技術維修與康明斯知識

康明斯連桿軸瓦燒損、螺栓折斷及變形的原因和預防措施

 

摘要：柴油機連桿組件是柴油機的重要部件之一，它連接活塞與曲軸，起著傳遞活塞力和轉換直線運動為旋轉運動的作用。連桿組件的故障會直接影響柴油機的工作性能和壽命。康明斯公司對柴油發電機連桿組件常見的連桿軸瓦燒損、連桿螺栓折斷、連桿變形故障進行了分析，指出了柴油機連桿組故障產生的原因，提醒康明斯用戶和經銷商使用中注意預防以及處理方法。

一、軸瓦燒損的原因和預防措施

 

1、連桿軸瓦燒損現象

      康明斯連桿軸瓦燒損表現如圖1所示，其原因通常是由于機油溫度過高（超過水溫），機油壓力過低，柴油機工作吃力，功率下降，冒黑煙甚至自行熄火;稍停后，搖不動曲軸，有時雖能搖動，但有異常響聲;油底殼內機油中有金屬粉屑。

2、連桿軸瓦燒損原因

      主要是由機油供應不足，在柴油機軸頸和軸瓦之間不能形成油膜，使之處于半干摩擦或干摩擦狀態，溫度急劇增高，使軸瓦合金熔解而相互咬死。機油不足的原因有：機油量少，機油道或濾網、過濾器堵塞，油壓過低;軸承間隙過小或過大;機油品質不符合要求，例如機油過稀，黏度低，油中含雜質;柴油機長時間超負荷工作，轉速低，軸瓦壓力增加，機油供給量減少，軸頸和軸瓦磨損不均勻，軸向形成錐度和徑向形成橢圓，或軸頸偏磨，使軸瓦負荷不均勻;此外，低溫時冷機啟動后，不經低速預溫，立即加大油門使曲軸轉速迅速上升軸頸與軸瓦接觸面積小，且接觸點分布不均勻。

3、松緊度（軸瓦與軸頸的徑向間隙）的檢查

（1）測量法

      將裝、刮配好軸瓦的連桿夾穩在虎鉗上，且按規定力矩上好連桿螺釘，用量缸表配合外徑千分尺測量出瓦孔直徑。瓦孔直徑一軸頸直徑=徑向間隙。其中要考慮失圓度在內，而各機型軸瓦與軸頸的徑向間隙均有具體規定。

（2）鉛絲法/銅皮法

① 鉛絲法：在軸承與軸頸間放一直徑為軸承標準間隙約2倍的鉛絲，按規定力矩旋緊軸承蓋后，再取出鉛絲，用千分尺測量其厚度即為軸瓦與軸頸的徑向間隙。

② 銅皮法：用長約30mm，寬約10mm，厚度與標準間隙相同（取最小值）的銅皮（四周角應做成圓口，使用時應涂上一薄層機油）放于軸承和軸頸間，按照規定扭力旋緊軸承蓋螺栓。用手扳動曲軸或飛輪，若扳不動，表示軸瓦與軸頸的徑向間隙過小；若感覺有阻力不能輕易扳動，但取出銅片后又能以輕微力量即可轉動，即表示合適；若無阻力或轉動過松，即表示軸瓦與軸頸的徑向間隙過大。如果間隙過大或過小，可以用增減墊片的方法加以調整。

（3）經驗檢查法

      其方法是:在軸瓦上涂一薄層機油，然后裝在軸頸上，按規定力矩擰緊連桿螺栓，用手使勁甩動連桿，如圖2所示，如軸瓦合金為巴氏合金即鎳基合金，可依靠連桿本身的慣性轉動1/2~1圈；若軸瓦合金為銅鉛合金（俗稱銅瓦），能轉動1-2圈；若軸瓦合金為鋁基合金（俗稱鋁瓦），能轉動2-3圈，同時再握住連桿小端，沿曲軸軸線方向撥動，應沒有松曠感覺即為合適。

3、連桿軸瓦燒損預防和排除方法

      在啟動柴油機前，應檢查機油油位，使其保持在規定的油面，經常檢查機油的清潔度和品質，按季節換油。工作中當發現機油壓力過低或機油壓力指示器浮子未升起，應立即熄火排除。在冷機啟動前，先用手搖轉曲軸數圈，待軸承等摩擦表面形成油膜后再啟動柴油機。啟動后先低速，再中速進行預溫，切忌啟動后立即大油門高速運轉。換新瓦后，軸頸與軸瓦的接觸面積應超過全面積的75%，否則應進一步研磨，使軸頸與軸瓦密切接觸。

 

圖1 連桿軸瓦燒損嚴重實圖

圖2  柴油機軸瓦間隙檢查

二、連桿螺栓折斷原因和預防措施

 

      連桿螺栓折斷可導致重大的機械事故，如不及時發現和果斷處置，極易引起搗缸、燒瓦事故。使用中，如出現柴油機工作不平穩，聲音異常，單缸不著火且冒黑煙，應立即停車檢查。一駕駛員在啟動拖拉機后猛加油門，柴油發電機連桿螺栓突然斷裂，引起缸體破裂，曲軸、活塞等機件損壞，造成了很大的經濟損失。

