故障檢修與技術(shù)維護

曲軸止推瓦片失效原因、間隙要求及潤滑條件

 

摘要：為提高目前柴油機維修市場(chǎng)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)處的一些認識?？得魉拱l(fā)電機廠(chǎng)家本文就針對柴油機曲軸止推瓦的一般定義、構造安裝、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(jiǎn)扼回顧，來(lái)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)電機機故障引發(fā)點(diǎn)會(huì )有一點(diǎn)幫助，本文也可作為康明斯發(fā)電機組授權經(jīng)銷(xiāo)商新上崗技工培訓的一個(gè)業(yè)務(wù)教材。

 

一、止推瓦的定義、形狀及材料

 

      止推瓦又稱(chēng)止推滑動(dòng)軸承，是機械傳動(dòng)所屬承受軸向（沿著(zhù)或平行于旋轉軸線(xiàn)）載荷的減磨墊片。止推瓦品種繁多，因為用在曲軸上的，人們就稱(chēng)曲軸止推瓦。曲軸止推瓦也分別形狀不同而稱(chēng)有止推環(huán)、止推瓦和翻邊主軸瓦。翻邊主軸瓦的翻邊的側面就是止推面功能。一般以采用半圓型止推瓦形狀為多，有2—4片為一臺機的。一臺機為4片，以二個(gè)半圓為一組，分上下片，一般下片設有一個(gè)定位舌。

1、止推瓦的作用

      在發(fā)動(dòng)機曲軸的止推面處通常設置有止推片，以通過(guò)止推片為曲軸的軸向提供支撐，阻止曲軸軸向竄動(dòng)。發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，止推片與曲軸之間存在有摩擦，為了降低摩擦，延長(cháng)止推片的使用壽命，止推片的朝向曲軸的側面設置有油槽，并且該側面由油槽分割的各部分分別形成有斜面，這樣在曲軸轉動(dòng)時(shí)，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的方向轉動(dòng)而不能反向轉動(dòng)，也就是說(shuō)，該種類(lèi)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）。但是由于止推片結構的特殊性，通過(guò)目視很難區分止推片是用于前止推面還是后止推面，嚴重影響裝配效率，而一旦裝錯，會(huì )使止推片磨損嚴重，工作失效，直接造成發(fā)動(dòng)機報廢。

2、止推瓦的類(lèi)型

      目前在柴油發(fā)動(dòng)機中，軸瓦作為摩擦副，既承擔著(zhù)軸與座孔之間的摩擦，同時(shí)又要傳遞曲軸的運動(dòng)載荷。而曲軸在運動(dòng)中，除了正常的旋轉運動(dòng)之外，由于大飛輪的存在，因此同時(shí)會(huì )有軸向串動(dòng)，為了阻止曲軸的這種軸向串動(dòng)，同時(shí)又必須使曲柄與瓦座之間有合理的運動(dòng)間隙，現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(shí)安裝快捷的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的發(fā)動(dòng)機采用了鑲邊瓦這一形式。因此，傳統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(lèi)型

     止推瓦的材料，常用的有鋁合金（AlSn20Cu、Al-Sn6Cu）與鋼（08Al、10、SPHC）的復合金屬板；有銅合金（CuPb24Sn4、CuPb10Sn10）與鋼（08Al、10、SPHC）的復合金屬板；也有選用全鋁合金或全銅合金的。止推瓦（thrust washers）屬于滑動(dòng)軸承類(lèi)。2003年3月出版的《中國機械工業(yè)標準匯編》中中國標準出版社和全國滑動(dòng)軸承標準化技術(shù)委員會(huì )共同選編的〔滑動(dòng)軸承卷〕中有32個(gè)國家準，22個(gè)行業(yè)標準；其內容包括：術(shù)語(yǔ)、分類(lèi)及符號，檢驗方法，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(huì )有參考價(jià)值。

 

圖1  柴油機普通止推片結構示意圖

圖2  曲軸鑲邊瓦止推片結構圖

 

二、曲軸止推瓦的工作環(huán)境

 

