浅析大中功率柴油机曲轴断裂事故的原因

林海，王磊，尹彦广，郑志强，赵亮

（1.中国石油集团济柴动力有限公司，山东 济南 250306；2.中国石油集团渤海石油装备制造有限公司第一机械厂，天津 300000）

柴油机运转过程中，曲轴受力复杂，既受到交变的弯曲作用、交变的扭曲作用，还受到摩擦作用和承受很大的冲击载荷，所以当外界的载荷过大，超过曲轴的承载能力或者曲轴本身的强度下降，适应不了外载负荷对其本身的强度要求，就会发生裂纹、断裂现象。

1 原因分析

柴油机长期运转，曲轴轴颈都有比较大的磨损，轴径出现偏磨、椭圆、锥度，有的还有较深的沟槽，这就需要对轴颈进行磨销修理。曲轴轴颈经过多次磨修，其轴颈尺寸越来越小，接近或超过最小使用极限值，强度降低。由于柴油机长期运转，曲轴在较大外载负荷的长期作用下，疲劳过度，超过了本身的承载极限是造成曲轴断裂的主要原因之一。

图1 曲轴断裂图

2 使用维修方面

（1）柴油机长期超负荷运转，扭转力矩超过曲轴本身的承载能力，造成曲轴断裂。供油角度过大时，产生过高的爆发压力，使曲轴受到的机械应力增加，造成断裂。

（2）柴油机发生了飞车事故，产生过大的离心力和惯性力，使曲轴受到的机械应力增加，造成曲轴断裂。

（3）柴油机发生了抱缸、烧瓦事故，使曲轴受力增加，从而造成曲轴因疲劳而断裂。

（4）各缸供油量不均或供油角不均。各缸工作中产生的爆发压力不均，不仅使曲轴受力发生变化，而且造成各轴承磨损不均，久而久之，曲轴轴颈因受力不均，在轴径圆角根部产生应力过大，造成疲劳损伤，曲轴产生裂纹、断裂。

（5）主轴承螺母松动，或主轴承螺栓断裂，轴径失去正确的支撑，使受力力臂加长，造成曲轴断裂。轴承异常磨损，导致曲轴受力增加，从而引起曲轴裂纹或断裂。同时轴瓦异常磨损，出现严重的烧瓦事故，导致曲轴过热，强度降低，引起曲轴裂纹或断裂。

（6）连杆大头螺栓断裂，曲轴被失控的连杆击伤或卡死而断裂。

（7）柴油机发生烧瓦事故，由于烧瓦后产生大量热量传导不出去，引起曲轴过热，造成曲轴材料内部组织结构发生变化，使其强度降低而发生裂纹、断裂。

（8）飞轮紧固螺栓松动，飞轮窜动，使曲轴输出端键槽处裂纹。

（9）减振器失效或安装不正确，工作中摆动，在曲轴自由端键槽处产生裂纹。

（10）与发动机机组相连接的配套机械不匹配。发动机和工作机械配套选型不对，专用发电机组用柴油机带工程机械，或柴油机在共振转速下工作，使柴油机、曲轴产生巨大的振动，造成曲轴断裂。

（11）柴油机与配套连接机械对中不好，造成柴油机振动过大，曲轴附加应力增加，超过强度允许值而产生裂纹或断裂。

（12）柴油机外接机械负荷变化太大，带负荷时过快、过猛，曲轴承受过大的冲击载荷，造成曲轴产生裂纹、断裂。

（13）柴油机风扇端加带外力负荷，特别是横向传递力矩会造成柴油机曲轴自由端断裂。

（14）柴油机外接机械发生严重故障，发生卡死现象会将柴油机曲轴扭断。

3 制造、修理、材料方面

（1）机体主轴孔座孔不同心或气缸轴线和曲轴轴线垂直度超差，造成轴颈局部地方的附加力增加，间隙变小，引起轴颈的异常磨损，进而发展成烧瓦，产生的大量摩擦热量，造成曲轴局部过热强度降低引起裂纹、断裂。

（2）机体材料硬度不够，强度不足，尽管主轴承盖紧固力矩相同，但使用一阶段后，强度不足的主轴承座孔就会发生变形，曲轴在轴承座孔内支承受力太小部位都发生变化，产生过大的附加应力，造成曲轴断裂。

（3）曲轴材质不合格。机械性能不好，金相组织不符合要求或成分不合格，造成曲轴本身强度不足，导致在工作过程中，产生裂纹或断裂。

（4）曲轴的热处理方法不符合要求，曲轴材料内部产生过多的内应力，造成曲轴裂纹或断裂。

（5）曲轴弯曲度超差，造成轴颈局部间隙过小，附加力增大造成柴油机曲轴振动加剧，附加应力超过曲轴强度许用值而产生裂纹，造成曲轴损坏。

（6）曲轴轴径的圆角，特别内R弧的尺寸和粗糙度十分重要，粗糙度不足和R过小将使应力明显增大，往往裂纹首先从此处开始，造成曲轴断裂。

（7）曲轴平衡块位置不对或曲轴动平衡不好，造成柴油机振动过大，曲轴附加应力增加，超过曲轴的承载极限，造成曲轴裂纹或断裂。

（8）曲轴的铸造质量有缺陷，有气孔、缩松、夹渣或硬度不够、强度不足，造成使用中在机械应力和热应力作用下产生裂纹或断裂。

4 结语

柴油机经长期使用，曲轴各轴径会有正常的磨损，修理尺寸不得小于曲轴承载的最小值，运行过程中，应避免超载、飞车、烧瓦拉缸等事故的发生，加强日常的维护保养工作，从而避免和减少柴油机曲轴裂纹或断裂的事故，保证柴油机的正常使用。