新聞主題	柴油發電機連桿軸瓦拉傷的檢驗方法

 

摘要：連桿軸瓦是連接柴油發電機的曲軸和連桿的關鍵零部件，其損傷會嚴重影響柴油機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象。康明斯公司在本文針對連桿瓦磨損的原因進行分析，并對檢驗方法進行介紹，以提高連桿部件的修理質量。同時提醒柴油機修理工應采取有效的預防措施，減少連桿軸瓦損傷的發生。

 

一、連桿軸瓦技術要求

 

      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、傳動作用。由薄鋼背和減磨合金層制成，結構如圖1所示，材料成分如圖2所示。參照GJB1527的有關規定，軸瓦與柴油機一起進行耐久性考核時，對于高功率密度的柴油機配用的軸瓦其無故障工作時間一般為700～1000h。

1、材料成分

（1）鋼背

① 粉末燒結銅鉛合金、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。鋼材的化學成分和力學性能均應符合GB699的規定。

（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品圖樣規定的合金。各種不同材質的優勢對比如表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比對

 

2、設計要求

      軸瓦支承曲軸，承受氣體壓力和活塞連桿組往復與旋轉慣性力的交變沖擊載荷，并傳遞至機體軸承座。軸瓦的設計要求如下：

（1）軸瓦應具有足夠的強度、熱疲勞強度和熱硬度；

（2）具有良好的抗咬合性、嵌藏性和順應性；

（3）具有良好的耐腐蝕性；

（4）鋼背與合金層應具有良好的粘合性能，并具有足夠的屈服強度；

（5）軸瓦應視不同使用條件選取具有相應散熱性能的材料。

3、性能要求

（1）內部缺陷

      主耐磨層金相組織應均勻，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）粘合強度

      主耐磨層與鋼背、表耐磨層與主耐磨層應牢固粘合，不得有剝落現象。

（4）貼合度

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

 

圖1  柴油機軸瓦結構示意圖

圖2  柴油機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。燒瓦是軸瓦的嚴重損壞故障，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滑油進入軸頸與軸瓦之間，會發生軸瓦和軸頸被刮傷。

（2）當潤滑系統故障，機油壓力過低或過高，軸瓦的潤滑油供給不正常時，潤滑油中斷以及配合間隙不當等原因就會產生過熱，使潤滑油膜破壞，運動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高，最后導致合金燒熔。

（3）柴油發電機操作使用不當，如康明斯發電機組剛啟動就高速超負荷運轉，由于爆燃氣體產生的壓力很大，康明斯發電機組過熱，易導致軸瓦燒熔。

（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，將使高出的部分潤滑油膜被破壞，發生金屬與金屬的干摩擦。

2、腐蝕

    腐蝕現象表現為軸瓦內網表面呈現深灰色或黑色斑狀小孔、蜂窩狀凹坑。連桿軸瓦發生腐蝕的主要原因：軸瓦的腐蝕是由潤滑油中酸性物質的侵蝕而造成的。因為酸和鉛的作用很激烈，所以含鉛合金軸瓦容易遭到腐蝕。合金層遭到腐蝕時會產生應力集中，進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機油的質量，以判斷其變質程度。若超過指標，必須更換機油，以防腐蝕軸瓦。

3、擦傷

    軸瓦擦傷表現為內圓表面出現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。其主要是由機油中的雜質造成的，這些雜質可能是柴油發電機各部分磨損產物鐵粉、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，而無法通過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，這對柴油發電機正常工作影響并不大，但嚴重時，會造成損壞事故。因此，在使用管理中要定期檢查和清洗機油過濾器以及更換機油。

4、疲勞裂紋和剝落

    疲勞能使軸瓦合金產生裂紋，嚴重時會使合金從軸瓦上一片片地剝落，直到整個軸瓦合金遭到破壞。或者在高負荷作用下油膜被破壞，形成臨界潤滑或金屬之間直接接觸，局部溫度上升，從而發生裂紋。因鑄造澆鑄質量不高而引起的裂紋，一般在柴油發電機運轉初期就會發生，而疲勞裂紋一般均經工作很長一段時間后才會發生，除以上原因外，操縱管理不當也會引起裂紋，如柴油發電機在運轉中長期超負荷，啟動次數過多或負荷過大等，均會造成軸瓦的裂紋，嚴重時會使小塊合金剝落下來，最后導致整個軸瓦破壞。軸頸與軸瓦配合不良或軸頸的圓柱度偏差過大，易引起軸瓦局部表面壓強增高，散熱不良，從而使軸瓦中部易產生軸向裂紋。隨之會引起合金不規則的局部脫落。裝配時，若連桿的中心線直線度超差，負荷不能均勻的分配在軸瓦的表面上，柴油發電機經過一段時間工作后，即可能發生局部掉塊。按使用要求，軸瓦與座孔之間的貼合度不應小于86%，且不貼合處應分散兩處以上，否則將影響熱量的傳出，并導致軸瓦合金的疲勞裂紋和剝落。

