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東風牌EQ6100-1型發動機燒瓦抱軸故障分析與排除的探討
2012-11-06
近些年來，在汽車發動機上，廣泛采用的是分開式滑動軸承，一般稱軸瓦，它是在連桿將活塞所承受的力傳給曲軸，并和曲軸配合把活塞往復直線運動變曲軸的旋轉運動中，起到保護油膜減少摩擦阻力和易于磨合的作用。
在生產實踐中，發動機由于缺機油或機油變稀變質，濾清器和油路堵塞，油壓表損壞，軸承間間隙過大或過小等，在不同的工作條件下，都有可能發生燒瓦抱軸，這些都是使用維護中直觀明了的故障。還有一些，根基隱蔽很深，主要由于原件制造配料標準不統一；不同材料的配合件在匹配中沒有明確的規定在一定的溫度下，裝配間隙的取值范圍；投放市場的零配件質量不各格等因素所引起燒瓦抱軸的故障也很常見。
例如：有一臺EQ6100型發動機組裝后，在進行無負荷熱磨合試驗時，連桿瓦連續兩次發生抱軸，就屬于上述后列因素所致。
裝配中，該機是選用球墨鑄鐵制造的曲軸，20高錫鋁合金主軸瓦，鋁銻鎂合金連桿軸瓦，軸頸與軸瓦的裝配間隙在，主為0.04～0.11毫米，連為0.04～0.098毫米的取值范圍取值，后又根據滑動軸承間隙公式：ΔD=（0.008～0.0012）d毫米進一步精確，主為0.060～0.083毫米，連為0.049～0.074毫米取值。
當按ΔD主=0.062毫米，ΔD連=0.052毫米進行裝配后，在冷磨合階段完畢轉入無負荷熱磨合時，轉速由500轉/分升至1000轉/分，水溫過到85℃，油壓達到3.5公升/厘米2，磨合15分鐘時，將轉速降低到500轉/分，觀察測速儀，轉速不穩，發動機發抖，運轉有明顯的吃力狀態，立即停機、搖轉曲軸，阻力相當于冷車時的三至五倍。當對有關的零件進行分解檢查，均沒發現抱軸和吸缸現象，清洗后又重新按技術要求裝配再次磨合試驗，又出現上述情況。在判別是吸缸還是抱軸時，首先按各缸火花塞卸下，強力搖轉曲軸，可以從活塞上下運動磨擦的阻力和聲音確定是否吸缸，若不是，便是抱軸。當將連桿軸承的螺釘均擰輕2公升/厘米2時，再次搖轉曲軸，額外阻力幾乎消除。這就說明故障發生在連桿軸頸和軸瓦之間。
對此故障我們作了如下的分析，試驗與排除。
一、進行零件的理論分析，驗證配合間隙
1、曲軸
該機裝的是球墨鐵曲軸，軸頸表面經過硬化處理，具有較高的強度和良好的耐磨性。
設裝配室為20℃時，曲軸連桿軸頸標準值d為62毫米，當溫度升到工作Z高允許85℃時，其膨脹量可根據公式I1-I2=10d(t2-t1)=62×0.00002×（85-20）=0.0482毫米。
2、軸瓦
該機裝用的連桿軸瓦是用1毫米的低碳鋼帶作瓦背，其上澆有0.75毫米的鋁銻鎂減磨合金，在溫度達到20℃時，其軸瓦總量為1.75毫米。
（1）瓦背溫度達到85℃時，其膨脹量可根據公式：I1-I2=10d(t2-t1)=1×2×0.00001×（85-20）=0.00143毫米。
（2）鋁銻鎂合金的化學成份及熱膨脹：鎂0.75%，硅0.5%，鋁95%，當溫度達到85℃時，其膨脹量可根據公式I1-I2=10d(t2-t1)=0.75×2×0.000023×（85-20）=0.00224毫米。
（3）瓦背與合金的膨脹之和=0.00143+0.00224=0.00367毫米。
（4）這種材料的承截能力為200公斤/毫米2。
（5）這種材料的滑動線速度低于10米/秒。
3、軸承間隙與溫度的變化
軸承平均間隙為0.053 毫米，此時瓦背Z高溫度為135℃，Z小油膜 厚度為0.0056毫米，當間隙增大到0.0875毫米，則瓦背溫度降至112℃，油膜厚度增至0.0065毫米。
一般錫基合金瓦背溫度要求不超過120℃，鋁基合金 瓦背溫度不超過110℃。
4、軸頸 相外與軸瓦相內的膨脹總量
當工作溫度達到85℃，連桿軸頸d為62.048毫米，連桿瓦孔D為61.9964毫米，膨脹總量=0.0483=0.0036=0.0519毫米。
5、裝配間隙的取值
當在規定的0.04～0.098毫米范圍內取連桿軸承的裝配間隙0.052毫米，在零件到85℃時，連桿軸頸與軸瓦之間幾乎沒有油膜形成，隨著發動機轉速下降，機油壓力降低，流速減慢，瓦背瞬時溫度升高，所以就逐漸趨向于抱軸。
6、排除方法根據軸承間隙與溫度變化的關系，若將裝配間隙由0.0052毫米增加到0.060毫米，當溫度上上升到85℃時，油膜厚度近似于0.0054毫米，這樣就保證了油膜的形成，即可排除該機的故障。
二、實際升溫測算排除法
1、將該機曲軸連桿軸頸擦凈，用外徑千分尺在室溫20℃時測得該軸頸為61.99毫米（錐橢度忽略不計），再將曲軸放入機油機油加熱至85℃時，取出測得該軸頸d為62.031毫米。其實際膨脹量為62.031-61.99=0.041毫米。
2、將連桿軸瓦及瓦座擦凈，并將軸瓦裝入孔內，按10公斤/厘米2擰緊連桿螺釘，用內徑量表在20℃時測得D為62.042毫米，再將帶軸瓦的桿大端放入機油中加熱至85℃時，然后取出測量得瓦孔D為62.031毫米，其實際膨脹量為62.042-61.031=0.011毫米。
3、當零件溫度升高到85℃時，軸頸向外，軸瓦向內的膨脹總量等于0.041+0.011=0.052毫米。
實踐證明，該機軸頸，軸瓦在裝配時取0.052毫米作間隙是不合適的。
4、排除方法
經理論與實踐核實，將連桿瓦孔D在20℃時由62.042毫米鏜至52.050毫米，也就是將裝配間隙由0.052毫米增加到0.060毫米，再次裝配后，再次裝配后，經十二小時的磨合試驗，各項指標均達到技術要求。
三、連桿軸瓦與主軸瓦有關方面的比較
1、該機裝用的主軸瓦是20高錫合金軸瓦，線膨脹系數為22×10-4，小小鋁銻合鑫軸瓦的線膨脹系數24×10-4，其承載能力為300公斤/毫米，大于鋁銻鎂合金材料的承載能力200/毫米，其滑動線速度為13米/秒，也大于鋁銻合金材料的滑動線速度10米/秒。
2、主軸頸與軸瓦比連桿軸頸與軸瓦的潤滑條件各冷卻條件要好，因為連桿軸瓦的潤滑油是經過主軸瓦減壓升溫后送入的，主軸瓦與機體相聯，散熱效果也大于連桿軸瓦。
3、主軸瓦裝配間隙的取值范圍為0.04～0.11毫米，大于連桿軸瓦裝配間隙的取值范圍0.04～0.098毫米。
目前，由于該機型自有它的獨到之處，在社會中占有相當的地位，受到更多用戶的親昧，所以生產零配件的配套廠家也相應地增多，但各自生產配件的特點、方法、配料比例又不盡一致。市場上銷售的曲軸一般為球量鑄鐵曲軸，軸瓦有錫基巴合金，鋁銻鎂合金，20高錫鋁合金三種。
綜上述，該機故障是由于軸瓦的膨脹量過大所致，對于這對滑動摩擦副，工作中除了它的本身材質的物理和化學變化外，還與發動機的轉速、溫度、負荷及潤滑油粘度也有很大關系。它們工作的好壞，直接影響到發動機的動力性、經濟性和使用可靠性。所以，我們必須對修理工作中的每一個零件的物理和化學特性、尺寸，有關數據作認真的研究和分析。稍有不慎，將會鑄成大錯，對于這一點，特別是線從事實際工作的同志們，尤其值得注意。
在生產實踐中，發動機由于缺機油或機油變稀變質，濾清器和油路堵塞，油壓表損壞，軸承間間隙過大或過小等，在不同的工作條件下，都有可能發生燒瓦抱軸，這些都是使用維護中直觀明了的故障。還有一些，根基隱蔽很深，主要由于原件制造配料標準不統一；不同材料的配合件在匹配中沒有明確的規定在一定的溫度下，裝配間隙的取值范圍；投放市場的零配件質量不各格等因素所引起燒瓦抱軸的故障也很常見。
例如：有一臺EQ6100型發動機組裝后，在進行無負荷熱磨合試驗時，連桿瓦連續兩次發生抱軸，就屬于上述后列因素所致。
裝配中，該機是選用球墨鑄鐵制造的曲軸，20高錫鋁合金主軸瓦，鋁銻鎂合金連桿軸瓦，軸頸與軸瓦的裝配間隙在，主為0.04～0.11毫米，連為0.04～0.098毫米的取值范圍取值，后又根據滑動軸承間隙公式：ΔD=（0.008～0.0012）d毫米進一步精確，主為0.060～0.083毫米，連為0.049～0.074毫米取值。
當按ΔD主=0.062毫米，ΔD連=0.052毫米進行裝配后，在冷磨合階段完畢轉入無負荷熱磨合時，轉速由500轉/分升至1000轉/分，水溫過到85℃，油壓達到3.5公升/厘米2，磨合15分鐘時，將轉速降低到500轉/分，觀察測速儀，轉速不穩，發動機發抖，運轉有明顯的吃力狀態，立即停機、搖轉曲軸，阻力相當于冷車時的三至五倍。當對有關的零件進行分解檢查，均沒發現抱軸和吸缸現象，清洗后又重新按技術要求裝配再次磨合試驗，又出現上述情況。在判別是吸缸還是抱軸時，首先按各缸火花塞卸下，強力搖轉曲軸，可以從活塞上下運動磨擦的阻力和聲音確定是否吸缸，若不是，便是抱軸。當將連桿軸承的螺釘均擰輕2公升/厘米2時，再次搖轉曲軸，額外阻力幾乎消除。這就說明故障發生在連桿軸頸和軸瓦之間。
對此故障我們作了如下的分析，試驗與排除。
一、進行零件的理論分析，驗證配合間隙
1、曲軸
該機裝的是球墨鐵曲軸，軸頸表面經過硬化處理，具有較高的強度和良好的耐磨性。
設裝配室為20℃時，曲軸連桿軸頸標準值d為62毫米，當溫度升到工作Z高允許85℃時，其膨脹量可根據公式I1-I2=10d(t2-t1)=62×0.00002×（85-20）=0.0482毫米。
2、軸瓦
該機裝用的連桿軸瓦是用1毫米的低碳鋼帶作瓦背，其上澆有0.75毫米的鋁銻鎂減磨合金，在溫度達到20℃時，其軸瓦總量為1.75毫米。
（1）瓦背溫度達到85℃時，其膨脹量可根據公式：I1-I2=10d(t2-t1)=1×2×0.00001×（85-20）=0.00143毫米。
（2）鋁銻鎂合金的化學成份及熱膨脹：鎂0.75%，硅0.5%，鋁95%，當溫度達到85℃時，其膨脹量可根據公式I1-I2=10d(t2-t1)=0.75×2×0.000023×（85-20）=0.00224毫米。
（3）瓦背與合金的膨脹之和=0.00143+0.00224=0.00367毫米。
（4）這種材料的承截能力為200公斤/毫米2。
（5）這種材料的滑動線速度低于10米/秒。
3、軸承間隙與溫度的變化
軸承平均間隙為0.053 毫米，此時瓦背Z高溫度為135℃，Z小油膜 厚度為0.0056毫米，當間隙增大到0.0875毫米，則瓦背溫度降至112℃，油膜厚度增至0.0065毫米。
