新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)連桿軸瓦拉傷的檢驗(yàn)方法

 

摘要：連桿軸瓦是連接柴油發(fā)電機(jī)的曲軸和連桿的關(guān)鍵零部件，其損傷會(huì)嚴(yán)重影響柴油機(jī)的工作性能和使用壽命，連桿瓦主要損壞形式有早期磨損和燒熔、腐蝕、擦傷、疲勞裂紋和剝落等常見現(xiàn)象。康明斯公司在本文針對(duì)連桿瓦磨損的原因進(jìn)行分析，并對(duì)檢驗(yàn)方法進(jìn)行介紹，以提高連桿部件的修理質(zhì)量。同時(shí)提醒柴油機(jī)修理工應(yīng)采取有效的預(yù)防措施，減少連桿軸瓦損傷的發(fā)生。

 

一、連桿軸瓦技術(shù)要求

 

      連桿瓦包括連桿上瓦和連桿下瓦，安裝在連桿和曲軸的連接部位，起耐磨、連接、支撐、傳動(dòng)作用。由薄鋼背和減磨合金層制成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料成分如圖2所示。參照GJB1527的有關(guān)規(guī)定，軸瓦與柴油機(jī)一起進(jìn)行耐久性考核時(shí)，對(duì)于高功率密度的柴油機(jī)配用的軸瓦其無(wú)故障工作時(shí)間一般為700～1000h。

1、材料成分

（1）鋼背

① 粉末燒結(jié)銅鉛合金、鑄造巴氏合金和銅基合金軸瓦的鋼背，采用08、10、15鋼。

② 軋制和其它工藝的巴氏合金銅基合金和鋁基合金軸瓦的鋼背，采用08AL、08.、10鋼。鋼材的化學(xué)成分和力學(xué)性能均應(yīng)符合GB699的規(guī)定。

（2）主耐磨層

      主耐磨層采用的合金為錫基和鉛基巴氏合金、銅基合金、鋁基合金以及其它按產(chǎn)品圖樣規(guī)定的合金。各種不同材質(zhì)的優(yōu)勢(shì)對(duì)比如表1所列。

（3）表耐磨層

① 鉛錫合金：含錫量為8％～12％；鉛余量；其他雜質(zhì)總和不大于3.5％。

② 鉛錫銅合金：按PbSn12Cu2、PbSn18Cu2兩種合金或符合含錫量為9％～11％；銅至1％～3％；鉛余量。

表1  連桿軸瓦的材料性質(zhì)比對(duì)

 

2、設(shè)計(jì)要求

      軸瓦支承曲軸，承受氣體壓力和活塞連桿組往復(fù)與旋轉(zhuǎn)慣性力的交變沖擊載荷，并傳遞至機(jī)體軸承座。軸瓦的設(shè)計(jì)要求如下：

（1）軸瓦應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度和熱硬度；

（2）具有良好的抗咬合性、嵌藏性和順應(yīng)性；

（3）具有良好的耐腐蝕性；

（4）鋼背與合金層應(yīng)具有良好的粘合性能，并具有足夠的屈服強(qiáng)度；

（5）軸瓦應(yīng)視不同使用條件選取具有相應(yīng)散熱性能的材料。

3、性能要求

（1）內(nèi)部缺陷

      主耐磨層金相組織應(yīng)均勻，不得有夾雜物、氣孔縮松等缺陷。

（2）硬度

① 巴氏合金：16～32HBS（HBW）。

②  鉛錫合金為16～21HV5；鉛錫銅合金為17～22HV5。

（3）粘合強(qiáng)度

      主耐磨層與鋼背、表耐磨層與主耐磨層應(yīng)牢固粘合，不得有剝落現(xiàn)象。

（4）貼合度

      軸瓦外圓表面與軸承孔的貼合度應(yīng)不小于鋼背面積的85％，不貼合面應(yīng)呈分散分布，其中最大集中面積應(yīng)不大于鋼背面積的10％。

 

