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技术维修与康明斯知识 |
康明斯连杆轴瓦烧损、螺栓折断及变形的原因和预防措施 |
摘要：柴油机连杆组件是柴油机的重要部件之一，它连接活塞与曲轴，起着传递活塞力和转换直线运动为旋转运动的作用。连杆组件的故障会直接影响柴油机的工作性能和寿命。康明斯公司对柴油发电机连杆组件常见的连杆轴瓦烧损、连杆螺栓折断、连杆变形故障进行了分析，指出了柴油机连杆组故障产生的原因，提醒康明斯用户和经销商使用中注意预防以及处理方法。
一、轴瓦烧损的原因和预防措施
1、连杆轴瓦烧损现象
康明斯连杆轴瓦烧损表现如图1所示，其原因通常是由于机油温度过高（超过水温），机油压力过低，柴油机工作吃力，功率下降，冒黑烟甚至自行熄火;稍停后，摇不动曲轴，有时虽能摇动，但有异常响声;油底壳内机油中有金属粉屑。
2、连杆轴瓦烧损原因
主要是由机油供应不足，在柴油机轴颈和轴瓦之间不能形成油膜，使之处于半干摩擦或干摩擦状态，温度急剧增高，使轴瓦合金熔解而相互咬死。机油不足的原因有：机油量少，机油道或滤网、过滤器堵塞，油压过低;轴承间隙过小或过大;机油品质不符合要求，例如机油过稀，黏度低，油中含雜质;柴油机长时间超负荷工作，转速低，轴瓦压力增加，机油供给量减少，轴颈和轴瓦磨损不均匀，轴向形成锥度和径向形成椭圆，或轴颈偏磨，使轴瓦负荷不均匀;此外，低温时冷机启动后，不经低速预温，立即加大油门使曲轴转速迅速上升轴颈与轴瓦接触面积小，且接触点分布不均匀。
3、松紧度（轴瓦与轴颈的径向间隙）的检查
（1）测量法
将装、刮配好轴瓦的连杆夹稳在虎钳上，且按规定力矩上好连杆螺钉，用量缸表配合外径千分尺测量出瓦孔直径。瓦孔直径一轴颈直径=径向间隙。其中要考虑失圆度在内，而各机型轴瓦与轴颈的径向间隙均有具体规定。
（2）铅丝法/铜皮法
① 铅丝法：在轴承与轴颈间放一直径为轴承标准间隙约2倍的铅丝，按规定力矩旋紧轴承盖后，再取出铅丝，用千分尺测量其厚度即为轴瓦与轴颈的径向间隙。
② 铜皮法：用长约30mm，宽约10mm，厚度与标准间隙相同（取最小值）的铜皮（四周角应做成圆口，使用时应涂上一薄层机油）放于轴承和轴颈间，按照规定扭力旋紧轴承盖螺栓。用手扳动曲轴或飞轮，若扳不动，表示轴瓦与轴颈的径向间隙过小；若感觉有阻力不能轻易扳动，但取出铜片后又能以轻微力量即可转动，即表示合适；若无阻力或转动过松，即表示轴瓦与轴颈的径向间隙过大。如果间隙过大或过小，可以用增减垫片的方法加以调整。
（3）经验检查法
其方法是:在轴瓦上涂一薄层机油，然后装在轴颈上，按规定力矩拧紧连杆螺栓，用手使劲甩动连杆，如图2所示，如轴瓦合金为巴氏合金即镍基合金，可依靠连杆本身的惯性转动1/2~1圈；若轴瓦合金为铜铅合金（俗称铜瓦），能转动1-2圈；若轴瓦合金为铝基合金（俗称铝瓦），能转动2-3圈，同时再握住连杆小端，沿曲轴轴线方向拨动，应没有松旷感觉即为合适。
3、连杆轴瓦烧损预防和排除方法
在启动柴油机前，应检查机油油位，使其保持在规定的油面，经常检查机油的清洁度和品质，按季节换油。工作中当发现机油压力过低或机油压力指示器浮子未升起，应立即熄火排除。在冷机启动前，先用手摇转曲轴数圈，待轴承等摩擦表面形成油膜后再启动柴油机。启动后先低速，再中速进行预温，切忌启动后立即大油门高速运转。换新瓦后，轴颈与轴瓦的接触面积应超过全面积的75%，否则应进一步研磨，使轴颈与轴瓦密切接触。
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图1 连杆轴瓦烧损严重实图 |
图2 柴油机轴瓦间隙检查 |
二、连杆螺栓折断原因和预防措施
连杆螺栓折断可导致重大的机械事故，如不及时发现和果断处置，极易引起捣缸、烧瓦事故。使用中，如出现柴油机工作不平稳，声音异常，单缸不着火且冒黑烟，应立即停车检查。一驾驶员在启动拖拉机后猛加油门，柴油发电机连杆螺栓突然断裂，引起缸体破裂，曲轴、活塞等机件损坏，造成了很大的经济损失。
1、连杆螺栓裂纹或折断的原因
（1）安装时扭紧力矩太大，超过材料强度而产生裂纹。
