柴油机曲轴故障浅析

第５卷第２期　南通航运职业技术学院学报　ＶｏＩ．５　Ｎｏ．２　２００６年６月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＮＡＮ＇ｒＯＮＣ，ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ＆ＴＥＥ｝玎　ＣＡＬ　ＳＨＩＰＰＩＮＧ　ＣＯＬＩＥＣ，Ｅ　Ｊｔｍ．２００６　柴油机曲轴故障浅析　王文贵，袁成岗　（南通－￣Ｌｉｇ．ｔｉｅ，．，ｌｋ技术学院轮机工程系，江苏南通２２６００６）　摘要：柴油机曲轴故障由曲轴本身质量及操作管理方面的原因而产生的．文章分析了因操作管理不当而引起的柴　油机曲轴故障现象，同时对其修复方法作简要阐述．　关键词：柴油机曲轴；故障；分析；修复　中图分类号：ＴＫ４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—９８９１（２００６）０２－００４２－０３　０引言　柴油机曲轴是柴油机中至关重要的机件，它的造价占整部柴油机的１／４左右。若曲轴发生故障，轻则　影响柴油机的动力性、经济性，重则会导致机毁人伤的重大事故。　曲轴由于活塞组件的往复运动变为回转运动，将作用于活塞上的燃气压力转变为动力矩并受到周期　性的变化。由于运动机件的惯性和离心力的作用，使曲轴产生扭转、弯曲、剪切和拉伸、压缩等复杂的交变　应力，同时受到海浪、风力、负荷的影响，因此曲轴的工作环境是极其恶劣的。　１　柴油机曲轴故障及其分析　曲轴故障原因大多数是由管理操作不当引起的。　（１）柴油机长期超负荷工作使曲轴长期处于疲劳状态，或柴油机起动后没使柴油机过度运转，立即加　大油门高速运转，极易产生故障。因为曲轴原处于静止状态，由于曲轴本身及活塞连杆组件的重量作用，使　曲轴紧压着轴瓦，轴瓦中原含有的滑油大多被从曲轴与轴瓦的间隙中挤压出去。当曲轴处于高速运转时，　因为滑油少，不能形成油膜，曲轴与轴瓦之间不能产生液体磨擦，只能处于半干或干磨擦状态，致使轴瓦在　高温下熔化，即“烧瓦”，形成“瓦抱曲轴”的现象。　（２）曲轴和轴瓦磨损异常主要是润滑系统的故障造成的。油压低或滑油含水变稀，若曲轴轴瓦烧瓦后　在即将死机时，因气缸内活塞还在往复运动作功，加之飞轮的惯性，曲轴会继续转动一个转角。但此时轴瓦　已与曲轴抱在一起了，于是轴瓦在瓦座内也转动了一个转角，．操作人员强行转动曲轴或重新起动，使瓦座　磨损加剧。而新瓦装不上是因为“烧瓦”时高温使轴瓦合金熔化，瓦背和座孔表面机械强度下降，当熔化的　合金物被挤压出去后，轴瓦间隙突然变大导致轴瓦的定位凸肩滑出定位槽。　（３）滑油中含有机械杂质，或其他杂质颗粒，致使曲轴锥度和椭圆度的产生，因为曲轴的轴颈不圆，使　润滑油的分布不均，从而使润滑性能下降，轴瓦温度升高，导致“烧瓦”。　（４）连杆轴瓦间隙过大，滑油不易储存，间隙过小，滑油不足，轴瓦会咬住轴颈形成“烧瓦”。　（５）曲轴窜动，即曲轴的轴向移动量超过了规定值，由于柴油机的运转，使曲轴前移，迫使活塞连杆组　件位移。不仅造成曲轴以及活塞气缸套局部严重偏磨，引起柴油机大量耗用滑油，功率下降，还会产生严重　的敲击噪音。其原因是：为了防止曲轴窜动，多采用止推片来限位。安装时把有油槽的面靠轴承侧面，以使　收稿日期：２００６－０４－０５　作者简介：王文贵（１９４９一），男，江苏南通人，南通航运职业技术学院轮机工程系实验师：　袁成岗（１９７３一），男，江苏启东人，南通航运职业技术学院轮机工程系实验师，甲类轮机长。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　王文贵，袁成岗：柴油机曲轴故障浅析　４３　飞溅的机油流入油槽内进行润滑，减少曲轴与止推面之间磨损。如果安装反了，机油不能流入油槽内润滑，　曲轴止推面就容易使止推片磨损，使曲轴窜动。　（６）曲轴主轴承盖螺母松动，使曲轴失去应有的支承作用。若有一道主轴承盖松动后，该道轴与轴瓦　间的间隙必然超过允许值，对该道主轴颈失去支承力，就会迫使这些部位的连杆和轴颈部分形成悬臂探形　式。曲轴在这种情况下工作，它的强度明显不够，曲轴对抗变形能力大为减少，并交变地产生弯曲应力。曲　轴的弯曲变形使曲轴轴劲过渡圆角产生的弯曲应力也就越大，如弯曲应力超过曲轴的疲劳强度时，即有可　能导致曲轴在轴颈圆角的部分断裂。　（７）柴油机在运行一段时间后，若不及时进行合理的维修保养，将造成滑油泵限压阀、滑油泵等零件　磨损失效变形。滑油过滤器滤芯被油污、油泥堵塞，使滑油压力降低，引起曲轴轴瓦“烧瓦”。　（８）在修理曲轴时，往往不注意对过滤圆角的精心维护，磨削的砂轮圆角没有按照曲轴设计圆角半径　修理。