圖1  柴油機(jī)軸瓦結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  柴油機(jī)連桿軸瓦材料成分組織

 

二、連桿軸瓦常見損傷原因

 

1、早期磨損和燒熔

    連桿瓦磨損使軸瓦與軸頸的正常配合間隙遭到破壞，尤其是連桿的上瓦片磨損更為顯著。燒瓦是軸瓦的嚴(yán)重?fù)p壞故障，燒瓦是指合金層燒熔粘附在軸頸上，造成曲軸頸的磨損和抱軸事故。連桿軸瓦早期磨損和燒熔的原因有：

（1）連桿軸瓦在保持良好的潤(rùn)滑條件下，其正常磨損量是很小的。如果有異物灰塵、鐵屑或其它金屬磨粒隨潤(rùn)滑油進(jìn)入軸頸與軸瓦之間，會(huì)發(fā)生軸瓦和軸頸被刮傷。

（2）當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障，機(jī)油壓力過(guò)低或過(guò)高，軸瓦的潤(rùn)滑油供給不正常時(shí)，潤(rùn)滑油中斷以及配合間隙不當(dāng)?shù)仍蚓蜁?huì)產(chǎn)生過(guò)熱，使?jié)櫥湍て茐模\(yùn)動(dòng)副表面金屬之間直接接觸，并形成異常磨損而使局部溫度過(guò)高，最后導(dǎo)致合金燒熔。

（3）柴油發(fā)電機(jī)操作使用不當(dāng)，如康明斯發(fā)電機(jī)組剛啟動(dòng)就高速超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，由于爆燃?xì)怏w產(chǎn)生的壓力很大，康明斯發(fā)電機(jī)組過(guò)熱，易導(dǎo)致軸瓦燒熔。

（4）軸承座變形后，軸瓦和軸承座將接觸不良。軸瓦在座中的位置不正確，將使高出的部分潤(rùn)滑油膜被破壞，發(fā)生金屬與金屬的干摩擦。

2、腐蝕

    腐蝕現(xiàn)象表現(xiàn)為軸瓦內(nèi)網(wǎng)表面呈現(xiàn)深灰色或黑色斑狀小孔、蜂窩狀凹坑。連桿軸瓦發(fā)生腐蝕的主要原因：軸瓦的腐蝕是由潤(rùn)滑油中酸性物質(zhì)的侵蝕而造成的。因?yàn)樗岷豌U的作用很激烈，所以含鉛合金軸瓦容易遭到腐蝕。合金層遭到腐蝕時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而加速合金層的疲勞破壞。所以在使用管理中要定期取樣化驗(yàn)機(jī)油的質(zhì)量，以判斷其變質(zhì)程度。若超過(guò)指標(biāo)，必須更換機(jī)油，以防腐蝕軸瓦。

3、擦傷

    軸瓦擦傷表現(xiàn)為內(nèi)圓表面出現(xiàn)沿軸瓦圓周方向的線狀或帶狀的拉痕（如圖2所示）。它是一種不均勻的磨損，往往由異物造成。其主要是由機(jī)油中的雜質(zhì)造成的，這些雜質(zhì)可能是柴油發(fā)電機(jī)各部分磨損產(chǎn)物鐵粉、銹、塵埃和碳化物等。在工作中，這些小的顆粒能夠嵌入軟的合金中，大的顆粒將沿圓周方向擦傷合金，而無(wú)法通過(guò)軸承間隙的特大顆粒則可能被壓入軸瓦合金中形成傷疤和凹坑，也可能將軸頸擦傷。一般軸瓦多多少少都有擦傷痕跡，這對(duì)柴油發(fā)電機(jī)正常工作影響并不大，但嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成損壞事故。因此，在使用管理中要定期檢查和清洗機(jī)油過(guò)濾器以及更換機(jī)油。

4、疲勞裂紋和剝落

    疲勞能使軸瓦合金產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使合金從軸瓦上一片片地剝落，直到整個(gè)軸瓦合金遭到破壞。或者在高負(fù)荷作用下油膜被破壞，形成臨界潤(rùn)滑或金屬之間直接接觸，局部溫度上升，從而發(fā)生裂紋。因鑄造澆鑄質(zhì)量不高而引起的裂紋，一般在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期就會(huì)發(fā)生，而疲勞裂紋一般均經(jīng)工作很長(zhǎng)一段時(shí)間后才會(huì)發(fā)生，除以上原因外，操縱管理不當(dāng)也會(huì)引起裂紋，如柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中長(zhǎng)期超負(fù)荷，啟動(dòng)次數(shù)過(guò)多或負(fù)荷過(guò)大等，均會(huì)造成軸瓦的裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使小塊合金剝落下來(lái)，最后導(dǎo)致整個(gè)軸瓦破壞。軸頸與軸瓦配合不良或軸頸的圓柱度偏差過(guò)大，易引起軸瓦局部表面壓強(qiáng)增高，散熱不良，從而使軸瓦中部易產(chǎn)生軸向裂紋。隨之會(huì)引起合金不規(guī)則的局部脫落。裝配時(shí)，若連桿的中心線直線度超差，負(fù)荷不能均勻的分配在軸瓦的表面上，柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后，即可能發(fā)生局部掉塊。按使用要求，軸瓦與座孔之間的貼合度不應(yīng)小于86%，且不貼合處應(yīng)分散兩處以上，否則將影響熱量的傳出，并導(dǎo)致軸瓦合金的疲勞裂紋和剝落。

 

三、軸瓦質(zhì)量檢驗(yàn)方法

 

1、外觀檢驗(yàn)

    對(duì)軸瓦的表面若有腐蝕麻點(diǎn)、擦傷、裂紋、剝落和燒熔等現(xiàn)象，可用肉眼直接觀察發(fā)現(xiàn)。合金層與瓦背的粘結(jié)情況，可用敲擊法進(jìn)行檢查。若發(fā)現(xiàn)以上缺陷嚴(yán)重，均需進(jìn)行更換。 

2、磨損檢驗(yàn)

（1）經(jīng)驗(yàn)鑒定法：

      把連桿安裝在曲軸上，按規(guī)定力矩?cái)Q緊連桿螺栓，然后甩動(dòng)連桿，如能旋轉(zhuǎn)一圈，同時(shí)沿軸向扳動(dòng)沒(méi)有松曠感覺，則認(rèn)為間隙合適。鑒定主軸瓦時(shí)，將主軸頸涂機(jī)油裝入主軸瓦，用手腕的力矩扭轉(zhuǎn)曲軸臂，如能順利地轉(zhuǎn)動(dòng)大半圈，而上下、左右扳動(dòng)曲軸時(shí)，又無(wú)明顯的曠動(dòng)，則說(shuō)明間隙合適。

（2）測(cè)量方法：

      軸瓦的磨損情況，可用外徑千分尺測(cè)量軸瓦的厚度，如圖3所示。將此磨損后的軸瓦厚度與原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)瓦厚相比較，即得到軸瓦的磨損量。但在柴油發(fā)電機(jī)維修中，常常不是用軸瓦的絕對(duì)磨損量來(lái)決定軸瓦報(bào)廢、更換的，而是以連桿軸頸和連桿軸瓦的總磨損量，致使配合間隙超過(guò)規(guī)定要求更換的。為了求得連桿軸瓦與軸頸的配合間隙，需要測(cè)量連桿軸瓦的內(nèi)徑，為此將軸瓦裝于連桿大頭孔內(nèi)，按規(guī)定要求的扭矩緊固連桿螺栓，然后進(jìn)行磨損測(cè)量，測(cè)量時(shí)通常測(cè)兩個(gè)部位三個(gè)方向共六個(gè)尺寸。

（3）測(cè)量注意事項(xiàng)

