内燃机曲轴的维修技术.pdf

第 2期 2 0 1 2 年4 月 内燃机 I n t e r n a l Co mb u s t io n En g in e s No 2 Apr 201 2 0 l j 露 碜 翔 自 矗 3 l j l 一 j 2 一 l ll 亡 考 筝 一 I j ll 审国铝泣 公 心 夯 禽公司寸业公司 东 淄博 2 m2 一 摘要 针对内燃机曲轴的常见故障 通过对内燃机曲轴及配件的使用 检测 修复和改进 降低 了曲轴的故障和维修成 本 延长了内燃机的使用寿命周期 关键词 内燃机 曲轴 故障 维修改进 中图分类 号 T K 4 0 6 文献识 别码 B 文章编 号 1 0 0 0 6 4 9 4 2 0 1 2 0 2 0 0 4 9 0 3 M a in t e n a n c e Te c hn o l o g y f o r I nt e r na l Co m b u s t io n En g in e Cr a nk s h a f t D UD e j t in 0 前言 通 常情况下 曲轴是 内燃机上最重 要 最 昂 贵的零件 曲轴将活塞 的往复直线运动转化成 曲轴 的旋转运动 曲轴材质多为合金锻钢或合金铸铁 制作成分段或整体多轴颈 带曲拐的 带油孔的复 杂结构 曲轴中间内部油道与轴座油道相连 供油 润滑活塞销套 曲轴前端与正时齿轮 皮带轮 减 震器等相连 维持 自身运转和对外输出少量功率 曲轴后端与飞轮相连 对外输出主要功率 曲轴在运转 中受 到气体爆发 的冲击力 往复 和扭转惯性力的复合作用 磨损和断裂是内燃机曲 轴的主要失效形式 延伸为内燃机的故障停机 功 率下降 燃机油消耗增多 启动困难 振动噪音增 大 泄露排放超标等故障形式 曲轴使用维护和检 修技术质量很大程度上决定 内燃机的寿命周期和寿 命周期费用 L C C 笔者从 内燃机使用和维修管 理 的实际 出发 通过 内燃机 的全面润滑 全 面清 洁 检测 修理和改进技术 来减少 曲轴常见失效 形式和杜绝维修误区 提高内燃机 的可靠性 1 曲轴 的润 滑与清洁技术 在 中国有 这么一个现象 就是进 口内燃机 的 使用寿命和无故障台时要远远高于国产的内燃机 其实国产内燃机装配质量或曲轴制造水平和进口内 燃机相 比 并没有那么大的差距 较大的差距是由 作者简 介 杜德军 1 9 6 5一 男 山东淄博人 教授 级高级 工程 师 工程硕士 主要从事工矿 设备 车辆 管理 收稿 日期 2 0 1 2 0 1 2 0 内燃机用户或维修人员在润滑油等级和维修保养质 量上造成 的 曲轴轴颈工作表面承受很高的压力和 滑动摩擦速度 各轴颈表面靠压力润滑和飞溅润滑 建立液体或边界油膜 曲轴轴承位置较低 极易遭 受磨料和腐蚀磨损损伤 因此 讲求 内燃机的全面 润滑管理 T L C 和全面清洁管理 T C C 是提 高内燃机 以及 曲轴寿命周期主动维修技术 1 1全面润滑管理 T L C a 根据内燃机的类型 工况条件和生命周期 合理选用机油的黏度和品质 内燃机初期尽可能地 使 用低黏度牌号 的机油 如 5 W 3 0或 1 0 W 3 0 便于磨合 清洗和散热 内燃机后期要使用 高黏度 牌号 的机 油 如 1 5 W 4 0或 2 0 W 5 0 便 于建立油 膜 缓冲和密封 尽可能地使用高品质机油 如合 成机油或半合成机油 逐步做好内燃机机油 的润滑 升级 如柴油机 C D 1 5 4 0 C F 1 5 W H1 5 W d O 一 般 情 况 下 小 型柴 油机 入 门 级 机 油 为 C D1 5 W 4 0 大型柴油机入门级机油为 C F 1 5 W 4 0 b 曲轴新装 时 一定要 在轴瓦 轴承和油封 等摩擦面涂上一层均匀的机油 避免第一次转动时 干摩擦造成的曲轴表面的擦伤 有的内燃机工作制 度比较特殊 如长期存放 