，在重力及離心力的作用下，局部地區產生渦流，使某些部位的瞬時油壓降為負值，油膜中產生氣泡。隨后，曲軸軸頸急劇做向心運動，使潤滑油壓力增加，氣泡移動到壓力較高位置發生破裂，氣泡周圍的潤滑油迅速補充到原氣泡處，形成射流，并因此產生較高的壓力波，沖擊軸瓦局部表面，使其承受劇烈沖擊載荷。本次柴油機軸瓦處出現的穴蝕與運行工況相關，柴油機在運行時，進氣壓力、排氣壓力波動范圍較正常工況值的波動范圍大，進氣壓力、排氣壓力長期高頻率大幅波動，加劇軸瓦載荷的波動；另一方面，柴油機運轉時的轉速波動變化較大，造成油壓不穩。載荷波動和油壓不穩加劇了軸瓦的穴蝕。

4 采取的措施及驗證

1）對曲軸進行涂色及直線度檢測，著重對涂色質量較差的A8 檔、B8 檔連桿軸頸部分區域進行拋修。重新涂色滿足要求，后續復裝時，抽取B8檔連桿瓦進行拆檢，進一步檢驗維修質量。

2）通過復查調整氣閥間隙，清理清潔空濾、增壓器葉片，檢查清潔燃油系統等，降低進氣壓力、排氣壓力波動率，觀察轉速波動情況，防止軸瓦穴蝕。

通過以上操作，對柴油機再次進行100 h 的試驗，拆檢柴油機相關零部件，未發現相關軸瓦的異常磨損情況，說明以上措施可行有效，達到預期效果。