一般主轴径圆角半径应不小于５￣６．５ｍｍ，拐径圆角半径不小于４－－５ｍｍ，圆角过小不能完全消除尖角　的应力集中，圆角过大影响连杆与曲轴的拐径及曲轴与机体的轴间移动，也增加了气缸套与活塞及曲轴与　机体之间的磨擦平面。有的柴油机曲轴采用滚动轴承，在操作中常常发现其径间间隙增大，甚至有的使支　撑保持架碎裂。若在运转过程中，尤其是加速时，柴油机抖动猛烈，是因为柴油机转速不稳，时高时低，油门　拉杆来回摆动，控制不住。在常负荷运转时，若猛然加大油门，使曲轴在高转速情况下受到较大冲力，就会　导致主轴承磨损加快。　（９）柴油机在工作时，若发生活塞在气缸中咬死，连杆打弯，传动齿轮“咬死”，螺旋桨打在暗礁上等　意外事故，迫使自行停车，致使曲轴受到过大的扭力作用，使曲轴产生扭曲变形。　（１０）曲轴在运转后，主轴瓦发生不同程度的磨损，造成主轴颈中心线偏移，会使曲轴回转半径加大，　各缸工作不均匀。如某一缸拐径磨损特别严重，可能产生活塞顶部撞气口，有的使柴油机发生剧烈的抖动，　促使曲轴断裂。　２曲轴故障修复方法　曲轴的修复是整个柴油机修复质量的关键，如不能修复到曲轴的设计形位公差，将对柴油机的动力　性、经济性、使用寿命带来重大隐患，轻则使柴油机振动、噪声、排放超标，整机性能不足，经济指数下降，严　重时整个机件报废。　（１）经常检查柴油机燃油系统，尤其是供油定时的调整，供油时间过早对曲轴的伤害是严重的。润滑　系统中，保持滑油干净，达到规定的数量、压力、温度，各缸供油量要做到均匀一致。　（２）柴油机起动时及运转中动作恰当，不要猛起动，注意运转中的各系统性能参数，停机时也不应突　然停车。　（３）经常测量柴油机的拐挡差，及时调整主轴承间隙。在更换轴瓦时应检查其曲轴轴颈的锥度和椭圆　度，若超过极限应予修理，以免造成轴颈、轴瓦的接触面减小，单位面积压力增大，控制轴间间隙的磨损。　（４）曲轴维修时，特别注意过滤网：的保护。　（５）曲轴主轴颈和曲颈表面不得有磨损、拉伤、腐蚀和锈蚀的伤斑点。如轴颈用锉刀修拂过后必须经　过研磨抛光，轴颈上不能有凹凸不平的缺陷，否则曲轴和轴承将加速磨损，曲轴的耐疲劳强度明显下降。　（６）柴油机停止运转后必须定时盘动飞轮，使曲轴轮换转角，防止曲轴长期单边受力，引起曲轴的变　形。　（７）曲轴产生扭转变形后，就会严重地影响柴油机的正常工作，影响气阀启闭角度。在与规定标准相　差较大时，必须调整这部分几只气缸的配气凸轮转角角度，使平面齿轮牙齿适度地转过一二牙，使柴油机　基本上仍然能够按照标准规定角度启闭气阀。　（８）轴颈磨损超过极限，经喷镀修复的曲轴，当轴颈光磨到最后一个修复尺寸时，因这时喷镀层已经　很薄了，和基体金属粘着不好的缺陷容易暴露出来，必须细心检查，当检查到过渡圆角喷镀层边缘有部分　翘起时，应使用锋利的凿子将它剔掉，否则反而容易出事故。　（下转第４６页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

南通航运职业技术学院学报　２００６年　重复。缺点也很突出，如轮机员的技术跟不上要求，需要强大的岸基支持，这给船舶安全带来一定的隐患。　另外康明斯系列柴油机以陆用为主，作为船用其结构还须改进。比如排烟管路较长、弯头较多，使得排烟背　压升高，导致了冒黑烟现象比较严重。某轮两台康明斯发电机组就存在这样的缺陷，而另一台应急机组由　于装在机舱以外，排烟管路较短、弯头较少，就没有冒黑烟现象。随着２００５年５月ｌ９日ＭＡＲＰＯＬ７３／７８公　约附则Ⅵ防止船舶造成大气污染规则的生效实施，这样的缺陷将不得不解决。彻底解决方法只有在设计安　装时，排烟管尽量缩短、加粗和减少弯头以减小排烟背压。　３结束语　综上所述，康明斯柴油机在船上使用的优点明显，应用前景非常广阔。但为了适应船用的特殊性，还要　加强以下几点：建立强大的售后服务体系即岸基支持；重视用户的信息反馈，以不断改进缺陷；与相关院校　联合办学，使从业人员提前掌握有关技术，最好做到产、学、研、用有机结合。这样，康明斯柴油机在船上的　应用，一定会得到更好地推广。　Ｏｎ　ｔｈｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｍｉｎｓ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　ｉｎ　Ｓｈｉｐｓ　ＧＥ　Ｚｈｉ—ｘｉａｎｇ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｎａｖａｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｏｃｅａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｊｉｎｇ　ａＪｉｎｇｓｕ２１２０００）ａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｎ　ｓｈｉｐｓ　ｎｅｅｄｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ．　