故障檢修與技術(shù)維護(hù)

曲軸止推瓦片失效原因、間隙要求及潤滑條件

 

摘要：為提高目前柴油機(jī)維修市場的技工對曲軸止推瓦的進(jìn)一步了解，正確使用并更換止推瓦及與曲軸軸向間隙相關(guān)聯(lián)處的一些認(rèn)識?？得魉拱l(fā)電機(jī)廠家本文就針對柴油機(jī)曲軸止推瓦的一般定義、構(gòu)造安裝、間隙要求、潤滑條件、止推瓦本身質(zhì)量特性和維修前后的注意事宜作些簡扼回顧，來討論分析曲軸止推瓦脫落。希望對維修站正確判斷柴油發(fā)電機(jī)機(jī)故障引發(fā)點(diǎn)會有一點(diǎn)幫助，本文也可作為康明斯發(fā)電機(jī)組授權(quán)經(jīng)銷商新上崗技工培訓(xùn)的一個業(yè)務(wù)教材。

 

一、止推瓦的定義、形狀及材料

 

      止推瓦又稱止推滑動軸承，是機(jī)械傳動所屬承受軸向（沿著或平行于旋轉(zhuǎn)軸線）載荷的減磨墊片。止推瓦品種繁多，因?yàn)橛迷谇S上的，人們就稱曲軸止推瓦。曲軸止推瓦也分別形狀不同而稱有止推環(huán)、止推瓦和翻邊主軸瓦。翻邊主軸瓦的翻邊的側(cè)面就是止推面功能。一般以采用半圓型止推瓦形狀為多，有2—4片為一臺機(jī)的。一臺機(jī)為4片，以二個半圓為一組，分上下片，一般下片設(shè)有一個定位舌。

1、止推瓦的作用

      在發(fā)動機(jī)曲軸的止推面處通常設(shè)置有止推片，以通過止推片為曲軸的軸向提供支撐，阻止曲軸軸向竄動。發(fā)動機(jī)工作時，止推片與曲軸之間存在有摩擦，為了降低摩擦，延長止推片的使用壽命，止推片的朝向曲軸的側(cè)面設(shè)置有油槽，并且該側(cè)面由油槽分割的各部分分別形成有斜面，這樣在曲軸轉(zhuǎn)動時，在斜面上可形成楔形油膜，以在曲軸和止推片之間進(jìn)行潤滑。但是，由于止推片上具有用于形成楔形油膜的斜面，因此，曲軸只能在與斜面相對應(yīng)的方向轉(zhuǎn)動而不能反向轉(zhuǎn)動，也就是說，該種類型的止推片限定為只能裝在曲軸的前止推面或者后止推面上，而不能裝反（即用于前止推面的止推片不能用在后止推面上或者用于后止推面的止推片不能用于前止推面上）。但是由于止推片結(jié)構(gòu)的特殊性，通過目視很難區(qū)分止推片是用于前止推面還是后止推面，嚴(yán)重影響裝配效率，而一旦裝錯，會使止推片磨損嚴(yán)重，工作失效，直接造成發(fā)動機(jī)報(bào)廢。

2、止推瓦的類型

      目前在柴油發(fā)動機(jī)中，軸瓦作為摩擦副，既承擔(dān)著軸與座孔之間的摩擦，同時又要傳遞曲軸的運(yùn)動載荷。而曲軸在運(yùn)動中，除了正常的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動之外，由于大飛輪的存在，因此同時會有軸向串動，為了阻止曲軸的這種軸向串動，同時又必須使曲柄與瓦座之間有合理的運(yùn)動間隙，現(xiàn)在通行的方法要么就是采用安裝整體翻邊瓦或者是鑲邊瓦，另一種是先在軸承座上安裝曲軸瓦，然后在其兩邊安裝止推片（如圖1所示）。由于鑲邊瓦的成本低，同時安裝快捷的優(yōu)點(diǎn)，越來越多的發(fā)動機(jī)采用了鑲邊瓦這一形式。因此，傳統(tǒng)的鑲邊瓦都是在瓦身兩邊安裝止推瓦片，如圖2所示。

3、材料的類型

     止推瓦的材料，常用的有鋁合金（AlSn20Cu、Al-Sn6Cu）與鋼（08Al、10、SPHC）的復(fù)合金屬板；有銅合金（CuPb24Sn4、CuPb10Sn10）與鋼（08Al、10、SPHC）的復(fù)合金屬板；也有選用全鋁合金或全銅合金的。止推瓦（thrust washers）屬于滑動軸承類。2003年3月出版的《中國機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編》中中國標(biāo)準(zhǔn)出版社和全國滑動軸承標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會共同選編的〔滑動軸承卷〕中有32個國家準(zhǔn)，22個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；其內(nèi)容包括：術(shù)語、分類及符號，檢驗(yàn)方法，材料和產(chǎn)品技術(shù)要求。此匯編對有需求的高級維修技工會有參考價值。

 

圖1  柴油機(jī)普通止推片結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  曲軸鑲邊瓦止推片結(jié)構(gòu)圖

 

二、曲軸止推瓦的工作環(huán)境

 

1、止推瓦的工作條件

      柴油機(jī)軸瓦、止推瓦是柴油機(jī)的主要摩擦副，它承受很高的動載荷。在柴油機(jī)運(yùn)行中相比于其它零件，是處于最惡劣的工況下工作的零件。柴油機(jī)80%以上的故障均與軸瓦止推瓦等摩擦副的磨損有關(guān)，而磨損故障的最直接的、最根本的原因往往就是潤滑失效?；瑒虞S承（止推瓦）系統(tǒng)實(shí)際上就是一個相對作用并相互作用且相互牽連的若干元素的有機(jī)結(jié)合體。作為摩擦副的止推瓦帶鋁/銅合金設(shè)有油槽一面與曲軸端平面的相對運(yùn)動的表面之間，始終要求存在足夠厚度的、完整的、連續(xù)的油膜，并保持曲軸一定的軸向間隙。從滑動軸承系統(tǒng)圖中可以了解，止推瓦的正常工作必須保持的主要條件：止推工作面有油槽/油穴，能抵抗和緩解暫短的缺油而避免干摩擦。適宜的工作間隙，工作時會產(chǎn)生足夠厚度的完整的油膜。有油的流動降低摩擦發(fā)生的溫升。

2、間隙的選取

      大中型柴油機(jī)曲軸軸向間隙為0.052~0.255mm，磨損極限為0.35mm；小型柴油機(jī)曲軸軸向間隙可取0.08~0.15mm。

      以康明斯系列柴油機(jī)為例，止推瓦安裝在曲軸第二道主軸瓦座前后兩側(cè)半圓的凹坑內(nèi)，如圖3所示。依靠主軸瓦座，防止脫落。止推瓦厚度為2.31±0.02，若柴油機(jī)磨合期結(jié)束時的軸向間隙為0.13 mm左右時，此機(jī)規(guī)定磨損0.35-0.13=0.22mm，也就是說止推瓦的止推面磨損大于0.22 mm，軸前后竄動量超過0.35mm或止推瓦單片磨損較大時，應(yīng)進(jìn)行更換。如圖4所示，安裝前注意對其進(jìn)行潤滑，防止缺油導(dǎo)致新故障。

 

圖3  柴油機(jī)止推軸承安裝位置示意圖

圖4  止推軸承的潤滑和安裝間隙

 

三、防止止推瓦事故的方法

 

      止推瓦出現(xiàn)事故的原因有一種是止推瓦裝反，使止推瓦鋼面和鋼質(zhì)的曲軸止推面直接摩擦，迅速磨損.最后導(dǎo)致曲軸報(bào)廢。止椎片在柴油機(jī)廠也有止推瓦在一臺柴油機(jī)里裝反一/二片的現(xiàn)象，但極少。維修點(diǎn)里發(fā)生的多一些。

1、正確安裝

      更換止推瓦時要正確安裝，由于許多止推瓦設(shè)計(jì)是軸對稱的且鋼背加工后的面和鋁合金面顏色接近，很容易裝反；但有些止推瓦是凸舌來定方向的就不會裝反，只要看清楚有油槽/油穴的一面即可（一定是碰磨工作面）。

2、止推瓦厚度選取

       在考慮曲軸軸向間隙，選擇適當(dāng)?shù)闹雇仆吆穸龋ㄈ粜枰雍裰雇仆?，要售配加厚厚度?0.05、+0.10等），要檢查止推瓦本身平整度小于0.125mm；要檢查曲軸端面的垂直度、平整度及表面粗糙度，若己有損傷的缸體和曲軸端面要修復(fù)，一般要求曲軸端面粗糙度為Ra0.4-Ra0.06，止推瓦止推面為Ra1.6-Ra0.8；要檢查與止推瓦鋼背接觸的面是否平整與清潔。

