内燃机车柴油机凸轮轴窜动原因分析及预防措施

张秋铎

（太原铁路局 太原机务段，山西 太原 030045）

1 前言

我国的铁路事业从无到有，已经走过了相当长的一段路程。在高速铁路跨越式发展的今天，有人说内燃机车已经不再适应铁路形式的发展，即将退出历史的舞台。这种想法是错误的，内燃机车因其自身的优点，有着电力机车无法替代的地位。随着铁路的发展，内燃机车也随之改进，从北京型到东风系列，再到现在的HXN3、HXN5，功率不断提高，性能不断提升，燃油消耗量不断减少，排放量也不断减少，逐步达到国际标准。柴油机是内燃机车的心脏，是内燃机车的动力来源，柴油机状态的好坏直接关系到机车能否正常运行。因此，柴油机各个部件的正常运转是机车安全运行的前提。

2 问题提出

一段时间以来，我段连续出现柴油机凸轮轴窜动现象，影响了机车性能，严重影响了行车安全。目前，中修后机车上线运行第一次辅修时，柴油机凸轮轴窜动故障较多，尤其是东风4D 柴油机凸轮轴窜动严重，5 至6月就发生3 台，经多次处理，效果甚微，影响了机车的运行和正常的运输秩序。而且由于故障处空间狭窄，处理起来相当费时，延长了机车停时，而且可能引起机力紧张。我们通过对这一故障进行再一次的分析，进一步提高认识，一致认为解决凸轮轴惯性故障迫在眉睫。凸轮轴是柴油机的重要部件之一，窜动故障是凸轮轴的惯性故障，这一故障危害较大。轻则会造成柴油机连杆瓦、活塞等重要部件的损坏，重则导致机车发生机破，大部件的破损。而且这一故障的集中出现，严重影响到了机车的安全运用。所以，必须从根本上消除和预防这一故障的发生。

3 原因分析

凸轮轴是配气机构中起决定作用的部件，它控制各个气缸气门的正确、准时启闭和喷油泵的喷油准确性，从而准确的完成进排气过程和喷油过程。16V240ZJB 柴油机的凸轮轴采用优质碳素钢制成，分段制造，每根凸轮轴由四节轴端组成，每节上有和凸轮制成一体的供油凸轮、进气凸轮和排气凸轮。各段连接处带有定位的凸肩法兰，精确调整相位后用螺栓连接。凸轮轴的后端一位为止推轴承，止推轴承在靠凸轮轴凸肩的支承面上浇有抗磨合金，另一侧用开槽螺母和挡圈紧靠在抗磨合金铸造的止推法兰上[1]。凸轮轴轴肩和止推轴承的间隙正常值为0.10mm～0.25mm，中修限度为0.4mm，但因止推法兰磨损，造成这一间隙变大，从而引起凸轮轴窜动。通过对分解下的柴油机凸轮轴挡圈，止推轴承，以及止推法兰的测量，发现铜质止推法兰的磨损比较严重，一般在5 毫米以上。经分析确认引起止推法兰磨损的主要原因有以下几个方面。

3.1 凸轮轴的轴向移动偏小，油润达不到要求，油道不畅通。止推法兰和挡圈为润滑油润滑，润滑油通过凸轮轴和止推轴承间的间隙流过，从而起到润滑作用。但因为在中修安装时，这一间隙过小，不能保证在0.10mm～0.25mm，因此造成润滑油路不畅，挡圈和止推法兰干磨，止推法兰材质为金属铜，质软，易造成磨损。

3.2 与钢制的挡圈本身质量有关。经技术指导查图发现，金属钢制挡圈正面粗糙度应该为▽8，而我们使用的挡圈远远达不到要求。由于加工工艺或加工设备原因，不能使金属钢制挡圈正面的粗糙度达到▽8，而且钢制挡圈材质硬，加速了铜质止推法兰的磨损。

3.3 组装过程中也存在工具不力的原因。紧固挡圈专用螺母没有专用扳手，导致紧固力矩不够，不能很好的使挡圈牢固定位在凸轮轴座上。柴油机在运行过程中凸轮轴挡圈紧固螺母逐渐松脱，造成凸轮轴轴向窜动。

3.4 清洁度原因。在组装过程中，由于人为因素造成的摩擦面清洁度不够，可能使两个摩擦面之间存在某些杂质，这样就会加速铜质止推法兰的磨损。

除此之外，还有其他因素会导致这一故障的发生，无论是何种原因，都会引起机车故障，降低机车运行质量。

4 预防措施

机车凸轮轴窜动这一故障看似虽小，但影响较大，必须从根本上防止这一故障的出现，这样才能保证机车的正常运行。通过对产生这一故障的各种原因认真分析，提出以下预防措施。

4.1 严格落实工艺标准

在组装过程中，保持摩擦副表面的清洁度，不允许存在任何杂质，并涂抹适当的油脂润滑剂。严格界定凸轮轴和止推轴承间的间隙，使这一间隙控制在0.10mm～0.25mm 之间，从而使润滑油路畅通，使润滑效果达到最佳。

4.2 改善钢制挡圈的粗糙度

在加工过程中，提高加工精度，或者在安装前对钢制挡圈进行打磨，改善钢制挡圈的表面粗糙度，使粗糙度达到▽8，降低钢制挡圈对铜质止推法兰的磨损。

4.3 制作专用工具

由于没有专用的安装工具，致使紧固力矩不够，通过现场工作实际，工人自己制作了专用的安装工具，在紧固挡圈螺母时，使紧固力矩达到要求值。

4.4 其它预防措施可行性探讨

除以上预防措施外，还可以考虑在挡圈和子推法兰之间增加独立的润滑油道，不依靠凸轮轴和止推轴承间隙提供润滑油；把挡圈和止推法兰的滑动摩擦改为滚动摩擦，用滚动轴承代替止推法兰。

[1]哈尔冰铁路局教育处.内燃机车柴油机[M].北京：中国铁道出版社，2003.84.