一般錫基合金瓦背溫度要求不超過120℃，鋁基合金 瓦背溫度不超過110℃。
4、軸頸 相外與軸瓦相內的膨脹總量
當工作溫度達到85℃，連桿軸頸d為62.048毫米，連桿瓦孔D為61.9964毫米，膨脹總量=0.0483=0.0036=0.0519毫米。
5、裝配間隙的取值
當在規定的0.04～0.098毫米范圍內取連桿軸承的裝配間隙0.052毫米，在零件到85℃時，連桿軸頸與軸瓦之間幾乎沒有油膜形成，隨著發動機轉速下降，機油壓力降低，流速減慢，瓦背瞬時溫度升高，所以就逐漸趨向于抱軸。
6、排除方法根據軸承間隙與溫度變化的關系，若將裝配間隙由0.0052毫米增加到0.060毫米，當溫度上上升到85℃時，油膜厚度近似于0.0054毫米，這樣就保證了油膜的形成，即可排除該機的故障。
二、實際升溫測算排除法
1、將該機曲軸連桿軸頸擦凈，用外徑千分尺在室溫20℃時測得該軸頸為61.99毫米（錐橢度忽略不計），再將曲軸放入機油機油加熱至85℃時，取出測得該軸頸d為62.031毫米。其實際膨脹量為62.031-61.99=0.041毫米。
2、將連桿軸瓦及瓦座擦凈，并將軸瓦裝入孔內，按10公斤/厘米2擰緊連桿螺釘，用內徑量表在20℃時測得D為62.042毫米，再將帶軸瓦的桿大端放入機油中加熱至85℃時，然后取出測量得瓦孔D為62.031毫米，其實際膨脹量為62.042-61.031=0.011毫米。
3、當零件溫度升高到85℃時，軸頸向外，軸瓦向內的膨脹總量等于0.041+0.011=0.052毫米。
實踐證明，該機軸頸，軸瓦在裝配時取0.052毫米作間隙是不合適的。
4、排除方法
經理論與實踐核實，將連桿瓦孔D在20℃時由62.042毫米鏜至52.050毫米，也就是將裝配間隙由0.052毫米增加到0.060毫米，再次裝配后，再次裝配后，經十二小時的磨合試驗，各項指標均達到技術要求。
三、連桿軸瓦與主軸瓦有關方面的比較
1、該機裝用的主軸瓦是20高錫合金軸瓦，線膨脹系數為22×10-4，小小鋁銻合鑫軸瓦的線膨脹系數24×10-4，其承載能力為300公斤/毫米，大于鋁銻鎂合金材料的承載能力200/毫米，其滑動線速度為13米/秒，也大于鋁銻合金材料的滑動線速度10米/秒。
2、主軸頸與軸瓦比連桿軸頸與軸瓦的潤滑條件各冷卻條件要好，因為連桿軸瓦的潤滑油是經過主軸瓦減壓升溫后送入的，主軸瓦與機體相聯，散熱效果也大于連桿軸瓦。
3、主軸瓦裝配間隙的取值范圍為0.04～0.11毫米，大于連桿軸瓦裝配間隙的取值范圍0.04～0.098毫米。
目前，由于該機型自有它的獨到之處，在社會中占有相當的地位，受到更多用戶的親昧，所以生產零配件的配套廠家也相應地增多，但各自生產配件的特點、方法、配料比例又不盡一致。市場上銷售的曲軸一般為球量鑄鐵曲軸，軸瓦有錫基巴合金，鋁銻鎂合金，20高錫鋁合金三種。
綜上述，該機故障是由于軸瓦的膨脹量過大所致，對于這對滑動摩擦副，工作中除了它的本身材質的物理和化學變化外，還與發動機的轉速、溫度、負荷及潤滑油粘度也有很大關系。它們工作的好壞，直接影響到發動機的動力性、經濟性和使用可靠性。所以，我們必須對修理工作中的每一個零件的物理和化學特性、尺寸，有關數據作認真的研究和分析。稍有不慎，將會鑄成大錯，對于這一點，特別是線從事實際工作的同志們，尤其值得注意。
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