国Ⅲ柴油机曲轴断裂案例分析及修复技巧

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：进一步分解柴油机后，不仅发现部分轴瓦有严重的磨损现象，而且出现了曲轴连杆轴颈断裂的重大故障。案例3：机体变形导致曲轴断裂。修复后行驶约2万km时，曲轴在第3缸连杆轴颈与第4道主轴颈连接处断裂，认为是交通道路较差，曲轴加大后不能承受额定载重工作，而货车经常是额定载货甚至超载工作造成的。因此再更换一条新曲轴，但行驶2万km左右，曲轴在第2缸连杆轴颈与第3道主轴颈连接处断裂，这次事故不得不引起高度的重视。

案例1：曲轴弯曲变形导致曲轴断裂。

故障现象：有一台08-32捣固车的动力是道依茨F12L513风冷柴油机，大修后正常作业100h左右，在一次施工作业过程中，突然产生异响，随即自动停车，停机后立即起动柴油机不能起动。停机10min后，再次起动柴油机，起动成功；但柴油机产生“啪、啪、啪”的敲击噪声。

故障诊断：开始认为可能出现了“拉缸”故障，拆下排气管观察，没有发现问题。检查气门间隙和喷油系统，均未发现问题。然后检查机油滤清器滤芯，发现有大量的铜屑，所以判断柴油机可能出现了烧瓦故障。

进一步分解柴油机后，不仅发现部分轴瓦有严重的磨损现象，而且出现了曲轴连杆轴颈断裂（图8-4）的重大故障。除此之外，柴油机其他部件全部正常。

故障分析：要分析曲轴断裂的原因，要有从大修柴油机说起。

图8-4 曲轴断裂位置示意图

（1）原机的基本情况原机原来存在起动困难等故障，在一年多的时间里，都是靠进气管喷起动液起动柴油机的。久而久之，对柴油机造成了极大的伤害。直接结果是该机有5个活塞顶部严重烧蚀，5个气缸盖排气门座圈附近严重烧蚀。另外，该机还因缺机油而造成一道连杆轴瓦严重烧蚀，两道主轴瓦严重划痕，一个气缸轻微“拉缸”。曲轴箱有3道主轴瓦底孔失圆，不圆度达0.08mm；更为严重的是曲轴的第3道连杆轴颈磨损达0.42mm，曲轴弯曲达0.70mm。

（2）原机修复和换件情况

①更换了全部12个活塞、气缸套组件、5个气缸盖、进排气门、轴瓦及所有密封件等。

②专业修复了曲轴箱主轴瓦底孔（热喷涂后恢复为标准尺寸）。

③专业校直了曲轴并按加大一级（+0.25mm）修磨曲轴，其中磨损严重的连杆轴颈加大两级（+0.50mm）。

按技术要求组装并经热磨合试验后投入使用。初期使用情况良好，100h左右就发生了断轴故障。

（3）曲轴断裂原因

①断轴位置在第3道连杆轴颈处，具体位置如图8-4所示，未发现轴颈变黑。

②仔细检查断轴，未发现曲轴轴颈处的过渡圆弧有问题。

③询问操作者，也未发现使用不当因素。

④仔细观察，发现断裂处原有微小的纹路，由此判断造成本次断轴的基本原因是：一是长期使用起动液起动柴油机，导致柴油机曲轴受力不均并局部受力严重，产生微小裂纹；二是曲轴弯曲后校直过程存在问题，可能校直时间太快，加重了裂纹。因此，造成柴油机在修复后正常使用过程中突然产生断轴故障。

经验教训：

①柴油机维修时，如果出现类似故障，对曲轴的处理一定要慎重。如果曲轴弯曲太多，最好不要校直而作报废处理。

②柴油机起动困难时，一定要找出原因，不能用喷起动液的方法强行起动柴油机。

③柴油机大修时，应对曲轴等轴类零部件进行磁力探伤处理。

④对于大功率柴油机，曲轴修磨加大级别不应超过两级（+0.50mm）。

案例2：曲轴维修不当导致断裂。

故障现象：有一台北方豪华大巴车的动力是道依茨BF6M1015C柴油机（V型6缸机），该柴油机在运行中，由于缺机油导致曲轴第3道连杆轴瓦烧损、连杆轴颈磨损约1.00mm。因柴油机整体平衡的需要，该柴油机曲轴连杆轴颈左、右排缸不在同一轴颈上，而是相互错开一个位置（图8-5），且为铸铁类曲轴。

图8-5 道依茨BF6M1015柴油机曲轴

曲轴修复：按照该柴油机维修手册的规定，该机曲轴的维修级别为两级（表8-3），最多允许轴颈加大0.50mm，该轴颈的实际磨损在1.00mm以上，超过了维修参数的上线，应该做报废处理。

表8-3 BF6M1015曲轴修磨等级

但该车车主为了省钱，决定对该轴的连杆轴颈进行喷涂处理后继续使用。当时喷涂单位的技术人员告知车主，如果是钢轴，问题不会太大，喷涂后不会有太大的危险，使用不存在问题。但该轴是铁质轴且连杆轴颈左右错位，磨损量较大，喷涂后不可能保证质量，有可能会断轴，不过断轴的概率也不是100%。车主选择喷涂处理。因此，就对该轴进行了热喷涂，并修复为标准尺寸。

该机修复后，装车运行了约50h，在一次高速行驶中柴油机突然产生异响并自动停机，再次起动柴油机却不能起动，后经专业检查，发现该机曲轴断裂。断裂之处就是热喷涂修复的轴颈。

经验教训：由此曲轴断裂故障，可以说明两点。

①道依茨BF6M1015柴油机的曲轴或其他柴油机的铁质曲轴，不可以采用热喷涂的方法修复，即使是修复，也可能导致修复部位断裂。

②维修该柴油机曲轴时，必须按照修理手册的要求，最多进行两个级别的加大处理。超过修理级别要求后，只能予以报废。否则，可能造成更大的损失。

案例3：机体变形导致曲轴断裂。

故障现象：有一台重型货车，柴油机为日产NE6，行驶30万km时，由于机油原因引起第2缸连杆轴瓦烧蚀，经探伤仪探测曲轴未见伤痕，曲轴加大级别并校正后修复柴油机。修复后行驶约2万km时，曲轴在第3缸连杆轴颈与第4道主轴颈连接处断裂，认为是交通道路较差，曲轴加大后不能承受额定载重工作，而货车经常是额定载货甚至超载工作造成的。因此再更换一条新曲轴，但行驶2万km左右，曲轴在第2缸连杆轴颈与第3道主轴颈连接处断裂，这次事故不得不引起高度的重视。

故障诊断：曲轴断裂的原因归纳起来一般情况有如下几点。

①超载行驶，柴油机经常处于高速或超速运转状态。

②高速行驶中，经常突然制动。

③道路状况较差，驾驶人操作不当。

④曲轴材质不均，抗疲劳强度差。

⑤曲轴本身有暗伤，机油质差，有抱瓦现象。

⑥主轴承松动，主轴承座孔变形。

故障分析：仔细了解该车的使用情况，驾驶人反映该车柴油机修复后，柴油机有力而且声音小，不冒黑烟，耗油量正常。近期都是在城市道路上运行，车速不快，没有出现过急制动现象，该驾驶人具有20多年驾龄，驾驶经验丰富。并且据近期经营情况可以证明以上交谈内容属实。因此可以排除“超载行驶、急制动、路况差”等原因。

除上述“曲轴材质不均，抗疲劳强度差”暂时无法检测外，柴油机解剖后从曲轴断裂的截面观察，未见旧伤痕；连杆轴承与连杆轴瓦结合面磨损正常，未见抱瓦现象；拆除主轴瓦，装上主轴瓦盖，将螺栓按规定力矩拧紧，用百分表测量孔径，其偏差不到0.01mm，但第3、4道座孔上有一点刮伤痕迹；再拆除主轴承瓦盖，以油道孔为基准，用钢直尺测量7道孔偏差，发现3、4道孔与其他孔相比差0.5mm。由此可见，曲轴断裂的原因是孔座刮伤和孔座变形所致。

故障排除：该车已行驶将近40万km，考虑到已接近报废期，如果更换一个新气缸体，从经济角度考虑不合算。但从该车的整体性能角度考虑，该车还有利用价值。因此采用了配瓦法修复：购买新曲轴，气缸体主轴承座孔镗大2mm，按照加大2mm的曲轴孔座，重新配制一副加厚2mm的主轴瓦，其内径按曲轴标准件加工。柴油机修复后已经行驶了4万km，从柴油机的声音、烟色、动力、耗油量等方面评价，该车性能正常。

案例4：更换配件不当导致曲轴断裂。

故障现象：一辆装用WD615.68型柴油机的斯太尔车，维修时需要更换曲轴。维修人员将一根与原车曲轴结构相同、尺寸相同而实际上是WD615.67型柴油机用的曲轴换上。车辆修好后行驶了不足4000km，在一次长途运行中，突然发生了柴油机断轴的恶性事故。

维修人员经过详细检查，发现其柴油机机油压力正常，大、小轴瓦无拉伤或烧瓦现象，其他相关部件也一切正常。最后怀疑是曲轴质量问题或是其他意外原因造成的。于是再换一根同类型曲轴。结果又在很短时间内再次发生断轴故障，这次维修人员不再盲目更换曲轴，而是对柴油机各相关部件进行了仔细检查，结果仍然一无所获。

故障诊断：为搞清楚故障的真正原因，维修人员向厂方指定的特约维修站打去电话进行咨询，请教后，方才真相大白。原来，斯太尔汽车装用WD615.67柴油机的曲轴和装用WD615.68型柴油机的曲轴决不能互换。尽管两者的结构相同、尺寸相同，但生产时的材质、强度、刚度及表面热处理硬度都是不同的。

斯太尔WD615.68柴油机是在WD615.67机型基础上开发的新一代机型。它的技术比WD615.67更新，更进步，也更科学，采用高强化技术，喷油泵、喷油器、气缸盖、气门、气缸套、增压器、水泵均和WD615.67机型有所区别。

如果用WD615.67柴油机曲轴代替WD615.68柴油机曲轴，由于WD615.68柴油机功率大，曲轴轴颈及各部受力大，极易出现上述断轴事故。反之，用WD615.68柴油机曲轴代替WD615.67柴油机曲轴，虽然各方面都比较合适，但是由于价格较贵，用户会感到太浪费。

故障启示：在维修斯太尔柴油机（或其他类似的柴油机）时，如果搞不清楚车型时，只要提供图号（零件号），供应商或厂方就能准确地选配出与车型或柴油机型号所对应的配件，避免因型号互换错误而带来的不必要的损失和麻烦。斯太尔汽车属于系列车型，汽车上的零部件通用化程度较高，但有的零部件尽管尺寸相同、结构相同，还是绝对不能互换或替代的，特别是增压机型绝对不能使用非增压机型的相同零部件。

国Ⅲ柴油机曲轴断裂案例分析及修复技巧

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