1、連桿螺栓裂紋或折斷的原因

（1）安裝時扭緊力矩太大，超過材料強度而產生裂紋。

（2）安裝不當，扭緊力矩不夠，或一松一緊，工作中因沖擊而松動，螺栓受沖擊造成疲勞損傷。

（3）柴油發電機長期超負荷，發生飛車，發生燒瓦，機體溫度過高，易使螺栓發生裂紋或折斷。

（4）連桿螺栓與安裝孔配合間隙過大。

（5）制造質量不好，熱處理不當，強度不足。

（6）安裝不正確，螺栓頭與貼合面不平，使其受較大的彎曲力矩，產生裂紋。

（7）曲軸連桿軸頸與軸瓦配合間隙過大，沖擊載荷增加，引起螺栓損壞。

（8）連桿彎曲使連桿螺栓受力不均勻而損傷。

2、連桿螺栓裂紋或折斷的預防措施

（1）由于柴油機活塞承受的力是通過連桿傳遞給曲軸的，并使活塞的往復直線運動轉變成為曲軸的旋轉運動，而連桿與曲軸是通過螺栓，將連桿體、曲軸及連桿蓋連接在一起的。工作時，由于連桿螺栓承受著氣體壓力和慣性力所產生的沖擊性拉壓交變載荷的作用，會發生拉長、裂紋和滑扣等損傷，所以要求連桿螺栓本身要有足夠的強度和較高的加工精度。因此，更換連桿螺栓時，要嚴格選配高強度的螺栓，絕不能用其他普通螺栓替代。

（2）連桿安裝示例如圖3所示。安裝時應注意按規定扭矩擰緊螺母，不可把螺母擰得過緊，使螺栓受力過大而伸長，否則，一旦有沖擊時易發生折斷;必須分三次均勻對稱地擰緊連桿螺栓（見圖4），在擰緊螺栓時，不要因為擰得過頭而又退回到規定數值，再退回的螺栓必然松動造成搗缸事故。

圖3  柴油機連桿螺栓安裝示意圖

圖4  如何擰緊連桿螺栓

 

三、連桿變形原因和維修方法

 

      柴油機連桿工作時，由于連桿伸長，擺動和受力較大，當柴油機超負荷運轉和爆震時，會使桿身產生彎曲和扭曲。

1、連桿變形產生原因

（1）使用中的原因

      使用中柴油發電機超速運轉、低速超負荷運轉或供油時間過早，經常轟油門，易引起連桿變形。即使在正常操作中，連桿因承受強大的壓縮和拉伸作用，也容易產生疲勞變形。

（2）機械事故

      柴油發電機工作中發生事故，如飛車、燒瓦抱軸、活塞脹死等故障時，往往引起連桿變形。

（3）修理和裝配原因

      汽缸套和活塞之間間隙留得過小，以致活塞受熱后卡死在汽缸套內，將連桿拉斷或壓彎。在修理過程中，如鏜連桿瓦，將連桿夾在虎鉗上擰緊或擰下連桿螺母，也容易造成連桿的變形。安裝時，活塞銷中心線與曲軸連桿軸頸中心線不平行，連桿易產生疲勞彎曲，甚至斷裂。 

2、連桿檢測維修方法

      在連桿校正器上進行鑒定和修復。不要用錘擊方法試圖修復。無連桿校正器時，可將兩根木棒（要求圓而直，直徑與連桿大小頭孔徑相近）分別裝入連桿大、小頭孔，再測量它們的尺寸，如果兩木棒互相交叉，則表明連桿扭曲。一般當連桿彎曲量或扭曲量大于0.1 mm時，即應校正。

（1）校正時先校彎曲，如圖5所示。后校扭曲，如圖6所示。

（2）無連桿校正器時，也可在臺虎鉗上校正。

（3）當彎扭曲不大時，可采用冷校。

注意：冷校后應將連桿加熱到400～500 ℃，保溫0.5～1 h，再用石棉紙包好放在空氣中冷卻。

（4）對變形較大的連桿，應更換新件或用氣焊進行熱校。

（5）連桿大、小頭孔磨損嚴重時，一般更換新件。

（6）連桿軸承孔的結合面有輕微刮痕，可用細銼銼平，然后再用刮刀刮削到接觸面積達75%以上為止。

（7）連桿襯套內孔磨損后，可采用在襯套內涂敷機油，穿入活塞銷，一手握住連桿，用另一手拇指擺動活塞銷的方法檢查。如感覺銷子和襯套有間隙，應換新襯套，或采用手工鉸削后，配加大的活塞銷予以修復。

 

圖5  連桿扭曲變形檢查

圖6  連桿變形彎曲校正

 

總結：

      連桿組件常見的故障包括連桿損壞、連桿配重不當、連桿連接螺栓過緊、連桿軸承損壞等，若出現這些現象，請參考本文所述的柴油機連桿組件常見故障的分析與排除方法。在使用過程中，及時發現和解決連桿組件的故障，不僅可以確保柴油機的正常工作，還能延長其使用壽命。只有做好預防和維護工作，才能保證連桿組件的安全可靠。

 

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