 

三、軸瓦質量檢驗方法

 

1、外觀檢驗

    對軸瓦的表面若有腐蝕麻點、擦傷、裂紋、剝落和燒熔等現象，可用肉眼直接觀察發現。合金層與瓦背的粘結情況，可用敲擊法進行檢查。若發現以上缺陷嚴重，均需進行更換。 

2、磨損檢驗

（1）經驗鑒定法：

      把連桿安裝在曲軸上，按規定力矩擰緊連桿螺栓，然后甩動連桿，如能旋轉一圈，同時沿軸向扳動沒有松曠感覺，則認為間隙合適。鑒定主軸瓦時，將主軸頸涂機油裝入主軸瓦，用手腕的力矩扭轉曲軸臂，如能順利地轉動大半圈，而上下、左右扳動曲軸時，又無明顯的曠動，則說明間隙合適。

（2）測量方法：

      軸瓦的磨損情況，可用外徑千分尺測量軸瓦的厚度，如圖3所示。將此磨損后的軸瓦厚度與原來標準瓦厚相比較，即得到軸瓦的磨損量。但在柴油發電機維修中，常常不是用軸瓦的絕對磨損量來決定軸瓦報廢、更換的，而是以連桿軸頸和連桿軸瓦的總磨損量，致使配合間隙超過規定要求更換的。為了求得連桿軸瓦與軸頸的配合間隙，需要測量連桿軸瓦的內徑，為此將軸瓦裝于連桿大頭孔內，按規定要求的扭矩緊固連桿螺栓，然后進行磨損測量，測量時通常測兩個部位三個方向共六個尺寸。

（3）測量注意事項

    用千分尺或內徑百分表測量連桿軸瓦內徑時應注意：

① 對于平切口的連桿大頭，測量軸瓦水平位置尺寸時，應在軸瓦分開面上下10～15 mm處選兩個測量位置，以避開垃圾槽。

② 對斜切口的大頭軸瓦，測量時可取垂直于連桿大頭蓋分開面和垂直于連桿軸心線兩個方向尺寸中數值最大的為該軸瓦的最大尺寸。

③ 軸瓦前后兩位置測量時應避開圓角。

3、測量軸瓦間隙

      通過測量連桿軸瓦的間隙大小，來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量軸瓦與曲軸之間的間隙，并與廠家提供的標準值進行比較。

4、涂油試驗

      通過在連桿軸瓦表面涂抹一層潤滑油，然后旋轉軸瓦，觀察油膜狀況和附著情況。如果潤滑油膜存在空洞或者潤滑油無法均勻附著在軸瓦表面，說明潤滑不良，需要進一步檢查。

5、軸瓦半圓周長檢查

      軸瓦半圓周長用專用檢驗裝置測量，檢驗裝置見圖4。檢驗模具必須具有足夠的剛性。當e_o/D_L≤0.05時，檢驗載荷F按公式（1）計算：

F＝100·B·e_o……………………………………（1）

式中：F－檢驗載荷，N；

B－軸瓦寬度，mm；

e_o－等效厚度，mm

      等效厚度e_o按（2）式計算：

e_o＝e₁+Ke₂…………………………………………（2）

式中：e_o－等效厚度，mm；

e₁－鋼背厚度，mm；

K－系數，其值規定如下：

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  柴油機連桿軸瓦厚度測量方法

圖4  連桿軸瓦半圓周長的檢驗裝置

 

總結：

      由于軸瓦與被支承的軸頸之間的滑轉速度較高， 連桿軸瓦與轉軸之間要求有一層很薄的油膜起潤滑作用，盡管在設計和生產時力求實現軸承的良好潤滑，但實際上很難保證。連桿軸瓦與軸頸之間常是半液體、半干性摩擦，所以在缺油時連桿軸瓦磨損嚴重。當磨損超過所允許的間隙值時，就應停機修理。否則，溫度升高會使連桿軸瓦表面的合金熔化，損傷軸頸，造成事故停機。連桿軸瓦還可能由于負荷過大、溫度過高、潤滑油存在雜質或黏度異常等因素造成燒瓦。柴油機連桿軸瓦是重要的工作部件，需要定期進行檢驗和維護，以保證其正常工作和延長使用壽命。以上介紹的方法只是簡單的檢查方法，對于更詳細的檢驗和分析，建議請專業技術人員進行操作。

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