内燃机车传动轴裂损原因及应对措施

宫 平

（神华宝日希勒能源有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021000）

0 引言

内燃机车中的传动轴位于柴油机和静液压变速器之间，其主要功能是将柴油机的功率输出转化为变速器的能量，来驱动相关的液压泵工作，然后输出高压的静液压油，系统可以根据油温和水温对马达的工作转速进行调整，以及对低温水进行冷却。但是内燃机车的传动轴经常出现断裂，由于传动轴是动力转移的核心装置，所以一旦其出现故障那么内燃机车就无法运行。为了采取措施来避免传动轴的断裂，下面对内燃机车传动轴断裂相关原因以及对策进行分析研究。

1 传动轴的结构

万向节、万向节叉、空心轴、中间法兰、花键轴是组成传动轴的关键部分，从多年的实践和工作的经验来看，万向节与空心轴、叉头和十字销是裂损主要发生的部位，而花键轴等部位相对较为稳固，出现断裂的情况非常少。比如：型号为DF4B7376 的内燃机车在经过几次修理之后，行走了约26 000 km 的里程就在传动轴与叉头位置出现了长约20 cm 的裂损情况，严重影响了列车的安全运行；型号为DF4C5201 的内燃机车，在2017 年经过两次辅修之后又出现了叉头部位裂损的情况，该部位出现了约11 cm 的环形的裂纹；型号为DF4C5305 的内燃机车，在2017 年经过3 次辅修行驶了大约25 000 km 之后，十字销在柴油机以及变速箱两侧均出现了折损情况，压盖螺栓也出现了断裂的情况。针对上述内燃机车经常出现的断裂情况，对断裂原因进行了分析。

2 传动轴裂损的主要部位

结合传动轴的机械结构和相应的工作原理可知，传动轴主要承载的为扭矩，并且该扭矩和柴油机的转速有着直接关系，随着柴油机转速的提高传动轴所承载的扭矩会升高，因而变扭矩是传动轴所承受转矩的一个主要特点。传动轴断裂往往出现在不同的位置，断裂原因也有一定差异。传动轴出现断裂的部位主要有以下5 个。

（1）万向叉头与空心轴焊接处的位置断裂。这两个部位的连接主要是通过焊接来完成的，二者的应力相对较为集中，在工作过程中要承受长期的扭矩，所以该部位非常容易出现疲劳的情况。该情况还会沿着旋转的部位延伸，在裂纹的另外一端会按照剪切角向焊接处的方向斜向发展，如果不断变化的扭矩超过了该部位的疲劳极限，就会造成传动轴的断裂。从实际工作的经验来看，该部位是发生裂损频率最高的部位。

（2）叉头部位的断裂主要是从叉头的根部开始在转矩的作用下将叉头撕裂。在其断裂的界面可以十分清晰地看到叉头部位断裂的花纹，疲劳断裂的特点十分明显。

（3）十字销是传动轴受力较大的部位之一，断裂主要出现在环向的剪切应力方向。从断裂面的情况来看，其断裂主要是从根部的毛细裂纹开始，当沿着圆周方向全部断裂之后会使得其受力急剧增大，导致十字销被切断。

（4）十字销压盖螺栓断裂主要指的是十字销的压盖螺栓出现全部和部分折断的情况。通常情况下前者是由于螺栓自身强度问题导致的，而后者则是螺栓的组合不当导致的。

（5）花键轴部位的裂纹通常情况下与选择的方向呈现一定角度。

3 传动轴裂损原因

焊接工艺不当造成裂损部位残余应力过大，变速箱、柴油机曲轴和车架等的中心线出现公差等都会造成传动轴断裂。总体来看，传动轴断裂的原因主要有：传动轴断裂很大程度上是与检测的工艺有关；十字销的轴向的移动、十字销与轴承之间的缝隙、十字销与叉头之间的缝隙以及与花键之间的缝隙等，如果不符合既定的技术标准要求，在后续组装之后就会出现传动轴各种受力不均匀的情况，加之其所承受的不断变化的应力，就会出现对应部位超过其疲劳极限的应力，最终导致相应部位断裂。

