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技術(shù)維修與康明斯知識 |
檢查和安裝柴油發(fā)電機(jī)連桿螺栓的方法 |
摘要：檢修連桿螺栓時(shí)，維修人員會發(fā)現(xiàn)連桿螺栓有的存在很多問題，會有外觀問題、公差長度問題、斷裂問題、牙螺紋問題，安裝時(shí)所發(fā)現(xiàn)的問題等等。很簡單的方法，就是對連桿螺栓進(jìn)行檢驗(yàn)，找出問題的所在從而改成它。那對連桿螺栓檢驗(yàn)需要方法，連桿螺栓是連接連桿大端軸承座與軸承蓋使之成一體的重要連桿螺栓。連桿螺栓受到裝配時(shí)的預(yù)緊力的作用，四沖程柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)連桿螺栓還受到往復(fù)慣性力的作用。連桿螺栓的直徑較小，因其受到曲柄銷直徑和連桿大端外廊尺寸的限制。
一、連桿螺栓技術(shù)要求
連桿螺栓是連接連桿大端和連桿蓋的承載較高的重要連接連桿螺栓，也是柴油機(jī)的重要緊固件。為預(yù)防連桿螺栓松動、斷裂引起搗缸事故，必須正確選用與裝配。其外觀如圖1所示，結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。
1、工作條件
（1）預(yù)緊力、往復(fù)慣性力的拉伸（四沖程發(fā)動機(jī)機(jī)）；
（2）附加應(yīng)力：變形引起；
（3）尺寸受限。
2、要求
（1）韌性好、強(qiáng)度高材料；
（2） 優(yōu)質(zhì)合金鋼材料，低速柴油機(jī)中才用優(yōu)質(zhì)碳鋼材料。
3、結(jié)構(gòu)形式（柔性結(jié)構(gòu)，提高抗疲勞強(qiáng)度）
（1）連桿大端，桿身有兩段定位凸肩；
（2）高速柴油機(jī)機(jī)僅一段或無凸肩。
4、連桿螺栓的選用
（1）連桿螺栓是用優(yōu)質(zhì)合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理和精密加工制成，有較高的強(qiáng)度和韌性，在螺紋等級、形位公差等方面要求嚴(yán)格，是一種專用連桿螺栓，不可用普通連桿螺栓代替。
（2）對于使用過的連桿螺栓，安裝前應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真檢查。發(fā)現(xiàn)連桿螺栓上有劃痕、滑扣、裂口、凹痕、裂紋，或螺母裝在連桿螺栓上有松弛現(xiàn)象，或連桿螺栓不能與連桿螺栓孔緊密配合，或連桿螺栓頭支承面不能緊貼連桿端蓋，或連桿螺栓長度比標(biāo)準(zhǔn)連桿螺栓長度長2%的，都應(yīng)予以更換。
（3）當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生飛車或咬缸事故后，由于受額外附加應(yīng)力的作用，應(yīng)考慮更換連桿螺栓。當(dāng)柴油機(jī)多次燒瓦或一次嚴(yán)重?zé)撸B桿螺栓材料受高溫退火作用時(shí)，應(yīng)予更換。另外，當(dāng)柴油機(jī)工作5000~7000小時(shí)后，即使連桿螺栓外表無明顯損傷，也應(yīng)更換新件，以防疲勞斷裂。
（4）當(dāng)某根連桿螺栓有滑扣、裂損或斷裂時(shí)，不管另一根是否完好，都應(yīng)成對更換，不得新舊搭配。
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圖1 連桿螺栓外觀示意圖 |
圖2 常規(guī)連桿螺栓結(jié)構(gòu)尺寸示意圖 |
二、連桿螺栓的擰緊力矩和計(jì)算
連桿包括連桿桿體、連桿桿體兩端的大頭孔和小頭孔，如圖3所示。在大頭孔上的預(yù)制裂紋，漲斷后大頭端蓋與連桿桿體的連接連桿螺栓，其漲斷后大頭端蓋與連桿桿體的連接連桿螺栓采用四個(gè)十二角頭連桿螺栓連接，如圖4所示。在大頭端蓋的兩側(cè)，每側(cè)兩個(gè)十二角頭連桿螺栓沿軸向并排排列。由大頭孔內(nèi)壁至小頭孔內(nèi)壁連通一個(gè)縱向貫穿連桿桿體的油道孔，在小頭孔內(nèi)壁設(shè)貫穿軸向的V型潤滑槽。在大頭孔的預(yù)制裂紋處設(shè)激光漲斷溝槽。在小頭孔內(nèi)設(shè)與小頭孔匹配的襯套嵌于小頭孔內(nèi)，V型潤滑油槽在襯套上，襯套上有油道孔的出口。
柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸，以輸出功率。連桿在工作時(shí)作平面運(yùn)動，承受活塞銷傳來的氣體作用力以及其本身擺動和活塞組往復(fù)運(yùn)動時(shí)的慣性力。這些力的大小和方向都是周期性變化的。柴油機(jī)的連桿大頭與曲軸連桿軸頸的連接是靠連桿螺栓來實(shí)現(xiàn)的，所以連桿螺檢所承受的載荷是交變載荷。為了保證連桿大頭結(jié)合面在工作時(shí)不分離，連桿螺栓在裝配時(shí)應(yīng)有足夠的預(yù)緊力（P0）。此力由兩個(gè)部分組成：一部分為使軸瓦緊貼瓦座所需的預(yù)緊力；另一部分為防止連桿和大頭蓋結(jié)合面在工作載荷作用下脫開所需的預(yù)緊力。這兩部分力對連桿螺栓都造成拉力。
由此可見，在交變拉伸載荷作用下，如作用在連桿螺栓上的最大拉伸載荷大于連桿螺栓的預(yù)緊力（P0）,連桿桿身和大頭蓋接合面就會因不斷的分離而相互沖擊，造成連桿螺栓的疲勞破壞。同時(shí)，該載荷也使軸瓦與軸頸之間的配合時(shí)緊時(shí)松，產(chǎn)生沖擊，造成軸瓦破壞。由以上分析可知，連桿螺栓預(yù)緊力不能太小，但也不能太大，否則可能引起連桿螺栓過大的拉伸變形，甚至斷裂。為保證聯(lián)接的可靠性，必須在裝配連桿螺栓時(shí)對預(yù)緊力嚴(yán)加控制，即嚴(yán)格地按照原廠所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)擰緊力矩?cái)Q緊；無原廠標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可參照表1所示的擰緊力矩?cái)Q緊。
表1 連桿螺栓擰緊力矩（N.m）
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連桿螺栓材料
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連桿螺栓直徑（mm）
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鋼號
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硬度
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6
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8
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10
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12
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14
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16
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18
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20
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35
45
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HB255~285
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6~8
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18~23
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32~42
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55~70
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90~110
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140~170
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200~230
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280~320
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40Cr