Ｃｏｎｍｉｎｓ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　ａｐｐＨｅｄ　ｎ　ｉｓｈｉｐｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｔｅｎｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｐｏｐｕｏｌａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｓ　ｗｉｔｈ　ｈｅ　ａｕｔｔｈｏｒ＇ｓ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏ　ｔａｎａｌｙｚｅ　ｈｅ　ｔｍｅｒｉｔｓ　ｎｄ　ａｄｅｍｅｒｉｔｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｔａｉｎｓ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　ｕｓｅｄ　ｎ　ｓｉｈｉｐｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｔａｉｎｓ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ；ＰＴ　ｆｕｅｌ　ｏｉｌ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｆｕｅｌ　ｏｉｌ　ｎｉｊｅｃｔｉｏｎ；Ｍｅｒｉｓｔ　ｎｄ　ａｄｅｍｅｒｉｓｔ　（上接笫４３页）　（９）安装带有平衡铁块的曲轴时，由于平衡错位或运行之后铁块的松动，破坏了曲轴的平衡。曲轴承　受很大的惯性冲击力的作用，时间长了曲轴因疲劳而断裂。平衡铁块的销子如果松了应配以新的销子重新　固定，配重的螺钉固定在曲柄上的，如果螺钉的保险损坏了，螺钉也应一起换新，并且要仔细检查是否与配　重的曲柄配合松动而引起的，如果松的话，须经电焊焊接修复。　（１０）轴颈经过多次修理，油孔口缘逐渐成为尖锐的棱边，容易刮伤轴承，须用三角刮刀或砂条作倒角　处理。　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｏｆ　Ｄｉｓｅｌｅ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ　ＷＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｇｕｉ，ＹＵＡＮ　Ｃｈｅｎｇ－ｇａｎｇ　（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｓｈｉｐｐｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｊｉｎｇｓｕ　ａ２２６００６）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆｔｈｅ　ｉｅｓｅｌｄ　ｍａｙ　ｂｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｙ　ｏｆｔｔｈｅ　ｓｈａｆｔ　ｉｓｅｌｔｆｏｒ　ｈｅ　ｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｅ　ｏｐｅｒａｔｔｏｒ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｇｉｖｅｓ　ｓｏｍｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｒｅｐａｉｉｎｇ　ｏｎ　ｔｒｈｅ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｈｅ　ｔ０ｐｅｒａｔｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ；Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ；Ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｒｅｐａｉｉｎｇ　ｒ