大型中速柴油机连杆轴抱瓦咬合事故原因分析

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大型中速柴油机连杆轴抱瓦咬合事故原因分析辛然(中冶集团铜锌有限公司，北京100028)摘要：以某大型中速柴油机连杆轴抱瓦咬合事故为案例，归纳可能导致事故发生的各种原因，并结合相关数据资料进行分析，认 为连杆大端轴承座超标、轴瓦质量问题、主轴承间隙过大以及试机流程不规范与本次事故有密切关系。关键词：柴油机;连杆轴;抱瓦0引言某大型中速柴油机大修后以500转/分钟空转试机 时，油雾探测器保护动作停机，第二道曲轴对应报警指示 灯亮。随后打开柴油机防爆门，发现第二道连杆轴瓦合金 层脱落，连杆轴与轴瓦咬合抱死。本文根据事故相关现场 记录和原始数据材料，结合机组相关维修、运行标准及个 人经验，对抱瓦咬合发生原因进行讨论分析。1连杆轴抱瓦咬合现象及理论原因1.1连杆轴抱瓦咬合事故现象① 第二道曲柄销A、B两侧的连杆大端轴瓦均出现咬 合，轴瓦与轴接触表面出现大面积的粘连拉痕，轴瓦油槽 及两侧合金熔化、脱落。② 第二道曲柄销A、B侧部分下支点均有抱瓦灼烧的 现象，A侧下支点较严重，高硬度带达到380x60mm,局部 硬度最高值达到640HB。1.2轴瓦咬合理论原因1.2.1装配尺寸① 轴瓦与轴颈的配合间隙过大，不能形成可靠的润滑 油膜；间隙过小，不能形成良好的油膜导致干摩擦，轴瓦的 耐磨合金层剥落或熔化。② 连杆大端老化变形，轴承座孔失圆，润滑油泄漏。③ 曲轴主轴颈变形，主轴瓦有严重磨损，进入曲柄销 的润滑油减少而引起轴承润滑不良。种协议描述了电脑控制单元的各种功能以及命令通讯的 意义和方法。汽车故障诊断是基于这种协议而发展来的一 种人机交互的行为，人类再通过设备或者信号灯客观判断 汽车当前所处的状态。目前一般有三个数据库：发动机故 障诊断数据库、底盘机械传动故障诊断数据库、电路电气 故障诊断数据库。联合成网的数据库几乎包含了汽车可能 出现的所有问题，其对于汽车的故障诊断维修无疑是很有 意义的。3汽车故障诊断维修技术发展趋势纵观汽车故障诊断维修的发展史，实际上就是从原始 的车外诊断方式“进化”到车载诊断的过程。毋庸置疑，原 始的车外诊断不能像车载诊断那样方便、及时，但车载诊 断也有着诊断范围有限、适应性差、精度不高、对复杂故障 不能诊断等问题。这就表明，汽车故障诊断维修的方式应 该由车载诊断与车外诊断相互独立的现状向着车外诊断 与车载诊断相互结合的方向进行。另外，汽车故障诊断维 修将来应该会向着网络化、信息化的方向发展，其诊断推1.2.2润滑油① 润滑油品质劣化。主要表现在粘度异常升高造成机 油在油道中流速过慢，含水量增加造成机油乳化、变质，碱 值变低机油的清净性与中和能力下降等。② 供油压力低，机油难以供应到指定润滑位置，形成 轴瓦干摩擦。③ 油道堵塞，通往曲轴的机油油道受到杂质阻隔。1.2.3轴瓦质量连杆轴承在工作时受到气体压力和活塞连杆组往 复惯性力的冲击作用，轴承很容易发热和磨损，这就要 求减磨合金的机械强度高，耐腐蚀、耐热性和减磨性要 好[4]，否则会导致轴瓦变形、过热甚至直接烧坏，引发抱 瓦烧轴事故。1.2.4其它① 连杆大端螺栓松动，轴瓦加速磨损。② 由于附加作用力引起连杆大端轴瓦过载。③ 柴油机低负荷运行。④ 试机流程不规范，柴油机磨合不充分。