康明斯K2000E發(fā)動機前端異常磨損原因分析

胡 烽

（江西銅業(yè)集團公司德興銅礦， 江西德興市 334224）

康明斯K2000E發(fā)動機前端異常磨損原因分析

胡 烽

（江西銅業(yè)集團公司德興銅礦， 江西德興市 334224）

介紹了康明斯K2000E發(fā)動機前支撐位置的結(jié)構(gòu)，針對發(fā)動機使用過程中出現(xiàn)的前端異常磨損情況，分析了幾方面原因，并在發(fā)動機日常維護和修理時采取了相應(yīng)措施，減少了異常磨損問題的發(fā)生。

K2000E發(fā)動機；前支撐；異常磨損；耐磨套

康明斯K2000E發(fā)動機是德興銅礦2005年引進的大型高速柴油機，發(fā)動機功率為1492kW，開始改裝到630E電動輪卡車上，2007年開始引進的小松730E電動輪卡車上也采用了此發(fā)動機，康明斯K2000E發(fā)動機逐步成為該礦電動輪卡車的主要發(fā)動機。2009年K2000E發(fā)動機逐步進入大修期。在該過程中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機前端出現(xiàn)異常磨損，后經(jīng)過對全部K2000E發(fā)動機檢查發(fā)現(xiàn)，所有K2000E發(fā)動機前端均有不同程度的異常磨損，給電動輪卡車運行安全埋下隱患，同時也給發(fā)動機修理造成困難，影響發(fā)動機修理計劃的順利執(zhí)行。

1 康明斯K2000E發(fā)動機前支撐位置結(jié)構(gòu)介紹

康明斯K2000E發(fā)動機前端相關(guān)零件裝配關(guān)系如圖1所示。發(fā)動機齒輪室蓋上有一突起的耳軸，在耳軸上過盈裝配一耐磨套，耐磨套寬36.6mm，厚3.38mm。前支撐有一內(nèi)孔，在孔中間有一環(huán)型油槽，發(fā)動機使用過程中需定期向油槽中注入黃油。前支撐是間隙配合套在耳軸的耐磨套上，兩者間隙約為0.15mm。前支撐通過2個3／4英寸螺栓固定在副梁上。曲軸前端穿過耳軸孔，適配器用螺栓固定在曲軸前端，正常情況下，前支撐與適配器之間有間隙，兩者不會接觸。雙減震器和曲軸皮帶輪安裝在適配器上。

K2000E發(fā)動機整機重量約5.5t，發(fā)動機前端重量全部由前支撐支撐，前支撐與耐磨套之間是間隙配合，沒有采取緩沖減震措施，僅僅有一層黃油，起不到緩沖作用，兩者之間是剛性接觸。在同類型礦山設(shè)備的發(fā)動機上，一般在前支撐位置采用橡膠減震，避免兩者直接剛性接觸。該礦使用的多家國際知名廠商的礦山設(shè)備用發(fā)動機，在前支撐與支撐轂之間均采用橡膠減震。

圖1 K2000E發(fā)動機前端相關(guān)零件安裝示意

2 發(fā)動機前端異常磨損情況說明

電動輪卡車運行過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)動機前端冒火花，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)康明斯K2000E發(fā)動機前端異常磨損。在K2000E發(fā)動機大修時，發(fā)動機解體過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)動機前端異常磨損。

具體情況是：發(fā)動機運行過程中，齒輪室蓋耳軸上的耐磨套不斷向前軸向移位，與安裝在曲軸前端高速旋轉(zhuǎn)的適配器相互摩擦，耐磨套大部份被磨掉，剩余部分鑲嵌在適配器上，適配器磨出深約5mm的環(huán)槽，前支撐內(nèi)孔和端面磨損；耐磨套磨損后，耳軸直接與前支撐接觸，兩者相互磨損。因耐磨套與適配器相互高速摩擦發(fā)熱導(dǎo)致局部高溫，適配器和曲軸端部因高溫發(fā)藍，適配器和減震器固定螺栓因受到高溫及震動影響而發(fā)生斷裂。最嚴重的是1臺正在運行的K2000E發(fā)動機的8個減震器固定螺栓因受到高溫及震動影響而全部損壞，險些造成設(shè)備事故。K2000E發(fā)動機前端出現(xiàn)的異常磨損問題給電動輪埋下隱患，嚴重影響電動輪的運行安全，給電動輪的日常維護增加了難度。

3 發(fā)動機前端異常磨損原因分析

（1）康明斯K2000E發(fā)動機前支撐與齒輪室蓋耳軸耐磨套之間為間隙配合，間隙約為0.15mm，兩者之間沒有減震措施。在該礦作業(yè)條件下，電動輪卡車在運行過程中震動很大，發(fā)動機前支撐與耐磨套之間因為震動而不斷的相互撞擊，前支撐和耐磨套不可避免會出現(xiàn)磨損，磨損導(dǎo)致間隙加大，撞擊力度加大，磨損急劇加快。隨著不斷的撞擊，導(dǎo)致耐磨套與耳軸之間的過盈配合松動，耐磨套向前軸向移動，與安裝在曲軸前端高速旋轉(zhuǎn)的適配器相互摩擦，導(dǎo)致零件嚴重磨損，并且因摩擦導(dǎo)致局部高溫而使損壞加劇。