3、止推瓦間隙調(diào)整

      通俗的說止推瓦是用來調(diào)節(jié)軸向竄動量大小的，可調(diào)控厚度的墊片。止推瓦間隙超過0.255mm，為間隙過大，其曲軸竄動大，影響馬力并增大對鋼套、活塞環(huán)的磨損，影響壽命，但3000小時時聲音會越來越響，開始結(jié)碳燒機(jī)油，問題點(diǎn)就會明顯暴露出來；間隙小于0.052mm時，為間隙過小，也因熱漲因素，止推瓦長期碰磨且易缺油少油，引起加速磨損且止推瓦升溫發(fā)熱。另外曲軸端面不平整不光滑，會增大對止推瓦的快速磨損。維修人員如何來選取止推瓦的最佳厚度，是要斟酌的。

4、止推瓦質(zhì)量選型

      主機(jī)廠對止推瓦歸屬A類件要求是比較高的。供方都要經(jīng)過APQP、PPAP的過程，主機(jī)廠每年要對其審核考查，且質(zhì)量考核要求100ppm。

（1）對維修站用止推瓦應(yīng)該用主機(jī)廠下發(fā)給的附配件，當(dāng)然是原廠產(chǎn)品、質(zhì)量可靠有保障。若對曲軸的端面進(jìn)行過修正，為確定軸向間隙量需用加厚的同型號止推瓦時，可以向原廠取或找質(zhì)量上乘的產(chǎn)品。對柴油機(jī)里的所用配件還是應(yīng)用主機(jī)廠選用名牌貨為佳。

（2）對于沒有原廠產(chǎn)品配件的，對止推瓦產(chǎn)品重點(diǎn)檢查：幾何尺寸公差的符合，特別是厚度（百分尺用三點(diǎn)測量法）和平整度（在平扳上用塞尺要求小于0.12mm），雙合金材料的結(jié)合度（可用180°來回彎曲一次，見合金面與鋼背結(jié)合應(yīng)牢固，結(jié)合處不得有雜物及分層現(xiàn)象）、表面粗糙度達(dá)Ra0.8（機(jī)加工對比塊）.確需用加厚時可聯(lián)系廠方，千萬不要襯墊薄金屬片等。

（3）沒有三證的止推瓦，質(zhì)量無保證的容易產(chǎn)生問題。止推瓦本身就有質(zhì)量問題時.影響整個柴油機(jī)的性能。主要有止推瓦平整度不好、裝機(jī)時就會卡機(jī)，當(dāng)時就有異聲：材料有許多指標(biāo)、如：良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性、良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性，足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力。材料不好，指減磨合金工作面材質(zhì)不符合要求，會造成止推瓦早期失效，止推瓦會四片都快速磨損，竄動聲越來越響，影響整個柴油機(jī)的使用壽命。

 

四、止推瓦常見故障分析

 

      因?yàn)槭芡饬Φ淖饔茫骨S長期產(chǎn)生軸向力，使受力一對止推瓦與曲軸端面長期不間斷碰磨，由于間隙變小且缺油，破壞了油膜，（正常的油膜應(yīng)是足夠厚度的、完整的、連續(xù)的）。此時止推瓦發(fā)熱（缺油呈干摩擦升溫）使止推瓦減磨工作面加速度磨損，鋼背變深藍(lán)呈高溫退火，止推瓦變薄，上片有時會擠向下片位，止推瓦會變形掉落，柴油機(jī)異響。只要折檢油底殼，發(fā)現(xiàn)機(jī)油中含有合金碎片及鐵屑并檢查可找到掉落的止推瓦。用查該整套臺機(jī)舊件來分析，一對磨損嚴(yán)重，鋼背發(fā)熱過且表面呈深藍(lán)，另一對磨損較少，但它也會在掉落過程沖擊變形（柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)）?？梢耘卸ú皇侵雇仆哔|(zhì)量問題，而是需要檢查找到是什么原因使曲軸產(chǎn)生軸向力的。