对断裂情况进行调研的过程中发现，相关工作人员未对传动轴的各部位按照既定的标准来对其进行清洗，只用毛巾进行了简单的擦拭，这不仅严重影响了间隙测量的精度，而且也对内部的探伤产生一定影响。也有一部分工作人员在检修的过程中只是对经常断裂的部位进行表面观察、用锤子敲打判断螺栓是否出现松脱，未严格按照日常检修的相关技术标准来检查十字销、叉头等部位的间隙是否满足要求。由于在入库前未对关键的零部件进行相应的检查，导致在交验的时候多次出现法兰间隙大、传动轴跳动的情况。从多次出现的传动轴断裂情况来看，这些故障往往是在对传动轴探伤不久而出现的，有些是在刚刚更换传动轴不久就出现的，并且在部分探伤过程中发现的不少断裂情况都是在刚刚检修之后发生的。

4 传动轴裂损的应对措施

4.1 零部件与装配质量控制

零部件与装配质量控制是机车传动轴的装配质量和静液压变速箱组装精度及对各部位尺寸限值组装间隙的控制，是防止传动轴裂损的根本保证。所以可以从以下3 个方面来进行保障。

（1）对传动轴相关部分的零部件采购过程中的质量进行严格把关。

（2）按照相关的技术标准对零件进行检测，查看是否合格。

（3）严格按照既定的技术标准流程来对零部件进行装配，并且在装配过程中及时对装配质量进行检测，确保装配质量。

4.2 提升探伤质量

有效的探伤手段是防止传动轴出现断裂的有效措施。可以采取以下的措施来提升探伤的质量：

（1）与生产传动系统的厂家进行合作，研发相应的探伤设备以及探伤技术。

（2）与高校和科研院所合作，研发相应的探伤技术及设备。

（3）在采购过程中要对探伤设备的可靠性、成功率等指标进行严格把关，确保选择相对稳定的、探伤成功率相对较高的设备。

（4）结合探伤设备与相关技术开展针对员工探伤相关技术和流程的培训。

（5）制定标准化的探伤技术流程。

（6）强化责任安全意识，责任明确到人以加强按照规范技术流程进行探伤的过程。

4.3 严格执行工艺标准

在探伤过程中，要严格按照相应的技术流程与标准，有效避免传动轴断裂事故的发生。探伤过程中尤其要注意以下这些问题。

（1）跳动量如果超出技术标准则在很大概率上会出现传动轴的断裂，所以可以对其进行加厚处理，控制其轴向的跳动不得超过0.4 mm。

（2）如果由于轴向的间隙较小导致拆卸不方便，可以使用铜锤来进行松懈处理。

（3）在转动不灵活的情况下进行装配则很可能造成十字销的粘连，所以可以通过减少两侧垫子的方式来使得其更加的灵活。

（4）检修过程中如果出现十字销轴承的套转，则会在很大程度上使外径磨损的程度加大，并且因此也会产生相对较大的跳动。所以在检修过程中必须采用相应的设备来对相应位置的间隙进行测量，确保间隙在允许的范围内，否则就要对设备进行修复。

（5）如果发现十字销的外径超过既定的技术标准则，可以更换新的十字销以确保外径在既定的技术标准范围内。

（6）体孔不洁通常会造成皮带的卡滞，可以利用纱布对其进行打磨保证其清洁度。

（7）体孔过盈超限也是传动轴检修过程中常见的问题，通过对皮带进行相应的检查发现在皮带上都有相应的卡滞粘痕。在对体孔进行测量的过程中如果其超出既定的技术标准，在进行组装的时候轴承的间隙就会被大幅度缩小，从而导致十字销出现摩擦和发热的现象，最终会导致十字销的折断。所以如果体孔与十字销存在过盈超限现象，则必须对其进行报废处理。

（8）通常情况下内燃机车中法兰所采用的为六角头铰制孔用半螺纹螺栓，在对其进行加固处理的时候需要加入垫片。

5 结束语

对内燃机车传动轴经常所见的故障进行了分析，并结合传动轴的机械结构和工作原理分析了传动轴断裂的原因，并给出了避免传动轴断裂的主要措施，可以为内燃机车传动轴的检修提供一定的技术支持。但是造成内燃机车传动轴断裂的因素还有很多，在实际工作过程中必须要对断裂的原因以及修理的措施进行不断总结，才能在一定程度上避免传动轴断裂的情况。此外，新的探伤技术和设备的研发以及应用也是避免传动轴断裂的有效措施之一，所以必须要注重新技术以及设备的应用。