内燃机车柴油机典型曲轴断裂故障研究

内燃机车柴油机典型曲轴断裂故障研究摘要:曲轴断裂是发动机严重的机件故障，断裂一般发生在曲柄销和主轴颈与曲柄臂的连接圆角处或轴颈油孔等应力集中部位。通常情况下，导致曲轴断裂的因素是多方面的，常常是内因与外因的共同作用引起的。本文主要通过对运行状态下的曲轴进行受力分析以及对曲轴的断裂面进行理化分析，从而找出除质量因素之外，造成曲轴断裂故障发生的原因，并拿出相应的预防、控制方法，避免曲轴断裂故障的发生。关键词：内燃机、曲轴断裂、典型曲轴是发动机的关键零部件之一，其性能好坏直接影响发动机的使用性能和寿命。曲轴工作时承受着交变大负荷的弯矩、扭矩和冲击，因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨损性能。现阶段制成柴油机曲轴的材料主要分为合金钢全纤维锻造曲轴和全铸铁曲轴。目前，我国现有的模具制造技术和相关设备并不能达到钢曲轴毛坯的锻造技术要求。锻钢曲轴虽然具备较高的综合机械性能，但是其制造的工艺比较复杂，对设备的要求也高，因此制作成本比铸铁曲轴高。1曲轴常见断裂故障及原因分析在实际运用中，曲轴可能由于修理人员修理方法不当或者受到碾瓦、油水锤等外部因素的作用，导致其失效，甚至发生断裂故障。造成曲轴断裂的因素很多，油、水锤引起曲轴断裂和柴油机碾瓦引起曲轴断裂是比较典型的外部因素[1]。1.1油、水锤引起曲轴断裂。1.1.1发动机汽缸进水。发动机汽缸进水造成连杆断裂的现象称为“水锤（WaterHammer）”。车辆在行驶过程中，如果由于环境的因素如遇到暴雨天气等，导致发动机不小心将水吸入汽缸中，最初进入汽缸的水，在缸体高温的作用下很快形成水蒸气，使该缸无法形成可燃混合气。随着进水量的增多，水会积存在活塞顶部，使燃烧室的有效容积减小，压缩阻力增大，活塞传给连杆的压力也增大。当积水量达到一定程度(如接近燃烧室容积)时，压缩行程实际上变成了对水的压缩，连杆所承受的压力急剧增大，以至发生弯曲变形直至断裂，从而打破发动机缸体。现代发动机一般采用直径较大的进气总管和进气阻力系数较小、呈弯曲手指状的进气歧管，给空气的进入提供便利的条件[2]。然而，如果车辆在深水路面行驶，这种结构同样给水的进入提供便利条件。一般情况下，当水被吸入进气管时，由于惯性，水将首先涌到水平的进气总管末端，然后再往回流，导致位于进气总管末端的第一缸进气歧管最易进水。另一方面，多数发动机的混合气是在喷油器将燃油喷射到进气门附近开始形成的，各缸混合气的形成彼此独立。只要进气系统还有空气进入，其他汽缸仍可形成可燃混合气，使发动机运转，导致进水汽缸的连杆弯曲，最终断裂。因此，车辆在涉水行驶时要格外小心。当发现道路积水较深，有可能造成发动机进水时切不可强行通过，避免造成不必要的损失。1.1.2发动机喷油系统异常。通常把燃油喷射过多造成连杆断裂的现象称为“汽锤（GasHammer）”。有些汽车用户将自行加装的防盗器接在了第二缸喷油器的控制线路上。从防盗器的工作电路分析，第二缸喷油器一直处于连通状态，即第二缸一直在喷油。随着第二缸内储存的燃油越来越多，在压缩行程中，第二缸连杆要承受的压力逐渐增大，而当这个压力超过连杆所能承受的极限时，连杆就被压弯。在继续使用的过程中，连杆疲劳变形，最终断裂，导致发动机缸体被高速运动的连杆打破。因喷油过多的问题导致的连杆断裂，一般没有规律可循，要视具体情况而定。在检查发动机时，要注意观察各汽缸的燃烧情况。一般喷油较多的汽缸，因为可燃混合气较其它汽缸浓，缸筒和缸盖都会比其它缸黑。再进一步检查喷油器及喷油控制的相关线路。汽缸进水导致连杆断裂，一般都是进气歧管末端所对应的汽缸连杆发生断裂(四缸发动机为第一缸或者第四缸)。1.2柴油机碾瓦引起曲轴断裂。柴油机碾瓦，又称烧瓦。烧瓦是发动机最严重的机械故障，虽然造成的原因各有不同，但根本结果是发动机曲轴与大瓦、小瓦之间由于没有油膜保护而出现严重干磨，接触表面达到极限高温，曲轴颈与大小瓦之间相互烧结、熔化、咬死，致使发动机无法转动。造成这种现象有机械故障，也有人为原因，主要有以下几种可能：（1）冷启动时大负荷运转，机油在低温较粘稠状态时尚未润滑到轴瓦，而轴瓦表面因大负荷已形成瞬时高温，造成金属相互烧熔抱死；（2）发动机使用时间长了，随着正常磨损的加大，会导致轴瓦间隙变大，有明显瓦响，导致机油在中途流失并泄压，轴瓦间供油量不足，形成高温，造成烧熔抱死；（3）缺少冷却水或较长时间高温行驶，机油温度快速上升，失去粘稠度，在轴与瓦表面不能形成保护油膜，造成较严重的摩擦烧熔抱死；（4）机油泵的供油压力减小，机油难以用标准压力到达指定润滑位置。机油滤网、油道被杂质堵塞，使通往曲轴的机油受到阻断，机油管路发生泄漏，导致润滑系供应压力下降，造成轴瓦干磨抱死；（5）因气缸垫油气水串通、水套腐蚀、汽油雾化不良等各种原因导致机油与水，机油与汽油混合，破坏了机油成分或稀释了机油，也会造成“烧瓦抱轴”；（6）不加选择地使用各种机油添加剂，破坏了机油分子结构，造成机油在油道中流速过慢、过稀，润滑功能降低也会导致使轴瓦抱死；（7）长时间不更换机油，使用假机油，均会产生“烧瓦抱轴”。2曲轴断裂应对措施2.1油、水锤的控制。柴油机在停机24小时以上时，在启动前，要先打开各缸示功阀，在不向气缸内通燃油的情况下，用启动电机带动曲轴旋转，以甩出气缸内由于某种原因积存的油水。平常在使用机车时，要经常观察柴油机的排烟情况，若有大量的白烟或蓝烟排出，说明气缸内可能有油、水进入，应及时采取措施。2.2柴油机碾瓦的控制。对柴油机检修时，要选配合理的轴瓦，严格控制机体和曲轴的检修质量；使用有质量保证的机油等。结束语曲轴断裂的发生往往会导致发动机报废，造成较大经济损失。本文通过对曲轴断裂的原因进行总结和分析，不仅能够对汽车生产厂家提高产品质量水平有积极的促进作用，而且能指导用户正确使用车辆，避免产生不必要的维修费用。参考文献：[1]陈予等.机车柴油机曲轴断裂故障分析[J].机车车辆工艺,2009,4(8).[3]蔡定滨等.压缩机曲轴断裂分析[J].国外金属热处理.2002年第2期.