2连杆轴抱瓦咬合实际原因分析2.1可排除的因素2.1.1曲柄销形状误差曲柄销颈的磨损极限椭圆度规定为0.08mm。对曲柄 销的直径进行测量，椭圆度误差均小于规定值0.08 mm，未理也会向着多样化的方向进行发展。4小结我国正处于急速发展的阶段，社会经济总产值更是超 越曰本成为第二大经济体，未来的发展潜力是无穷的。但 是，我们不得不承认，我国的汽车故障诊断维修水平依然 远远落后于日本汽车的电子化发展水平，相对于美国及欧 洲的一些国家更是相去甚远。但是，我们有理由相信，随着 我国科技水平的进一步发展及科技成果在汽车故障诊断 及维修中的进一步应用，我国的汽车故障诊断维修技术将 会迈上新的台阶。参考文献：m沈宇辰，唐静娴，张涛，等.汽车电控发动机系统故障诊断 与维修技术探讨「J1.科技资讯,2015( 10)43-44.[2]白金川.汽车制动系统故障诊断及维修探讨「J1.科技传播， 2014(3)： 177,189.「31程小卫.汽车电源系统故障诊断与维修[J1.价值工程,2014 (29)：

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超差。2.1.2连杆大端长螺栓拉伸曲柄销轴承上下部分长螺栓的紧固程度规定为：标准 拉伸尺寸0.8±0.05mm。测量结果表明，所有轴承拉伸尺寸 在0.75-0.84mm之间，均符合标准。2.1.3曲轴开档差的检查曲轴检查开档差规定：投入使用的柴油机第1道拐 (输出端）的开档差限定值：+0.05~-0.30mm，2~8道拐的开 档差限定值:-0.12~+0.12mm。根据测量数据，大修前后各 道曲轴开档差均在限定范围内，说明曲轴轴线状况良好， 轴承产生过大附加载荷的可能性排除。2.1.4润滑油① 润滑油的理化指标。使用中的润滑油需要满足以下 几项指标变化要求：粘度变化值不得低于新油的20%、不 高于新油的30%;闪点约190益；含水量最大为0.2%;总不 溶解物低于25%;碱值应不低于新油原碱值的60%。从 润滑油化验报告查到，事故机组润滑油粘度值(40益）由新 油的125.9Cst升高至149.3Cst，升高18.59%;碱值由新油 的52.9mgKOH/gm降低至46.0mgKOH/gm，为原碱值的 86.96%;含水量0.07%，闪点229益，总不溶解物0.59%。② 润滑油供油压力及油道。润滑油运行压力为 5.6Bai•，符合要求；串油时润滑油可以从缸套、活塞、曲轴、 主轴承油道油孔正常流出，流量稳定；管道没有发现泄漏 点，油罐液位标尺刻度没有异常。2.1.5其它① 打开机组防爆门检查内部状况，没有发现拉缸现 象，排除轴瓦过载可能性。② 该机运行负荷一般在6.5 ~8.0MW (额定容量 10MW)，大修时对全部轴颈进行修磨去除轴面台阶，排除 长时间低负荷运行造成抱瓦的可能性。2.2可能引起事故的因素2.2.1连杆大端轴承座按照《维修手册》规定，连杆大端轴承座在带瓦与不带 瓦时椭圆度不能超过0.08mm，直径不能小于364.92mm， 垂直间隙应在0.22-0.35mm范围。发生抱瓦咬合的第二道 曲柄销A侧即咬合更严重的一侧连杆大端椭圆度不带瓦 时为-8/-3/-10/-6 (单位:1/100mm)，带瓦时为-10/-8/-11/- 8(单位:1/100mm )，略有超标；而B侧椭圆度不带瓦时-19/ -18/-21/-17(单位:1/100mm),带瓦时-18/-23/-18/-22(单 位:1/100mm )，超标较多。