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HRC33~39
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10~12
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22~26
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46~54
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75~95
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140~170
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160~220
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230~280
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340~390
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連桿螺栓擰緊力矩（M）的近似計(jì)算公式為：
M≈f·P0·d
式中，d——連桿螺栓螺紋的外徑mm；F——連桿螺栓與支承座表面間摩擦系數(shù)，支承座表面不光滑、無潤滑油時(shí)f≈0.2,支承座表面光滑、有潤滑油時(shí)f≈0.1。
由公式可知，摩擦系數(shù)f對擰緊力矩有很大的影響，為在一定的擰緊力矩下達(dá)到需要的預(yù)緊力，在裝配工作中擰緊連桿螺栓時(shí)必須對有關(guān)部位的摩擦狀況予以考慮。
摩擦系數(shù)f是隨條件而變化的，它受螺紋表面及支承座表面粗糙度、表面間有無潤滑劑、擰緊速度、擰緊工具、反復(fù)擰緊時(shí)的溫度等不穩(wěn)定因素的影響。因此，在裝配連桿螺栓時(shí)，必須對上述諸項(xiàng)不穩(wěn)定因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，以求達(dá)到需要的預(yù)緊力。如裝配時(shí)不注意上述問題就可能發(fā)生連桿螺栓松動，甚至斷裂，釀成整機(jī)破壞的嚴(yán)重事故。
柴油機(jī)經(jīng)多次維修之后，由于多次拆裝，連桿大頭蓋或螺母鎖墊支承面會出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷，使得擰緊時(shí)的摩擦阻力矩成倍增長；特別是當(dāng)磨損呈凹凸的曲面時(shí)，因正壓力增大，摩擦力的增加更為顯著。連桿螺栓的螺紋也可能出現(xiàn)損傷和變形，使連桿螺栓擰緊時(shí)摩擦力增大。按照規(guī)定擰緊力矩所擰緊的連桿螺栓可能得不到所需要的預(yù)緊力，連桿桿身與大頭蓋接合面在正常負(fù)載下可能松動。
無論各有關(guān)零件的摩擦表面是否已經(jīng)損傷，在裝配時(shí)都應(yīng)涂抹潤滑油脂。在擰緊連桿螺栓時(shí)，不能用力過猛或突然用力，否則，都會使扭力扳手的讀數(shù)不準(zhǔn)確，容易造成連桿螺栓“過力”現(xiàn)象。
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圖3 康明斯柴油機(jī)連桿零件圖 |
圖4 十二角頭四連桿螺栓連桿示意圖 |
三、連桿螺栓斷裂原因、檢測方法及安裝
檢修中不可隨意調(diào)換連桿螺栓與其原裝配孔的關(guān)系，因?yàn)檫B桿螺栓與裝配孔是過渡配合，需用小錘輕輕敲入連桿螺栓，隨意調(diào)換將影響配合關(guān)系，過緊、過松均影響連桿螺栓的可靠工作。連桿螺栓常見的易斷部位如圖5所示。
1、連桿螺栓導(dǎo)致斷裂的故障原因
（1）裝配時(shí)扭緊力矩過大，用力不均勻。
由于裝配中沒有嚴(yán)格的配用扭力扳手，具體扭緊力矩又不太了解，認(rèn)為越緊越好;緊固連桿螺栓用較長的加力桿，扭緊力矩過大，超過了連桿螺栓材料的屈服極限，使連桿螺栓出現(xiàn)屈服變形，使之在沖擊載荷的作用下因過度的伸長而斷裂。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，一定要按標(biāo)準(zhǔn)扭緊連桿螺栓，千萬不能認(rèn)為越緊、力量越大越好。
（2）連桿分多種級別，在檢修中應(yīng)注意不能換用不同級別的連桿。
