机车柴油机曲轴碾瓦原因分析及改进措施

蔡 兵

(中车资阳机车有限公司国内市场部 四川 资阳 641301)

0 概述

曲轴是柴油机最核心的运动部件之一。活塞的往复运动，通过连杆转变为曲轴的旋转运动，输出柴油机的功率，并直接或间接地驱动配气机构、喷油泵、机油泵、水泵等部件。曲轴工作时，在承受周期性变化的燃气压力、惯性力和外力矩的作用下，使其既弯曲，又扭转，产生交变的疲劳应力。总之，曲轴工作时受力较大且非常复杂，所以柴油机的日常维保非常重要，一旦检修不当将造成曲轴碾瓦甚至断裂的严重质量故障。

造成柴油机曲轴碾瓦的原因很多且较为复杂，下面对一起曲轴碾瓦故障进行深入分析，并提出纠正预防措施。

1 故障描述及处理过程

1.1 故障现象

国内某段一台DF8B型机车于2020年2月重载牵引过程中突然发生强烈振动，同时柴油机发出异音，司机马上回手柄降功并卸载。为保证机车空压机正常工作打风，柴油机在410 r/min的怠速下持续运转了10 min后到达邻近车站 ，柴油机停机。柴油机停机后未再起机，机车被附挂回段。

1.2 处理过程

机车回段后，检查发现柴油机油底壳滤网上有大量金属碾片及少量塑料碎片等杂物。柴油机第2缸、第10缸连杆瓦严重碾瓦、相应活塞抱缸并脱顶。

对机车机油管路的相关部件进行检查，发现机油滤清器滤芯内表面存在少许棉纱(见图1)。

对柴油机进行拆检，发现柴油机第2、10缸活塞顶、裙已分离，活塞顶与裙连接的4颗紧固螺栓全部断裂。其中第10缸残留在活塞顶上的螺栓断口均已被撞击破坏(见图2)，2缸螺栓均存在明显缩颈(见图3)。2个缸的活塞环均已固死，活塞裙部拉伤严重。

图1 机油滤芯内表面 图2 第10缸活塞顶4颗 有部分棉纱 螺栓断裂

图3 第2缸活塞顶断裂螺栓明显缩颈

(1)连杆瓦及连杆损伤情况：第2、10缸连杆瓦严重碾瓦，并已翻边，合金层已全部撕脱。其余各缸连杆瓦表面有较多细小颗粒嵌入，轴瓦表面有不同程度的拉伤。

(2)曲轴及主轴瓦损伤情况：曲轴第2连杆颈表面拉伤严重，且存在明显沟槽及凹坑，凹坑面积约20 mm×20 mm，深度约0.5 mm(见图4)。其余各挡连杆颈都有拉伤。检查各挡主轴瓦表面发现均有细小颗粒嵌入，且均有不同程度的拉伤，其中5、6、7、8挡各有一道较深的拉伤沟槽。

(3)曲轴的解体情况：拆除第3、第1曲柄斜油堵，发现曲轴油道内有较多的油泥等杂物(见图5)。

图4 曲轴第2连杆颈表 图5 曲轴第3曲柄斜油道 面的沟槽及凹坑 内部油泥等杂物

2 原因分析

通常情况下，柴油机的碾瓦及造成相关零部件损坏的主要原因有零部件本身质量问题、机油油量不足、机油清洁度较差及装配等方面的问题，结合以上的拆检情况分析，造成本次柴油机碾瓦的原因如下：

(1)机油清洁度差是造成本次碾瓦故障的直接原因。通过对柴油机的拆解发现，在柴油机内部机油油路系统中均存在除金属碾片以外的其他异物。如机体内各油道、油底壳滤网、吸油口滤网、曲轴内部等。另外，连杆瓦及主轴瓦均有拉伤的痕迹，部分轴瓦表面还有颗粒状物质的嵌入。在检查机车机油系统时还发现了机油滤芯内部存在棉纱等异物现象。所有这些现象表明柴油机机油清洁度较差，并导致如此严重的碾瓦故障。

(2)柴油机第2、10缸活塞脱顶是由于连杆瓦发生严重碾瓦，两个缸的连杆上、下连杆瓦转动，互换位置并堵塞了经连杆到活塞的油道，活塞在得不到润滑油冷却的情况下导致拉缸、脱顶。如果是活塞先脱顶损坏，从曲轴经连杆到活塞的供油是正常的，那么气缸内部、气缸盖进排气道内、稳压箱内、排气管内等多个部位会有大量的机油，从拆下的相关零部件来看并没有机油残留。另外，检查发现其余14个缸活塞顶裙连接螺栓呈紧固状态，螺母没有松动的情况，紧固正常，因此可以更进一步排除碾瓦是由活塞先损坏造成的。

为了进一步查找机油清洁度差的原因，对机油滤清器内部结构进行了仔细检查，发现该机油滤清器滤芯的安装存在较大问题。该机油滤芯未能准确定位安装，滤芯底部被压在三个定位销上面，并造成滤芯底面及密封胶圈的损坏(见图6)，机油在未经过滤后直接进入柴油机。另外，检查中也发现了部分棉纱、塑料等杂物，说明维保过程不规范或维保不当，将部分异物带入到机油中或机油本身已被污染。

3 解决措施

(1)开展对其余机车的质量安全隐患排查。分析认为机油滤清器可能普遍存在检修不到位的问题。为此组织了对其余机车的排查，排查过程中又发现了几台机车的机油滤芯存在安装不到位的情况，通过及时处理排除了质量安全隐患。同时对用户进行培训，指导用户如何正确检修机油滤清器，避免类似问题再次发生。

(2)对机油滤芯的安装定位方式进行设计改进。由于滤芯的定位销较短，在安装滤芯过程中很容易误将滤芯底部压在定位销上面，从而导致未经过滤的机油直接进入柴油机的情况。为了避免维保过程的误操作，将机油滤芯的定位方式进行了改进，取消目前的3个定位销，将定位方式改为外圆定位，在筒体的内壁上增加4个定位块，保证滤芯安装过程能准确入位，不存在检修维保过程的误操作，进一步提高检修过程的可靠性。

(3)在柴油机机油口处增加过滤网(见图7)，保证柴油机在进行台位试验及机车运行初期机油管路中的杂物不会进入到柴油机内部。机车运行一段时间后再去掉该滤网，以保证机油压力不受影响。

图6 滤芯密封胶圈损坏 图7 管路中被拦截的杂质

通过以上改进措施，目前现场机车运行状态良好。同时已将本次故障作为典型质量案例对服务人员及用户进行讲解，以加强对机车的日常维保，进一步确保机车的安全运行。

4 结束语

清洁的机油是保证柴油机正常运行的基本条件，所以机车柴油机在日常维保过程中应规范操作，保证检修质量。另外，通过部分设计及工艺改进来进一步保证维保过程的可靠性，尽可能保证外部杂物不会进入柴油机。经过以上改进，同时对其余机车的全面排查，目前各机车运行良好，未再次发生类似问题。□