测量带瓦的连杆大端垂直间隙数 据，A 侧为+24/+23(单位:l/100mm ); B 侧为+20/+20(单位: 1/100mm)小于允许范围，存在一定风险。测量数据超差B 侧更严重，但轴烧损情况却轻于A侧。再根据轴面拉痕和 灼烧严重情况分析事故更有可能是由A侧先出问题然后 引到B侧，也就是说事故实际现象和测量数据结果略显 矛盾。总之，事故曲轴连杆大端椭圆度和垂直间隙毕竟都 有一定超标，由此引起抱瓦的可能性存在但并无法断定为 确定原因。2.2.2轴瓦质量事故轴装复时更换了新瓦，测量两套新轴瓦的中心厚度和边缘厚度，并计算厚度差均符合要求；轴瓦与轴径接 触面光洁度正常，无明显划痕、裂纹或合金剥落现象。虽然 从轴瓦尺寸和外观上没有发现质量问题，但回顾同类事故 发现即使是正规厂家的轴瓦仍有一定数量的次品，装配时 无法通过肉眼鉴别，使用时却极可能发生内表面合金脱落 现象。所以认为轴瓦自身质量有缺陷导致曲轴抱瓦的可能 性不能排除。2.2.3 曲轴主轴颈与主轴瓦① 对第二道曲轴主轴颈进行跳动量检测，结果表明， 该主轴颈跳动量为0.03mm，低于限定值0.05mm。② 当主轴承与主轴颈之间的间隙值超过0.21 ~ 0.37mm时，同样会造成润滑油泄漏量增加，使进入连杆大 端的润滑油减少，导致润滑状况恶化，甚至发生咬合。[1]由 于缺少间隙值的测量数值，因而该原因尚无法排除。③ 根据测量数据，第1~3道主轴瓦没有产生异常磨损 情况，磨损量均不高于0.03mm，低于允许的最大磨损量 (0.07mm)范围。2.2.4试机流程试机期间机组需多次起动至怠速运行（350转/分钟） 进行相关安全试验和怠速升正常转速（500转/分钟）试验。 机组每次起动时轴瓦需要克服静摩擦力，受力会大于怠速 和正常转速运行时的受力，而怠速升正常转速时抱瓦事故 最容易发生。机组每次起动后到试验停机前应使转速稳定 后尽可能多运行一段时间以保证运行部件的充分磨合与 润滑，一般应不低于5-10分钟。根据本次试机时间表，事 故机组在起动试验以及怠速升正常转速前，机组多次频繁 起动，起动后机组运行时间只有2-4分钟。因此，试机时机 组起动后至各项试验间隔时间太短，导致轴瓦磨合和润滑 不良并最终造成抱瓦的可能性是存在的。3分析结果及预防措施3.1分析结果柴油机抱瓦向来都难以确定单一原因。根据本次事故 各类资料、数据，分析认为柴油机连杆轴抱瓦咬合事故是 由连杆大端轴承座超标、轴瓦质量问题、主轴承间隙过大 以及试机流程不规范等因素综合性引起。3.2预防措施① 严格按照《维修手册》提高检修规范度和数据测量 准确性。试机要保证机组充分磨合。② 加强柴油机曰常检查，特别注意润滑油压力变化， 及时检查油泵、管路。③ 定期进行润滑油理化指标化验。④ 使用正规厂家轴瓦，仔细检查否存在质量缺陷，定 期检查轴瓦与曲轴轴径的活动间隙。参考文献：[1] 杨和庭，等.Sulzei 16ZAV40S柴油机轴瓦咬合事故原因分 析[D].武汉：武汉理工大学，2001.[2] Operating Manual for Sulzer Diesel Engine ZAV40S .瑞士： 苏尔寿柴油机厂，1996.「3]杨贵恒，等.柴油发电机组技术手册「Ml.北京：化学工业出 版社，2008,10

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