备用或季节性工作 这 样的内燃机每半月至少要启动一次 不仅仅是曲 轴 各个部位都需要进行 防锈蚀润滑 或添加防腐 机油 进行长期停机的封存保护 c 二冲程 内燃机 由于特殊的工况和油雾润滑 必须使用专用机油 才能充分保障曲轴的润滑 d 曲轴前端的硅油扭转减震器 经过长期使 用 会因为高粘度硅油缺失而失效 也需要及时添 加或更新 内燃机 2 0 1 2 年4 月 1 2 全面清洁管理 T CC a 检查 检测 检修或添加更新 内燃机机油的 过程 中 一定要做好清洁工作 必须确保 内燃机不 被外来颗粒或棉纱等污染 否则会严重影响曲轴及 轴瓦的使用寿命 b 内燃 机每次更换机油 一定要热机放 油 并换掉一次性机油过滤器 清洗曲轴箱通气孔滤 网 或滤器 有条件的情况下 最好做一次添加 内燃机 专用清洁剂 的在线清洗工作 清洗掉原有的旧的油 品和杂质 尽量减少旧机油对新机油品质的影响 确保新机油发挥更长久效果 c 还要做好空气 和燃油 的清洁工作 减少机 杂 积碳和粉尘颗粒对 内燃机及 曲轴的磨粒磨损 和 划伤 如按规定清洁 更换空滤器 确保空气支管 无破损泄露 添加合格燃油 按规定清洁 更换燃 油过滤器 滤网 沉淀杯 油箱要用完后及时加满 燃油 避免停放冷机后油箱 内吸附更多的水分等 1 3按质换油 a 内燃机机油更换周期 应当根据内燃机的工 况条件和生命周期合理确定 在定期加油 换油的 基础上 应 当逐步过渡到按质换油 确保内燃机 特别是 曲轴润滑 b 大型 内燃机可 以结合 机油抽样检测结果考 虑按质换油 e 对 车辆 内燃机 而言 一般每 5 0 0 0 k m更换 一 次机油 或根据发动机计时表 达到 2 5 0 5 0 0 h 更换一次机油 还要参考车辆的使用环境和负载情 况确定 d 当内燃机接 近检修周期 的时候 一般要根 据其技术状况 缩短其换油周期 以确保 曲轴的润 滑质量 1 4不解体维修技术 a 当今世界 润滑技术和材料 日新月异 内燃 机燃油定期加入合格的添加剂 不仅提高燃油燃烧 的清洁性和高效性 还减少有害物质流入油底壳 减轻 了对曲轴的损伤 b 内燃机使用初期 在机油中加入一种磨合 添加剂 不仅提高内燃机及曲轴跑合的有效性 还 在其磨合的表面形成高硬度的物理膜 化学膜 既 减少 了摩擦损失 节约了能源 还提高了曲轴的使 用寿命 C 内燃机使用中后期 在机油中加入一种维持 和修复添加剂 能在一定范围内 修复内燃机包括 曲轴与轴瓦摩擦副的表面 形成合适的配合间隙 一 定程度上可缓解内燃机性能的劣化 达到不解体 检修的维修效果 2 曲轴 的故 障检测 2 1 曲轴的常见故障形式 曲轴 的常见故 障形式有断裂 裂纹 扭 曲 抱瓦 叠瓦 磨损 配合面破坏 油道堵塞 油封 漏油等 掌握曲轴 的常见故 障形式 加强对曲轴及 其相关连接件的故障诊断检测 及早采取相应 的维 修措施 可以有效地减少故障损失 提高曲轴及内 燃机的经济技术寿命 2 2 曲轴的故障检测 a 曲轴 的断裂 抱瓦 叠瓦是最严重的故障形 式 一般会造成停机 甚至会造成整个 内燃机无修 复价值的整体报废 是加强操作监控 维修检测等 手段 彻底消除和避免的故障 b 曲轴轴颈的磨损 烧伤等 可通过内燃机 的振动 噪音 油压等综合分判断 曲轴的裂纹 扭弯一般要通过拆检 通过一系列检测手段发现 曲轴的裂纹多出现在圆弧角和油孔的表面上 与轴 线成 4 5 检测时要特别注意防微杜渐 一般用 火焰烘烤去除渗人曲轴内部的油污即可发现 必要 时使用磁力探伤设备检测 要及时处理细小裂纹 避免裂纹扩展而形成断裂故障 c 曲轴的前端配合松动 多数情况由于配合的 键槽面 锥 面破坏或紧固螺丝松动造成 曲轴的后 端 配合松动 内燃机会发 出低沉和难 以忍受 的振 动 d 曲轴 的后 端漏 油要 区分 内燃机烧机油 的情 况 可通过停机观察后端部位的方式进行检测 有 时停机漏油会 