（2）安装不当，扭紧力矩不够，或一松一紧，工作中因冲击而松动，螺栓受冲击造成疲劳损伤。
（3）柴油发电机长期超负荷，发生飞车，发生烧瓦，机体温度过高，易使螺栓发生裂纹或折断。
（4）连杆螺栓与安装孔配合间隙过大。
（5）制造质量不好，热处理不当，强度不足。
（6）安装不正确，螺栓头与贴合面不平，使其受较大的弯曲力矩，产生裂纹。
（7）曲轴连杆轴颈与轴瓦配合间隙过大，冲击载荷增加，引起螺栓损坏。
（8）连杆弯曲使连杆螺栓受力不均匀而损伤。
2、连杆螺栓裂纹或折断的预防措施
（1）由于柴油机活塞承受的力是通过连杆传递给曲轴的，并使活塞的往复直线运动转变成为曲轴的旋转运动，而连杆与曲轴是通过螺栓，将连杆体、曲轴及连杆盖连接在一起的。工作时，由于连杆螺栓承受着气体压力和惯性力所产生的冲击性拉压交变载荷的作用，会发生拉长、裂纹和滑扣等损伤，所以要求连杆螺栓本身要有足够的强度和较高的加工精度。因此，更换连杆螺栓时，要严格选配高强度的螺栓，绝不能用其他普通螺栓替代。
（2）连杆安装示例如图3所示。安装时应注意按规定扭矩拧紧螺母，不可把螺母拧得过紧，使螺栓受力过大而伸长，否则，一旦有冲击时易发生折断;必须分三次均匀对称地拧紧连杆螺栓（见图4），在拧紧螺栓时，不要因为拧得过头而又退回到规定数值，再退回的螺栓必然松动造成捣缸事故。
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图3 柴油机连杆螺栓安装示意图 |
图4 如何拧紧连杆螺栓 |
三、连杆变形原因和维修方法
柴油机连杆工作时，由于连杆伸长，摆动和受力较大，当柴油机超负荷运转和爆震时，会使杆身产生弯曲和扭曲。
1、连杆变形产生原因
（1）使用中的原因
使用中柴油发电机超速运转、低速超负荷运转或供油时间过早，经常轰油门，易引起连杆变形。即使在正常操作中，连杆因承受强大的压缩和拉伸作用，也容易产生疲劳变形。
（2）机械事故
柴油发电机工作中发生事故，如飞车、烧瓦抱轴、活塞胀死等故障时，往往引起连杆变形。
（3）修理和装配原因
汽缸套和活塞之间间隙留得过小，以致活塞受热后卡死在汽缸套内，将连杆拉断或压弯。在修理过程中，如镗连杆瓦，将连杆夹在虎钳上拧紧或拧下连杆螺母，也容易造成连杆的变形。安装时，活塞销中心线与曲轴连杆轴颈中心线不平行，连杆易产生疲劳弯曲，甚至断裂。
2、连杆检测维修方法
在连杆校正器上进行鉴定和修复。不要用锤击方法试图修复。无连杆校正器时，可将两根木棒（要求圆而直，直径与连杆大小头孔径相近）分别装入连杆大、小头孔，再测量它们的尺寸，如果两木棒互相交叉，则表明连杆扭曲。一般当连杆弯曲量或扭曲量大于0.1 mm时，即应校正。
（1）校正时先校弯曲，如图5所示。后校扭曲，如图6所示。
（2）无连杆校正器时，也可在台虎钳上校正。
（3）当弯扭曲不大时，可采用冷校。
注意：冷校后应将连杆加热到400～500 ℃，保温0.5～1 h，再用石棉纸包好放在空气中冷却。
（4）对变形较大的连杆，应更换新件或用气焊进行热校。
（5）连杆大、小头孔磨损严重时，一般更换新件。
（6）连杆轴承孔的结合面有轻微刮痕，可用细锉锉平，然后再用刮刀刮削到接触面积达75%以上为止。
（7）连杆衬套内孔磨损后，可采用在衬套内涂敷机油，穿入活塞销，一手握住连杆，用另一手拇指摆动活塞销的方法检查。如感觉销子和衬套有间隙，应换新衬套，或采用手工铰削后，配加大的活塞销予以修复。
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图5 连杆扭曲变形检查 |
图6 连杆变形弯曲校正 |
总结：
连杆组件常见的故障包括连杆损坏、连杆配重不当、连杆连接螺栓过紧、连杆轴承损坏等，若出现这些现象，请参考本文所述的柴油机连杆组件常见故障的分析与排除方法。在使用过程中，及时发现和解决连杆组件的故障，不仅可以确保柴油机的正常工作，还能延长其使用寿命。只有做好预防和维护工作，才能保证连杆组件的安全可靠。
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