柴油机曲轴检修之我见

陈银平

曲轴组合件是柴油发动机的关键部件,其性能的优劣直接关系到柴油机的质量与寿命。曲轴的质量状态直接决定柴油机的运行质量和安全水平。其检修周期和运行寿命主要决定于柴油机的运行品质和功率发挥,也决定于柴油机整体检修、维护的水平。

柴油机曲轴运用中造成损坏的因素是多方面的,除曲轴本身可能存在的材质不良、形位尺寸超差、加工质量未达标、氮化处理不当等因素外,还可能有其他原因,如曲轴组装没达到标准要求,轴瓦选配不当,维护、保养失控等等。这给柴油机安全运行带来一定的危害。笔者结合工作经验,在此对柴油机曲轴常见的检修和故障进行分析探讨。

一、柴油机曲轴常见故障的分类及原因分析

1.曲轴裂纹问题

曲轴是关键部件,解体柴油机检修必须进行磁粉探伤和着色探伤。曲轴的裂缝主要在轴颈处。一般分为两类:轴向裂纹和径向裂纹。

轴向裂纹多是因轴颈的严重磨损或表面严重拉伤所致。通常情况下,这类裂纹线可以经过打磨来判断裂纹的深度。较浅的裂纹可以采用打磨的方法消除;较深的裂纹则必须经过磨床磨削才能去除。但是,这种裂纹必须离圆角在6mm以上。裂纹已经延伸至圆角处,且裂纹较深时,已没有必要进行修理。因为圆角处应力集中最大,且处于危险断面位置。

修理时,遇到径向裂纹应特别注意。当径向裂纹离圆角距离在6mm以内,且裂纹较深的,已不可修理。裂纹较浅的可以根据曲轴断面积实际损失大小再判断是否可以修复。

2.主轴颈跳动量超差问题

运用中发现某台柴油机的部分轴瓦经常出现碾片或烧损,可能是主轴颈跳动量超差所致。机体主轴承孔同轴度超差较严重时也会出现这类问题。一般来说,曲轴主轴颈跳动量超限说明曲轴出现比较严重的弯曲变形。其原因可能与选配轴瓦时没有很好地处理各轴颈径向尺寸差异有关。

3.曲轴烧蚀及拉伤问题

引起曲轴烧蚀的主要原因是曲轴轴颈与轴瓦间未形成有效的润滑油膜,使曲轴轴颈与轴瓦直接磨损所致,也有轴瓦不匹配、加工质量未达标以及组装不良等其他原因。如果柴油机启动过程或运转阶段轴颈部分得不到充分润滑,造成轴颈半干摩擦或干摩擦。轴瓦可能有缺陷或减摩合金层剥离,使轴颈与轴瓦的钢背直接接触,导致摩擦异常。轴颈表面加工粗糙,形位公差超差,或曲轴组装时轴颈表面没有良好清洁,附有灰尘和砂粒,这些情况均会导致轴颈烧蚀或拉伤。轴颈表面出现拉伤,除上述原因外,还包括轴瓦选用不当方面的原因。实践表明,轴瓦材质出现问题是一个重要的原因。

二、关于柴油机曲轴检修的探讨

国内机车柴油机的曲轴主要有两类:锻钢轴和球墨铸铁轴。球墨铸铁曲轴的断轴率远大于锻钢曲轴。一般情况下,修复曲轴主要有以下两种方式:

1.降等级修理

当曲轴轴颈名义尺寸磨损到小于相应等级的规定值时,应降一个等级,并在修理后再使用。例如,16V240ZJB柴油机规定值有2级,每一级为0.5 mm。在同一根轴上,同名称的轴颈等级不得超过两级,按相应等级磨修后,轴颈表面必须进行氮化处理,增加硬度,提高耐磨性,并按轴颈的相应等级选配轴瓦。

2.镀铁修复

曲轴镀铁修复技术是根据曲轴存在的裂纹或拉伤情况制订修复方案。轻微裂纹或拉伤的,可以采用砂轮打磨、抛光去除缺陷。对裂纹较重、较深的,根据探伤报告计算曲轴断面的实际损失量,判断是否具有修复价值。多年实践表明,截面积允许损失率应≤0.04,此时完全满足曲轴强度校验指南的要求值。

(1)矫直。入厂修理的曲轴均存在不同程度的弯曲变形。一般来说,曲轴变形都是小范围的塑性变形。即使如此,也必须进行曲轴的矫直处理。曲轴的矫直应满足以下要求:第一,曲轴的同轴度和允许跳动量达到规定要求;第二,矫直后曲轴的技术性能不下降;第三,曲轴的弯曲率不宜超过1.5mm/m。矫正弯曲率大于1.5mm/m的曲轴具有较大风险。曲轴矫直工艺应防止以磨代矫的简化行为。

(2)曲轴的镀铁要求。镀铁层与曲轴基体的结合剪切强度应达到343～441MPa,镀铁层硬度应达到HRC50～55,镀铁层软化温度不低于300℃。一次镀铁的径向厚度不大于4mm。

曲轴采用镀铁修复工艺后,镀层表面存在网状细裂纹,因此有人提出质疑。用100倍的放大境检查镀铁层表面状态,可以看到蜘蛛网状的裂纹。这种网状裂纹不同于疲劳裂纹,是镀铁工艺特有的特征,不影响曲轴的功能发挥,曲轴可以正常使用。此外,这种网状纹里可以留存一定的润滑油,有利于轴颈的润滑,提高曲轴的耐磨性能。

(作者单位:广东省交通高级技工学校)