比开机更严重 一股 隋况下 这种漏 油是由于曲轴后油封损坏或后端轴颈磨沟槽造成 3 曲轴 的修 理与改进 口 3 1 曲轴修复的工艺 曲轴修复方案可采取传统维修技术与现代维 修技术相结合的多种手段 一般可采用尺寸修配 法 附加零件法 手工电弧焊 气体保护焊 塑性 变形校正 火焰热喷涂 电镀化学沉积的技术 解体 内燃 机 拆 出曲轴 要注意连杆 与曲拐 轴颈 主轴颈瓦座 曲轴前端正式齿 轮与被动齿 轮 曲后端与飞轮 组合式曲拐间的装配位置 还 要保持原制造过程 中的动平衡 避免重新装配后产 第 2 期 杜德军 内燃机曲轴的维修技术 生新 的不平衡力 曲轴修复 的一般工艺路线为清洗 一 检测一 校正弯 曲和扭 曲一 修复磨伤 的表面一 选配轴 瓦一 机加工一 手工修磨一 动平衡 a 清洗可保障曲轴的修复质量 一般用稀料喷 冲 超声清洗或碱液煮的方法洗清洗效果较好 必 要时用砂布打磨除去油垢和锈迹 用火焰烘烤去除 表面毛毡油污以及渗入到曲轴内部的油污 曲轴油 道应用高压风强吹清理疏通 分段组合曲轴可拆开 清洗 b 曲轴的弯曲和扭曲变形 要在专用 v型台 架测量 见 图 1 将曲轴 1 放在 V型台架 2 上 使 用百分表 3压在曲轴 中间轴颈表面上 慢慢转动曲 轴一周 百分表最大读数为曲轴弯 曲 径向跳动 量 当大于 0 1 5 mm时 必须予 以校正 一般采取 冷压校正和火焰校正相结合的方式进行 冷压校正 使用百分表 3和叉形压头 4配合完成 曲轴 的塑性 变形校正分多次实施 且不可矫枉过正 再辅助以 火焰校正手段 通过模拟热工况 防止 曲轴弯曲反 弹复原 c 曲轴 的抱瓦 叠瓦会伤及 内燃机缸体轴承座 及卡瓦 内表面 这层表面会形成一层合金 直接在 这层表面焊接修复配合尺寸时 镗床会在这层合金 上无法走刀 必须先将这层合金磨削掉才能焊接 另外 轴承卡瓦不必焊接修复配合尺寸 一般采取 刨削底面后直接装配加工的简化工艺 1 曲轴 2 V型台架3 百分表4 冷压校正叉形压头 5 曲轴前端6 曲轴圆弧角7 曲轴后端 图 1内燃机 曲轴 的检测 和校正 3 2 曲轴前端的修复及改进 a 一些改型加大功率的内燃机 其曲轴前部减 震器的固定结构 比较容易发生松旷故障 见图 2 b 这种 内凹结构 前有散热水箱 螺栓 1很难 进行 E t 常检查与紧固 一旦松动 会伤及曲轴前端 配合面 紧 固后 的螺栓 1与减震器 4之间 的间隙 应大于 1 ii lIn 以保持锥形衬套 3 对曲轴前端的弹 性压紧 不发生相对松动 避免曲轴配合面刮伤 c 这种锥套结构一旦松动 会很快损伤曲轴前 端配合面 锥形衬套与减震器造价比较低 可以更 新 曲轴前端 刮伤面可 以采取 比较经 济的修 复方 1 螺栓2 垫圈3 减震器4 锥套5 曲轴前端 图 2内燃 机曲轴减震器 的修 复改进 案 无论是采取手工 电弧焊 气体保护焊 火焰热 喷涂 电镀化学沉积等修复技术 都要注意提高配 合面的表面质量或过盈量 还要通过改进结构 将 锥套3 用线切割一个 1 m m的开 口 提高锥形配合 面包容面强度 避免此处再次重复破坏 多次焊接 修复会造成曲轴该 区域 的断裂 3 3 曲轴中间磨损轴颈的修配 a 曲轴 中间 的磨 损 轴 颈修 复 采用 尺 寸修 配 法 修配尺寸每 O 2 5 mm为一个等级 行业最大 修 理尺寸等级为八级 要根据 曲轴磨损 的实际情 况和瓦片配件准备综合决定 磨削加工前要先校 正曲轴弯曲 再按先主轴颈 后连杆轴颈 的曲轴 工艺步骤进行 b 磨削加工的曲轴不圆度和不柱度不大于 0 0 1 m m 表面粗糙度为 0 3 2 还应进行 动平衡实 验 见 图 3 特别要注意对 圆弧角 和 的修磨 不要在此处 出现应力集中现象 否则会出现磨削修 复后曲轴运行一段时间的断裂故障 还要进行油孔 表面和 圆弧角表面 的手工修磨 消除图 3 a 状 况 达到图 3