1、止推瓦的工作條件

      柴油機軸瓦、止推瓦是柴油機的主要摩擦副，它承受很高的動(dòng)載荷。在柴油機運行中相比于其它零件，是處于最?lèi)毫拥墓r下工作的零件。柴油機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?dòng)軸承（止推瓦）系統實(shí)際上就是一個(gè)相對作用并相互作用且相互牽連的若干元素的有機結合體。作為摩擦副的止推瓦帶鋁/銅合金設有油槽一面與曲軸端平面的相對運動(dòng)的表面之間，始終要求存在足夠厚度的、完整的、連續的油膜，并保持曲軸一定的軸向間隙。從滑動(dòng)軸承系統圖中可以了解，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(shí)會(huì )產(chǎn)生足夠厚度的完整的油膜。有油的流動(dòng)降低摩擦發(fā)生的溫升。

2、間隙的選取

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

      以康明斯系列柴油機為例，止推瓦安裝在曲軸第二道主軸瓦座前后兩側半圓的凹坑內，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，若柴油機磨合期結束時(shí)的軸向間隙為0.13 mm左右時(shí)，此機規定磨損0.35-0.13=0.22mm，也就是說(shuō)止推瓦的止推面磨損大于0.22 mm，軸前后竄動(dòng)量超過(guò)0.35mm或止推瓦單片磨損較大時(shí)，應進(jìn)行更換。如圖4所示，安裝前注意對其進(jìn)行潤滑，防止缺油導致新故障。

 

圖3  柴油機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.最后導致曲軸報廢。止椎片在柴油機廠(chǎng)也有止推瓦在一臺柴油機里裝反一/二片的現象，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(shí)要正確安裝，由于許多止推瓦設計是軸對稱(chēng)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(lái)定方向的就不會(huì )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，選擇適當的止推瓦厚度（若需要加厚止推瓦，要售配加厚厚度的+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，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、止推瓦間隙調整

      通俗的說(shuō)止推瓦是用來(lái)調節軸向竄動(dòng)量大小的，可調控厚度的墊片。止推瓦間隙超過(guò)0.255mm，為間隙過(guò)大，其曲軸竄動(dòng)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(shí)時(shí)聲音會(huì )越來(lái)越響，開(kāi)始結碳燒機油，問(wèn)題點(diǎn)就會(huì )明顯暴露出來(lái)；間隙小于0.052mm時(shí)，為間隙過(guò)小，也因熱漲因素，止推瓦長(cháng)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(huì )增大對止推瓦的快速磨損。維修人員如何來(lái)選取止推瓦的最佳厚度，是要斟酌的。

4、止推瓦質(zhì)量選型

      主機廠(chǎng)對止推瓦歸屬A類(lèi)件要求是比較高的。供方都要經(jīng)過(guò)APQP、PPAP的過(guò)程，主機廠(chǎng)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該用主機廠(chǎng)下發(fā)給的附配件，當然是原廠(chǎng)產(chǎn)品、質(zhì)量可靠有保障。若對曲軸的端面進(jìn)行過(guò)修正，為確定軸向間隙量需用加厚的同型號止推瓦時(shí)，可以向原廠(chǎng)取或找質(zhì)量上乘的產(chǎn)品。對柴油機里的所用配件還是應用主機廠(chǎng)選用名牌貨為佳。

（2）對于沒(méi)有原廠(chǎng)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），雙合金材料的結合度（可用180°來(lái)回彎曲一次，見(jiàn)合金面與鋼背結合應牢固，結合處不得有雜物及分層現象）、表面粗糙度達Ra0.8（機加工對比塊）.確需用加厚時(shí)可聯(lián)系廠(chǎng)方，千萬(wàn)不要襯墊薄金屬片等。

（3）沒(méi)有三證的止推瓦，質(zhì)量無(wú)保證的容易產(chǎn)生問(wèn)題。止推瓦本身就有質(zhì)量問(wèn)題時(shí).影響整個(gè)柴油機的性能。主要有止推瓦平整度不好、裝機時(shí)就會(huì )卡機，當時(shí)就有異聲：材料有許多指標、如：良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性、良好的摩擦順應性、嵌入性和磨合性，足夠的強度和抗腐蝕能力。材料不好，指減磨合金工作面材質(zhì)不符合要求，會(huì )造成止推瓦早期失效，止推瓦會(huì )四片都快速磨損，竄動(dòng)聲越來(lái)越響，影響整個(gè)柴油機的使用壽命。

 

四、止推瓦常見(jiàn)故障分析

 

