DF4型机车16V240柴油机活塞故障的分析与预防.pdf

《DF4型机车16V240柴油机活塞故障的分析与预防.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4期2014年8月内燃机InternalCombustionEnginesNo．4Aug．2014DF4型机车16V240柴油机活塞故障的分析与预防陈予，程春乐，王渭松，肖杰。陈义和。李崇辉(武汉铁路局武昌南机务段，湖北武汉430064)摘要：机车柴油机活塞故障不仅给柴油机造成大破损，还将危急铁路安全运输。分析故障，探究根源，为减少乃至根治故障抛砖引玉。关键词：连杆小端衬套；活塞裙；冲击过载；拉伸；连杆螺栓中图分类号：TK428文献标识码：B文章编号：1000—6494(2014)04—0056—03FaultAnalysisandPreventionto16V240DieselPist

2、onforDF4ModelLocomotiveCHENYu，CHENGChunle，WANGWeisong，XIAOJie，CHENYihe，LIChonghui1问题的提出Dn6481机车柴油机采用钢顶铝裙活塞，运行20万km后，第8缸，16缸活塞出现故障。第8缸活塞裙破裂，连杆坏损，小端衬套破碎，活塞销因撞击挤压变形，连杆螺栓断裂。第16缸活塞顶裙开脱，活塞裙破裂，连杆体大幅扭曲变形，连杆螺栓断裂，曲轴、机体受损。第8缸活塞裙破裂，属疲劳断裂失效，大面积断口表现过载冲击撕裂状特征川，见图1中圆圈所示部位。图1第8缸活塞裙断裂作者简介：陈予(1964一)，男，江苏南通人，高级技师，主要从

3、事内燃机车检修管理工作。收稿日期：2014—03—19连杆螺栓断裂，2号螺栓因拉伸冲击性过载疲劳断裂，1号螺栓弯曲疲劳断裂。连杆小端衬套完全破碎，碎片正面出现许多大小不一的小坑，连杆小端衬套有剥离穴蚀过程，衬套座孔仅轻度碾磨，活塞销与连杆碰撞挤压变形。第8缸侧曲轴平衡块受撞击紧固螺栓被拔出变形，坏损程度重于第16缸侧。第16缸活塞裙破裂，断口为冲击过载脆性断裂失效⋯，见图2。图2第16缸活塞裙断裂排序对比第8缸连杆小端衬套坏损，第8缸，16缸侧曲轴平衡块、连杆体坏损程度，主要部件故障顺序，判定第8缸活塞部件先出现故障。2故障分析检查第8缸、16缸活塞裙外部及活塞头部磨损、气环磨损、活塞销座

4、孔内侧状态、缸套内壁情第4期陈予，等：DF。型机车16V240柴油机活塞故障的分析与预防·57·况，没有拉缸迹象。活塞裙断裂非拉缸故障引发。2．1活塞裙受力情况及裂纹形成机理分析活塞工作时，活塞裙受机械负荷热负荷作用受力复杂。压缩膨胀冲程中，裙体沿活塞销轴向伸长，连杆方向受燃气压力作用被压缩，活塞裙部呈椭圆。活塞销受活塞压力连杆顶拉作用向下弯曲，活塞裙部及销孔座两侧金属被向下拉伸，向内挤压。这个区域活塞裙部椭圆度与圆度交替变更频繁，活塞裙体易发生形变。工作中活塞裙承受较高热负荷作用，活塞顶裙热量梯度较大，各种应力集中。活塞裙部热应力易聚焦销座孔两侧，在裙体上发展成金属热疲劳裂纹，活塞裙是活

5、塞裂纹滋生的高危区忙1，见图3。罔3活辈裂纹易形成的区域2．2第8缸活塞裙部断裂分析断口在活塞销座上半圆区，是活塞裙承受活塞销、连杆体侧压力、拉伸力载荷交替变更频繁区域。断口情况表明，活塞裙因冲击过载疲劳失效，见图4。图4第8缸活塞断裂断口观察连杆小端衬套及活塞销情况，小端衬套碎掉，残片正面有大小各异的d,：YL坑，连杆小端孑L座无过热摩擦，说明衬套早期已发生剥离穴蚀，只是故障过程缓慢。如图5中箭头所示主承载部位无过热摩擦现象。连杆衬套破碎过程是活塞销向裙座裙体冲击过载拉压的过程。随衬套与活塞销相互作用，衬套坏损加剧，活塞裙体被冲击过载频次增多，强度增大，活塞裙体断裂。活塞裙断裂原因是连杆

6、小端衬套故障，连杆图5第8缸连杆小端衬套座孑L小端与活塞销配合间隙超限，活塞销对裙体过载冲击造成。2．3第16缸活塞裙断裂分析分析活塞裙宏观断口，没有发现疲劳源区，裂纹产生。失效性质为过载脆性断裂，活塞裙体断裂属撞击过载脆性断裂⋯。破损严重部位靠近第8缸侧，图中左侧靠近第8缸，圆圈处是裙部断裂金属最多区域。第16缸活塞裙断裂见图6。图6弟16缸裙破损部分内侧2．4第16缸连杆体受撞击分析连杆体从右向左弯偏，第8缸活塞销脱出过程中，顺曲轴旋转方向撞击扭曲连杆体。活塞销上留下对应撞击挤压印证，图7中圆圈所示为活塞销撞击留下圆弧形凹印，连杆产生弯扭弯曲见图7。图7连杆弯曲情况撞击瞬间活塞顶裙连接

7、螺栓被扭转拉伸弯曲剪切叠加作用。活塞各部件温度较高，塑性较大，唯顶裙连接螺栓刚度强，外来载荷吸收多于其它部件。距第8缸最近一根先断裂，其它相继快速过载失效断裂。部分活塞裙体因冲击脆性断裂”1。连杆受撞击产生系列反映，包括第16缸部分活塞裙断裂。活塞裙销座上部因连杆被第8缸活塞销撞击发生弹性变形、整体位移，而被连杆小端挤蹭冲击，见图8中圆圈所示。内燃机2014年8月【孚】8并；16缶I+活重；被州‘。0卡}￡曾证明第8缸活