DF4D机车柴油机缸套破损故障的分析和处理

张汉波 刘 彬 上海铁路局合肥机务段

DF4D机车柴油机缸套破损故障的分析和处理

张汉波 刘 彬 上海铁路局合肥机务段

通过对DF4D机车柴油机破损故障的分析，指出了检修工艺执行中存在的一些问题，同时提出了解决措施和判断问题的方法。

DF4D；柴油机，破损；分析；处理

1 前言

DF4D机车是为满足我国铁路客运提速需要而设计制造的，其柴油机型号为16V240ZJD，是240/275柴油机的系列产品，标定功率3 240 kW，该机车自1999年配属我段以来故障率较低，但最近两年随着机车运用时间的延长，牵引速度的提高，乘务方式的改变等因素造成柴油机部件的破损增加。如果发生柴油机破损故障，一方面严重影响铁路运输秩序，特别是DF4DK机车牵引的是客车更是影响大；另一方面造成较大配件的损坏。因此对故障的分析及预防至关重要，只有分析出真正的原因才能制定出针对性的技术措施来预防此类故障的再次发生。

2 故障分析和处理

2.1 故障现象

2013-2014年我段有二台DF4D型机车担当客运任务时在途中柴油机突然水温高停机，乘务员检查时发现高温水位下降，机班要求侧线停车检查。停车后发现高温水箱无水，低温水箱水位不足一分，柴油机10缸附近有异音，后请求救援。机车回段后，检查发现10缸缸套在支承法兰下面根部过渡圆处圆周断裂，非常齐整，同时缸套在断裂后下降，缸套下部被连杆打碎，油底壳进水。连杆杆身有撞击痕迹。（缸套破损情况见图1），进一步扩大检查发现2缸缸套裂纹（见图2）。

图1 缸套破损情况

图2 2缸缸套裂纹

该机车中修后走行公里约6万km。这种故障现象比较罕见，从断口处可以判断是疲劳裂纹。从发生断裂的疲劳源看是气缸套支承法兰下面根部过渡圆处的应力集中区产生的。为查找原因我们从该气缸套的受力情况，检修工艺执行，配件检修记录等方面进行查询分析。

2.2 故障原因

（1）气缸套承受高温高压的作用，DF4D机车柴油机缸套燃烧室内的燃气最高温度可达1 500℃左右，最高燃烧压力可达14 MPa，比DF4B机车的最高压力大约2 MPa。这样的高温高压燃气对缸套内壁造成较大的交变温差应力（进气温度为100℃左右，缸套内壁受到100℃-1 500℃的温度变化的作用）。同时DF4D机车柴油机缸套同DF4B相比支承法兰的厚度减少了39 mm。虽然法兰的外径也相应的减少，但是法兰与缸套圆柱部分过渡圆处受到的应力大大增加。

（2）气缸组件安装在机体时，如果与机体孔的配合间隙超出要求 (上部间隙0．07 mm～0．175 mm，下部间隙为 0．08 mm～0．17 mm)，特别是间隙偏大，气缸套的刚度降低，促使振动加大，缸套断裂的可能性加大。查询记名检修记录和测量机体缸套安装孔符合技术要求，排除了此类原因。

（3）检查检修记名记录时发现该气缸垫厚度比其他缸垫片厚度偏小，比平均厚度小0.4 mm。同时对作业现场检查发现工作者在安装缸套和调整计算气缸套垫片时没有固定气缸套，盘车活塞上行时，缸套也向上运动，测量缸套与水套法兰的间隙远大于0.03 mm。因为DF4DK柴油机缸套相比DF4B机车柴油机缸套由过盈配合变为间隙配合。此时测量的缸套调整垫片的厚度比实际要小的多。由于该缸套在测量的缸套调整垫片的厚度比实际要小的多，造成柴油机在工作中，压缩压力偏大，活塞侧压力增大压迫缸套使缸套变形，并发生高频振动，当活塞在上止点附近变换方向时，由于活塞间存在热间隙，活塞的头尾倾斜横摆，并以很高的加速度冲击缸套，引起缸套的振动，导致缸套在应力最集中地法兰根部过渡圆处发生断裂。

2.3 措施

（1）气缸套不许有裂纹，特别是法兰支承处，内表面不许有严重拉伤，气缸套外表面穴蚀深度中修时不大于6 mm，组装时水套与缸套进行分组选配，保证两者的配合间隙为0.020 mm-0.104 mm。在缸套上装上三道“0”型密封圈。密封圈应贴实平整、无扭曲现象。将选配好的水套放在压力工作台上，并在水套法兰上装好的“0”型橡胶密封圈。密封圈应贴实、平整、无扭曲现象。然后将缸套装入水套（缸套的配合圆面应涂以适量机油）再用压力机缓缓压入，到位后用塞尺检查。缸套与水套的联接法兰应密贴。允许有不大于0.03 mm的局部间隙，但其总长度不大于圆周的1/6。将组装好的缸套吊至水压试验台上，进行0.4 MPa水压试验，保压5 min不得泄漏。

（2）如缸套往机体上安装时发生安装过紧或过松时，应测量水套与机体配合的上下定位圆直径尺寸 (名义尺寸为φ300 mm和φ299 mm)，其与机体孔的配合间隙应符合要求 (上部间隙0．07 mm～0．175 mm，下部间隙为 0．08 mm～0．17 mm)，不得强行装入。

（3）确定气缸套调整垫片的厚度时应用卡具固定缸套法兰面压紧缸套，防止盘车时活塞带动缸套运动，用塞尺检查。缸套与水套的联接法兰应密贴。允许有不大于0.03 mm的局部间隙，但其总长度不大于圆周的1/6。然后盘车使活塞处于上止点位置，再按公式计算出调整垫片的厚度§=（H-A）+B-C(mm)。

（4）柴油机水阻试验时测量压缩压力和爆发压力必须符合要求。压缩压力：2.65 MPa-2.85 MPa，各缸压力差≤0.15 MPa。爆发压力：≤14 MPa，各缸差0.6 MPa。对不符合要求的必须查找原因并消除之。

3 结束语

通过对缸套断裂的分析我们找到了导致发生此类故障的原因，并提出了针对性的解决措施，制作了专用固定缸套的卡具，在生产中得到了实施并取得了良好的效果，到目前为止没有再发生同类故障，保证了机车质量。

[1]大连机车车辆厂,《东风4型内燃机车》，大连理工大学出版社，1993.

责任编辑：宋飞 张萼辉

来稿时间：2015-8-17