船用柴油機(jī)連桿斷裂原因分析與處理

1 故障發(fā)生經(jīng)過

某艇3#主機(jī) (MTU16V396TE94，船用高速柴油機(jī))出廠后總計(jì)工作672 h，工廠保修后150多小時，其間滑油濾芯已經(jīng)更換。該艇海上航行，主機(jī)海上以四車進(jìn)三 (1 560 r/min)運(yùn)行1 h后，主機(jī)各技術(shù)參數(shù)正常。主機(jī)車令改為四車進(jìn)四(185 0 r/min)出現(xiàn)異常響聲 (這時在曲軸箱部位可聽到“嗒嗒”的敲擊聲，敲擊聲由小變大)，不到1 min，主機(jī)LOP面板滑油壓力低于0.45 MPa開始報(bào)警，同時伴隨停機(jī)訊號、增壓器超速、啟動連鎖限制等一連串報(bào)警信號，然后主機(jī)自動停機(jī)。

2 故障勘查情況

故障發(fā)生后，立即組織對故障主機(jī)進(jìn)行勘查。初步檢查發(fā)現(xiàn)，B4缸連桿斷裂，排氣閥頂桿及噴油頭變形，汽缸套破裂，散落大量碎片，A4、A5缸之間油底殼裂開寬約5 mm，長90 mm。該型主機(jī)屬于船用高速柴油機(jī)，最大2 240 kW(約3 047 hp)，最大轉(zhuǎn)速2 055 r/min，最低轉(zhuǎn)速600 r/min。主機(jī)LOP面板主要監(jiān)控內(nèi)容 (發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)油壓、冷卻水溫及齒輪箱油壓)。通過上艇現(xiàn)場勘查及調(diào)閱艇上相關(guān)文件，艇員能按主機(jī)管理要求及維護(hù)保養(yǎng)制度工作，未發(fā)現(xiàn)違章和超負(fù)荷使用現(xiàn)象，主機(jī)監(jiān)控裝置也工作正常。

3 故障原因分析

從該主機(jī)局部拆卸檢查的結(jié)果分析，造成主機(jī)搗缸的根本原因是連桿折斷。曲軸箱油底殼等處未發(fā)現(xiàn)銅末，各滑油通道暢通，所有主軸承、連桿軸承及其軸頸以及連桿上下銅套均光滑完好，無燒壞咬死現(xiàn)象;缸套與活塞表面光潔，無咬缸現(xiàn)象，各缸上部無異物;增壓器及其它零部件均未發(fā)現(xiàn)損壞。可以排除滑油質(zhì)量及冷卻潤滑差的原因。從斷裂的連桿看，多處斷口有鍛造過程中留下的夾渣，同時在小端下油孔處有老傷。因此，連桿斷裂不可能是受力過大引起的，而是連桿在長時間的工作中首先在夾渣處產(chǎn)生裂紋，且裂紋逐漸向上延伸至工字形截面時，在連桿強(qiáng)度最弱的截面上劈開，最后裂斷，導(dǎo)致主機(jī)出現(xiàn)重大搗缸故障。

據(jù)悉，1年來該型主機(jī)搗缸在其它艇上發(fā)生過2起。柴油機(jī)搗缸是屬于破壞性較大的機(jī)械故障，除氣門落缸、汽缸進(jìn)水引起搗缸外，筆者在平時的裝備管理中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)搗缸主要由下列因素引起。

1)連桿螺栓力矩過大過小，或螺栓滑扣、軸瓦間隙過大，引起連桿螺栓折斷。力矩過大，超過了螺栓材料的屈服極限，使連桿螺栓出現(xiàn)屈服變形，使之在沖擊載荷的作用，因過度伸長而斷裂。

2)材料加工缺陷及熱處理工藝問題也會導(dǎo)致連桿斷裂。同時活塞銷制造質(zhì)量差，有微裂紋，引起應(yīng)力集中，或者是活塞銷與銅套間隙過大，導(dǎo)致活塞銷竄出，也能使活塞連桿組運(yùn)動失去控制。

3)平常不定期檢查維護(hù)，或更換曲軸后平衡塊緊固螺栓擰不緊，工作時螺栓松動而折斷，使平衡塊飛出造成搗壞缸體。

4)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)飛車事故或活塞在汽缸內(nèi)燒死的故障，會導(dǎo)致曲軸、連桿折斷，活塞、缸套斷裂后而搗缸。

4 排除及預(yù)防方法

1)新?lián)Q連桿及螺栓裝前仔細(xì)檢查，不能有缺陷，如頭部、導(dǎo)向部分螺紋是否有裂紋或螺距是否異常，否則堅(jiān)決不用。

2)選用配套生產(chǎn)的連桿螺栓。

3)平時運(yùn)行中如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行不平穩(wěn)有異常響聲，應(yīng)及時停機(jī)檢查。如果發(fā)現(xiàn)個別軸承與軸瓦間隙過大，應(yīng)更換，同時更換連桿螺栓。

4)裝配連桿蓋時，應(yīng)用扭力扳手按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)扭緊，防止扭力過大過小。初次安裝預(yù)緊扭矩 (160+16)N·m，第2次以后的安裝預(yù)緊扭矩 (120+12)N·m。

5)日常維護(hù)時，必須按規(guī)定力矩將連桿螺栓、平衡塊螺栓擰緊，氣門鎖片也要安裝牢靠。定期檢查，發(fā)現(xiàn)連桿螺栓、活塞銷的缺陷，及時更換，還要在使用中防止發(fā)動機(jī)飛車。