而同樣在該礦電動輪卡車上使用的MTU4000和底特律16V－149發(fā)動機在前支撐位置均采用橡膠減震，在前支撐轂與前支撐之間裝有橡膠件，避免前支撐與轂直接接觸，且降低了發(fā)動機的震動。這2種發(fā)動機在該礦使用的時間比康明斯K2000E發(fā)動機更長，至今沒有出現(xiàn)一起前支撐異常磨損情況。

（2）耐磨套的厚度偏小，僅為3.38mm。由于發(fā)動機前支撐與耐磨套之間沒有減震措施，在電動輪卡車運行過程中，發(fā)動機前支撐與耐磨套之間的相互撞擊，導(dǎo)致耐磨套在不斷的撞擊力作用下產(chǎn)生塑性變形，耐磨套圓周方向伸長，耐磨套與齒輪室蓋耳軸之間配合強度減小，導(dǎo)致耐磨套容易松動，從而產(chǎn)生向前軸向移動。

（3）康明斯K2000E發(fā)動機前支撐比較單薄，厚僅36mm，且僅用2個3／4英寸螺栓固定在副梁上。K2000E發(fā)動機前端全部重量均通過前支撐壓在副梁上，在礦山現(xiàn)有作業(yè)條件下，電動輪卡車在運行過程中震動很大，造成發(fā)動機前支撐2個固定螺栓容易出現(xiàn)松動。一旦出現(xiàn)松動，發(fā)動機前端震動加劇，導(dǎo)致耐磨套向前移位，與安裝在曲軸上的適配器相互摩擦。因螺栓松動會導(dǎo)致發(fā)動機前支撐出現(xiàn)前后擺動，并且與適配器相互摩擦。

相比K2000E發(fā)動機，礦山電動輪卡車上使用的MTU4000和底特律16V－149發(fā)動機前支撐更結(jié)實，且在前支撐固定方面，均用6根螺栓將前支撐固定在副梁上，沒有出現(xiàn)過螺栓松動現(xiàn)象。

（4）根據(jù)康明斯K2000E發(fā)動機保養(yǎng)手冊，發(fā)動機前支撐的油槽內(nèi)需定期注入黃油，加注黃油間隔時間為1500h。但加注黃油間隔時間太長，大多數(shù)K2000E發(fā)動機出現(xiàn)注油管路內(nèi)黃油硬化結(jié)塊，管路完全堵死，黃油根本無法注入發(fā)動機前支撐油槽內(nèi)，導(dǎo)致發(fā)動機前支撐與耐磨套之間僅有的一點黃油也沒有了，從而加快了發(fā)動機前支撐部位的磨損。

4 應(yīng)對措施

上述分析的導(dǎo)致發(fā)動機前端出現(xiàn)異常磨損的幾個原因中，有些是設(shè)計方面的原因，暫時無法解決。而導(dǎo)致前端出現(xiàn)異常磨損的直接原因是耐磨套向前移位，從這個直接原因入手，采取以下幾個措施減少耐磨套向前移位的情況發(fā)生或及時發(fā)現(xiàn)耐磨套向前移位，加以處理，避免磨損加劇。

（1）定期檢查發(fā)動機齒輪室蓋耳軸上的耐磨套是否向前移動，定期在發(fā)動機停機時用工具插入適配器與前支撐之間的縫隙中，檢查耐磨套是否向前移位，如果發(fā)現(xiàn)移位，及時進行相應(yīng)處理，以減少因耐磨套持續(xù)向前移動而與適配器相互高速摩擦的情況發(fā)生。

（2）在發(fā)動機大修時，檢查發(fā)動機齒輪室蓋的耳軸外徑尺寸，發(fā)現(xiàn)有磨損則進行修復(fù)以恢復(fù)尺寸，避免因尺寸偏小，與耐磨套過盈量不足而造成耐磨套容易移位。同時在安裝耐磨套時，在齒輪室蓋耳軸涂抹圓柱形固持膠，增加耐磨套與耳軸的配合強度，減少耐磨套移位的可能性。然后，為進一步減少耐磨套移位的可能性，準備在耐磨套與耳軸之間的接縫處沖幾個樣沖眼，或用電焊點焊幾點，提高耐磨套與耳軸之間配合的可靠性，避免耐磨套移位，從而消除因耐磨套向前軸向移位與高速旋轉(zhuǎn)的適配器相互摩擦。

（3）定時檢查發(fā)動機前支撐固定螺栓是否松動，發(fā)現(xiàn)松動則及時擰緊螺栓，減少因為螺栓松動、震動加大而造成的磨損。

（4）根據(jù)康明斯公司建議，縮短K2000E發(fā)動機前支撐位置注黃油間隔時間，由間隔1500h縮短為250h。通過縮短K2000E發(fā)動機前支撐位置注黃油間隔時間，避免因黃油結(jié)塊硬化造成的管路堵死、注不進油的情況出現(xiàn)，保持發(fā)動機前支撐與耐磨套之間有黃油，減少磨損。之后德興銅礦職工進一步將手動注黃油改進為自動注黃油，利用電動輪卡車上的林肯泵進行自動注黃油，避免手動注油方式可能出現(xiàn)的漏注情況。

通過采取上述幾個措施，K2000E發(fā)動機前端異常磨損的情況有明顯改善，相信通過進一步努力以及與康明斯公司雙方合作，可以更好地控制K2000E發(fā)動機前端異常磨損問題的發(fā)生。

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2012－03－17）

胡 烽（1974－），男，江西萍鄉(xiāng)人，工程師、工程碩士，主要從事礦山設(shè)備大型高速柴油機維修技術(shù)管理工作，Email：hf＜hufeng＿221＠126.com。