    用千分尺或內(nèi)徑百分表測(cè)量連桿軸瓦內(nèi)徑時(shí)應(yīng)注意：

① 對(duì)于平切口的連桿大頭，測(cè)量軸瓦水平位置尺寸時(shí)，應(yīng)在軸瓦分開面上下10～15 mm處選兩個(gè)測(cè)量位置，以避開垃圾槽。

② 對(duì)斜切口的大頭軸瓦，測(cè)量時(shí)可取垂直于連桿大頭蓋分開面和垂直于連桿軸心線兩個(gè)方向尺寸中數(shù)值最大的為該軸瓦的最大尺寸。

③ 軸瓦前后兩位置測(cè)量時(shí)應(yīng)避開圓角。

3、測(cè)量軸瓦間隙

      通過(guò)測(cè)量連桿軸瓦的間隙大小，來(lái)判斷軸瓦的磨損情況和是否需要更換。通常使用特殊工具測(cè)量軸瓦與曲軸之間的間隙，并與廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。

4、涂油試驗(yàn)

      通過(guò)在連桿軸瓦表面涂抹一層潤(rùn)滑油，然后旋轉(zhuǎn)軸瓦，觀察油膜狀況和附著情況。如果潤(rùn)滑油膜存在空洞或者潤(rùn)滑油無(wú)法均勻附著在軸瓦表面，說(shuō)明潤(rùn)滑不良，需要進(jìn)一步檢查。

5、軸瓦半圓周長(zhǎng)檢查

      軸瓦半圓周長(zhǎng)用專用檢驗(yàn)裝置測(cè)量，檢驗(yàn)裝置見圖4。檢驗(yàn)?zāi)＞弑仨毦哂凶銐虻膭傂浴．?dāng)e_o/D_L≤0.05時(shí)，檢驗(yàn)載荷F按公式（1）計(jì)算：

F＝100·B·e_o……………………………………（1）

式中：F－檢驗(yàn)載荷，N；

B－軸瓦寬度，mm；

e_o－等效厚度，mm

      等效厚度e_o按（2）式計(jì)算：

e_o＝e₁+Ke₂…………………………………………（2）

式中：e_o－等效厚度，mm；

e₁－鋼背厚度，mm；

K－系數(shù)，其值規(guī)定如下：

巴氏合金K＝0；

銅基合金K＝0.5；

鋁基合金K＝0.3；

e₂---主耐磨層厚度，mm。

 

圖3  柴油機(jī)連桿軸瓦厚度測(cè)量方法

圖4  連桿軸瓦半圓周長(zhǎng)的檢驗(yàn)裝置

 

總結(jié)：

      由于軸瓦與被支承的軸頸之間的滑轉(zhuǎn)速度較高， 連桿軸瓦與轉(zhuǎn)軸之間要求有一層很薄的油膜起潤(rùn)滑作用，盡管在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)力求實(shí)現(xiàn)軸承的良好潤(rùn)滑，但實(shí)際上很難保證。連桿軸瓦與軸頸之間常是半液體、半干性摩擦，所以在缺油時(shí)連桿軸瓦磨損嚴(yán)重。當(dāng)磨損超過(guò)所允許的間隙值時(shí)，就應(yīng)停機(jī)修理。否則，溫度升高會(huì)使連桿軸瓦表面的合金熔化，損傷軸頸，造成事故停機(jī)。連桿軸瓦還可能由于負(fù)荷過(guò)大、溫度過(guò)高、潤(rùn)滑油存在雜質(zhì)或黏度異常等因素造成燒瓦。柴油機(jī)連桿軸瓦是重要的工作部件，需要定期進(jìn)行檢驗(yàn)和維護(hù)，以保證其正常工作和延長(zhǎng)使用壽命。以上介紹的方法只是簡(jiǎn)單的檢查方法，對(duì)于更詳細(xì)的檢驗(yàn)和分析，建議請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作。

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