      因為受外力的作用，使曲軸長(cháng)期產(chǎn)生軸向力，使受力一對止推瓦與曲軸端面長(cháng)期不間斷碰磨，由于間隙變小且缺油，破壞了油膜，（正常的油膜應是足夠厚度的、完整的、連續的）。此時(shí)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，鋼背變深藍呈高溫退火，止推瓦變薄，上片有時(shí)會(huì )擠向下片位，止推瓦會(huì )變形掉落，柴油機異響。只要折檢油底殼，發(fā)現機油中含有合金碎片及鐵屑并檢查可找到掉落的止推瓦。用查該整套臺機舊件來(lái)分析，一對磨損嚴重，鋼背發(fā)熱過(guò)且表面呈深藍，另一對磨損較少，但它也會(huì )在掉落過(guò)程沖擊變形（柴油機在運轉）?？梢耘卸ú皇侵雇仆哔|(zhì)量問(wèn)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、新機常見(jiàn)的故障

      現場(chǎng)發(fā)現有一片或以上止推瓦脫落的憑現代技術(shù)水準生產(chǎn)的國產(chǎn)柴油機出廠(chǎng)時(shí)都是好的；不到規定大修期限都不需要大修柴油機的。但凡是柴油機出現故障了，不管是否止推瓦本身毛病，其都會(huì )受招殃及，常見(jiàn)到止推瓦掉落在油底殼里。

      最常見(jiàn)的一種毛病是：在整裝過(guò)程中，由于外來(lái)因素，把柴油機曲軸向前頂了，使曲軸失去規定的軸向間隙，我們通常稱(chēng)作曲軸受有“軸向力”。則后一組止推瓦處無(wú)間隙/間隙小且少缺油，使止推瓦長(cháng)時(shí)間處于碰磨狀態(tài)，一般在2000運行小時(shí)時(shí)，后組止推瓦磨損有時(shí)可達1mm，鋼背呈深蘭色退火變軟嚴重的會(huì )使雙層合金分離，與此同時(shí)前一組止推瓦很少碰磨，隨著(zhù)后一組磨損變薄，前一組的間隙的相應變大，受曲軸沖擊力（比如停機、換擋）影響到前一組的上片會(huì )擠進(jìn)下片位成疊，嚴重的折曲落下。

2、利用舊件判斷

      從以上描過(guò)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?chē)乐兀?片輕微。磨損程度嚴重的2片其鋼背己呈深藍暗色均己升溫→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(huì )己疊壓折曲痕跡。如果在四片中發(fā)現鋼背面上有一片或二片旋轉磨損痕跡的，說(shuō)明該片是裝反了。要從擠壓擠斷殘片中來(lái)分析判斷當初裝配時(shí)的方向，一般都可以從舊件和缸體接觸后痕跡中分析。

3、加強維護保養

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

      在柴油機運行中，如果發(fā)現曲軸的軸向竄動(dòng)量大，要及時(shí)檢查止推瓦的磨損情況，及時(shí)處理。對異常的情況不作檢查，疏忽大意，止推瓦磨損不及時(shí)更換，最后導致曲軸及機體的報廢。因此，每次二級保養均應拆卸油底殼，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，再堅持繼續運行影響面就隨之擴大，會(huì )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)

      證據齊全是判斷故障的條件，在維修點(diǎn)察看打開(kāi)柴油機的現場(chǎng)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)。柴油機廠(chǎng)的仲裁委員會(huì )專(zhuān)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：

      隨著(zhù)柴油發(fā)電機組工廠(chǎng)生產(chǎn)鏈的科學(xué)與進(jìn)步，生產(chǎn)的柴油機本身都是優(yōu)秀的，正常的柴油機工作是不會(huì )發(fā)生止推瓦失效的，柴油機不到大修間隔期就不需更換止推瓦。止推瓦和曲軸端面設計存在著(zhù)有效間隙（一般有0.10~0.25mm），正常運轉時(shí)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)柴油機的全部的舊件/殘片來(lái)分析。必須要解決一個(gè)誤區，一見(jiàn)有止推瓦磨損或掉油底殼了，有些主機廠(chǎng)維修站就武斷地判定是止推瓦質(zhì)量問(wèn)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的功能，止推瓦是設有減磨層可以讓硬質(zhì)曲軸端面碰磨的。

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