如果在檢修中由于馬虎不仔細(xì)將連桿蓋搞亂、錯(cuò)裝，會造成連桿大頭結(jié)合面的配合不緊密，在柴油機(jī)運(yùn)行中會造成連桿蓋松動而導(dǎo)致連桿螺栓的斷裂。
（3）在運(yùn)行中出現(xiàn)飛車故障或活塞在氣缸內(nèi)燒死的故障，將連桿螺栓拉斷。
如果柴油機(jī)在使用中出現(xiàn)過飛車的故障，應(yīng)對柴油機(jī)做一次全面檢查，最好更換連桿螺栓；如果在運(yùn)行中個(gè)別氣缸出現(xiàn)過較嚴(yán)重的拉缸，在更換氣缸活塞組件時(shí)也應(yīng)將連桿螺栓更換。
（4）材質(zhì)問題、加工缺陷及熱處理工藝問題也會導(dǎo)致連桿螺栓在柴油機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)斷裂。
2、連桿螺栓的檢測
（1）檢查連桿螺栓的最小直徑。對于6BT行柴油發(fā)電機(jī)連桿螺栓，如直徑小于13.72mm，則應(yīng)予以更換。
（2）連桿螺栓或螺母的螺紋已損壞時(shí)，應(yīng)予以報(bào)廢。
（3）螺孔中的導(dǎo)向孔徑。如果連桿的導(dǎo)向孔徑大于15.88mm，應(yīng)予以報(bào)廢。
（4）檢查裝連桿螺栓凸臺的圓角。連桿螺栓凸臺應(yīng)有半徑為1.14～1.40mm的圓角。修磨圓角最大允許切削量為1.587mm。加工后應(yīng)去除凸臺上所以銳角。
3、連桿螺栓安裝及注意事項(xiàng)
為了防止連桿螺栓安裝不當(dāng)引起變形或斷裂，安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）安裝前
認(rèn)真進(jìn)行外觀檢查，并檢驗(yàn)連桿螺栓與螺母的配合情況，應(yīng)無卡阻和松動現(xiàn)象。安裝前先用清潔柴油或汽油洗去連桿螺栓及螺母內(nèi)污物，以免降低其擰緊力。連桿螺栓與連桿螺母最好成套使用，不得互換，以免降低配合精度。
（2）預(yù)擰緊方法
上緊連桿螺栓的方法和預(yù)緊力的大小均應(yīng)按柴油發(fā)電機(jī)說明書的規(guī)定進(jìn)行。因?yàn)轭A(yù)緊力的過大或過小、各連桿螺栓的預(yù)緊力不均勻等均不能保證其工作的可靠性。為保障連桿總成加工后的尺寸精度符合產(chǎn)品要求，必須在連桿總成加工前連桿螺栓處于加力擰緊狀態(tài)，因此，連桿螺栓的裝配擰緊工序也就顯得十分重要。
連桿螺栓的裝配擰緊工序分為預(yù)擰緊和終擰緊兩個(gè)工步，預(yù)擰緊有兩個(gè)作用：一是為終擰緊作準(zhǔn)備；二是檢驗(yàn)連桿體、蓋螺紋孔尺寸是否合格，是否有爛牙，是否有鐵屑和異物等現(xiàn)象存在。
預(yù)擰緊通常采用氣動擰緊槍上力，通過連接在氣動擰緊槍上的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)梅花套筒和連桿螺栓梅花頭充分嚙合，在氣動擰緊槍轉(zhuǎn)動的過程中帶動連桿螺栓旋入連桿螺紋孔（氣動擰緊槍的力為0.1-0.3MPa），使連桿螺栓法蘭面和連桿蓋凸臺面A貼合，到此預(yù)擰緊工作完成。
（3）擰緊連桿螺栓的要領(lǐng)
安裝軸瓦后，裝入柴油機(jī)。使用扳手進(jìn)行擰緊連桿螺栓時(shí)，用力矩扳手按規(guī)范力矩值上緊連桿螺栓，2根連桿螺栓擰緊順序：①一②一①；4根連桿螺栓擰緊順序：①一④一②一③一①，如圖6所示。
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圖5 連桿螺栓易斷裂部位 |
圖6 連桿螺栓擰緊順序 |
總結(jié)：
裝配時(shí)，應(yīng)用扭力扳手將連桿螺栓交替均勻，擰至規(guī)定扭矩。各機(jī)型柴油機(jī)的連桿螺栓扭矩標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，在缺乏技術(shù)資料的情況下，可根據(jù)連桿螺栓直徑估算其安全扭矩范圍。擰連桿螺栓時(shí)若發(fā)現(xiàn)同一連桿上某一連桿螺栓扭矩超過規(guī)定值過多，應(yīng)將該連桿上的兩只連桿螺栓全部擰松后重新擰緊，而不應(yīng)僅僅松退擰得過緊的那只連桿螺栓，否則會使連桿螺栓受力不均。若連桿螺栓擰緊后轉(zhuǎn)不動曲軸，應(yīng)查找原因，切不可擰松連桿螺栓。當(dāng)連桿軸頸的圓度過大及軸承與軸頸配合間隙過大時(shí)，連桿螺栓在工作中會受到交變沖擊應(yīng)力，易過早疲勞折斷，因此，必須先修磨軸頸，再更換連桿螺栓。
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