1、新機(jī)常見的故障

      現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有一片或以上止推瓦脫落的憑現(xiàn)代技術(shù)水準(zhǔn)生產(chǎn)的國產(chǎn)柴油機(jī)出廠時都是好的；不到規(guī)定大修期限都不需要大修柴油機(jī)的。但凡是柴油機(jī)出現(xiàn)故障了，不管是否止推瓦本身毛病，其都會受招殃及，常見到止推瓦掉落在油底殼里。

      最常見的一種毛病是：在整裝過程中，由于外來因素，把柴油機(jī)曲軸向前頂了，使曲軸失去規(guī)定的軸向間隙，我們通常稱作曲軸受有“軸向力”。則后一組止推瓦處無間隙/間隙小且少缺油，使止推瓦長時間處于碰磨狀態(tài)，一般在2000運(yùn)行小時時，后組止推瓦磨損有時可達(dá)1mm，鋼背呈深蘭色退火變軟嚴(yán)重的會使雙層合金分離，與此同時前一組止推瓦很少碰磨，隨著后一組磨損變薄，前一組的間隙的相應(yīng)變大，受曲軸沖擊力（比如停機(jī)、換擋）影響到前一組的上片會擠進(jìn)下片位成疊，嚴(yán)重的折曲落下。

2、利用舊件判斷

      從以上描過的故障，都不難在4片（二組）舊件中找到答案，4片磨損程度痕跡可分為二種，2片很嚴(yán)重，2片輕微。磨損程度嚴(yán)重的2片其鋼背己呈深藍(lán)暗色均己升溫→高溫→發(fā)熱→退火→變軟，看厚度變薄很多，有些鋁/銅合金己磨損露鋼；另二片磨損不大，但有些會己疊壓折曲痕跡。如果在四片中發(fā)現(xiàn)鋼背面上有一片或二片旋轉(zhuǎn)磨損痕跡的，說明該片是裝反了。要從擠壓擠斷殘片中來分析判斷當(dāng)初裝配時的方向，一般都可以從舊件和缸體接觸后痕跡中分析。

3、加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)

      柴油機(jī)不受結(jié)合體外力干擾，曲軸軸向間隙處于正常，一般說不大修時不用更換止推瓦，在正常工作狀況下，止推瓦不易損壞。

      在柴油機(jī)運(yùn)行中，如果發(fā)現(xiàn)曲軸的軸向竄動量大，要及時檢查止推瓦的磨損情況，及時處理。對異常的情況不作檢查，疏忽大意，止推瓦磨損不及時更換，最后導(dǎo)致曲軸及機(jī)體的報(bào)廢。因此，每次二級保養(yǎng)均應(yīng)拆卸油底殼，檢查軸瓦、連桿瓦和止推瓦的磨損狀態(tài)。一旦等止推瓦脫落已晚了，再堅(jiān)持繼續(xù)運(yùn)行影響面就隨之?dāng)U大，會產(chǎn)生一連串的損失，從而增添了維修成本。

4、正確判斷故障引發(fā)點(diǎn)

      證據(jù)齊全是判斷故障的條件，在維修點(diǎn)察看打開柴油機(jī)的現(xiàn)場實(shí)物，維修站的審核工程師都能分折判斷出故障引發(fā)點(diǎn)。柴油機(jī)廠的仲裁委員會專家工程師，只要有確切維修記錄的檔案和照片、并收集到完整的保持一臺機(jī)的止推瓦舊件/殘片，就能夠正確裁決判定該故障引發(fā)的原因。

 

總結(jié)：

      隨著柴油發(fā)電機(jī)組工廠生產(chǎn)鏈的科學(xué)與進(jìn)步，生產(chǎn)的柴油機(jī)本身都是優(yōu)秀的，正常的柴油機(jī)工作是不會發(fā)生止推瓦失效的，柴油機(jī)不到大修間隔期就不需更換止推瓦。止推瓦和曲軸端面設(shè)計(jì)存在著有效間隙（一般有0.10~0.25mm），正常運(yùn)轉(zhuǎn)時止推瓦和曲軸不接觸。要正確判定是否止推瓦短/中期失效，可以從該事發(fā)柴油機(jī)的全部的舊件/殘片來分析。必須要解決一個誤區(qū)，一見有止推瓦磨損或掉油底殼了，有些主機(jī)廠維修站就武斷地判定是止推瓦質(zhì)量問題，這樣不科學(xué)至少欠公正的。是其忽視了止推瓦在柴油機(jī)的功能，止推瓦是設(shè)有減磨層可以讓硬質(zhì)曲軸端面碰磨的。

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