东风4型内燃机车曲轴碾瓦的原因和预防措施

　　【摘要】曲轴是东风4型内燃机车主配的16V240ZJ型柴油机中决定活塞连杆组在气缸内运动规律的原动件，是柴油机主运动件之一。从机械力学的角度看，曲轴是相对较长且支撑跨度较大的弹性轴，承担着规律性迅捷变化并与回转周期对应的弯曲和扭转作用。这就使得曲轴既会在高强度的复变载荷下产生较大振幅的机械振动，也会在高速回转中承受燃气压力，加剧了柴油机主轴瓦和曲轴连杆瓦的机械磨损。多年来，柴油机曲轴碾瓦（包括曲轴瓦的剥离、龟裂、严重拉伤、烧伤等）都是东风4型内燃机车表现较为突出的常见故障。

　　【关键词】东风4型内燃机 曲轴 碾瓦

　　曲轴是东风4型内燃机车主配的16V240ZJ型柴油机中决定活塞连杆组在气缸内运动规律的原动件，是柴油机主运动件之一。从机械力学的角度看，曲轴是相对较长且支撑跨度较大的弹性轴，承担着规律性迅捷变化并与回转周期对应的弯曲和扭转作用。这就使得曲轴既会在高强度的复变载荷下产生较大振幅的机械振动，也会在高速回转中承受燃气压力，加剧了柴油机主轴瓦和曲轴连杆瓦的机械磨损。多年来，柴油机曲轴碾瓦（包括曲轴瓦的剥离、龟裂、严重拉伤、烧伤等）都是东风4型内燃机车表现较为突出的常见故障。一旦机车发生曲轴碾瓦，柴油机的重要零部件会受到不同程度的损伤，严重的甚至导致曲轴、机体等部件报废，不仅影响机车的正常运行，而且可能产生无法预计的经济损失。因此，我们有必要明确东风4型内燃机车曲轴工作机理和碾瓦的特征，分析东风4型内燃机车曲轴碾瓦的主要原因，探讨对曲轴碾瓦的有效预防措施。

　　一、东风4型内燃机车曲轴工作机理和碾瓦的特征

　　16V240ZJ型柴油机的机体与曲轴、曲轴与连杆间的摩擦副采用的是液体动压滑动式轴承结构。在工作过程中，曲轴轴颈是在一个比它稍大的轴承孔中高速旋转的，润滑机油充满曲轴轴颈与轴承之间的缝隙，旋转的轴颈将润滑机油带入逐渐变窄的缝隙中，建立起一定厚度、一定压力的油膜，避免了轴颈与轴瓦金属组件的直接接触，既形成良好的润滑环境，还通过轴颈高速旋转引起油膜的压力上升，使得曲轴的外加载荷与机油作用于曲轴的压力形成动态平衡。

　　根据流体动力学理论，若欲使油膜具有平衡外加载荷的能力，润滑机油的粘度起着举足轻重的作用。粘度越高，形成的油膜就越厚，其承载力就越高。而温度又直接影响着润滑机油的粘度。对于高速旋转的曲轴而言，摩擦产生的热是决定润滑机油温度的直接因素。摩擦热的表达形式为：H=vpf，其中H为摩擦热，v为相对速度，p为载荷压强，f为摩擦系数。由此可见：轴颈旋转速度的加快、外加载荷压强的提高、轴承摩擦系数的增加都将加剧摩擦热的产生，进而降低油膜的厚度和承载力。

　　在内燃机车的运行时，柴油机周期性载荷变化造成轴承难以形成均匀的油膜层，特别是在出现柴油机过载、飞车、润滑机油作用不良等情况下，轴承的内摩擦热急剧上升，油膜厚度迅速变薄，甚至达不到轴瓦正常工作所需要的最小厚度，轴颈与轴承之间出现大面积直接接触，轴瓦的局部拉伤会演变为轴瓦合金层的部分（或全部）熔化，直至曲轴颈与轴瓦钢背半干摩擦或干摩擦，造成瓦的剥离、龟裂、拉伤、烧伤等严重后果。如果上述曲轴碾瓦不能及时发现和处理，就会发生恶性连锁反应，引发其他相关轴承的拉伤和碾瓦或曲轴断裂、机体报废。

　　二、东风4型内燃机车曲轴碾瓦的主要原因

　　引发16V240ZJ型柴油机曲轴碾瓦的因素是复杂的，往往是多种机理综合作用的结果。从抓主要矛盾的角度出发，我们归纳出东风4型内燃机车曲轴碾瓦的以下几点主要原因。

　　（1）轴瓦过载。①在柴油机超负荷运行时，轴瓦的润滑机油膜厚度承受不了外加载荷压强，半干摩擦或干摩擦导致轴瓦大面积磨损而碾瓦。②轴瓦选配偏厚，油隙不足，轴瓦受力超过设计指标形成碾瓦。③轴瓦安装不当，轴线偏移，摩擦副局部油隙不均，轴瓦局部受力过载而碾瓦。