內(nèi)燃機(jī)車傳動(dòng)軸裂損原因及應(yīng)對(duì)措施

宮 平

（神華寶日希勒能源有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021000）

0 引言

內(nèi)燃機(jī)車中的傳動(dòng)軸位于柴油機(jī)和靜液壓變速器之間，其主要功能是將柴油機(jī)的功率輸出轉(zhuǎn)化為變速器的能量，來驅(qū)動(dòng)相關(guān)的液壓泵工作，然后輸出高壓的靜液壓油，系統(tǒng)可以根據(jù)油溫和水溫對(duì)馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，以及對(duì)低溫水進(jìn)行冷卻。但是內(nèi)燃機(jī)車的傳動(dòng)軸經(jīng)常出現(xiàn)斷裂，由于傳動(dòng)軸是動(dòng)力轉(zhuǎn)移的核心裝置，所以一旦其出現(xiàn)故障那么內(nèi)燃機(jī)車就無法運(yùn)行。為了采取措施來避免傳動(dòng)軸的斷裂，下面對(duì)內(nèi)燃機(jī)車傳動(dòng)軸斷裂相關(guān)原因以及對(duì)策進(jìn)行分析研究。

1 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)

萬(wàn)向節(jié)、萬(wàn)向節(jié)叉、空心軸、中間法蘭、花鍵軸是組成傳動(dòng)軸的關(guān)鍵部分，從多年的實(shí)踐和工作的經(jīng)驗(yàn)來看，萬(wàn)向節(jié)與空心軸、叉頭和十字銷是裂損主要發(fā)生的部位，而花鍵軸等部位相對(duì)較為穩(wěn)固，出現(xiàn)斷裂的情況非常少。比如：型號(hào)為DF4B7376 的內(nèi)燃機(jī)車在經(jīng)過幾次修理之后，行走了約26 000 km 的里程就在傳動(dòng)軸與叉頭位置出現(xiàn)了長(zhǎng)約20 cm 的裂損情況，嚴(yán)重影響了列車的安全運(yùn)行；型號(hào)為DF4C5201 的內(nèi)燃機(jī)車，在2017 年經(jīng)過兩次輔修之后又出現(xiàn)了叉頭部位裂損的情況，該部位出現(xiàn)了約11 cm 的環(huán)形的裂紋；型號(hào)為DF4C5305 的內(nèi)燃機(jī)車，在2017 年經(jīng)過3 次輔修行駛了大約25 000 km 之后，十字銷在柴油機(jī)以及變速箱兩側(cè)均出現(xiàn)了折損情況，壓蓋螺栓也出現(xiàn)了斷裂的情況。針對(duì)上述內(nèi)燃機(jī)車經(jīng)常出現(xiàn)的斷裂情況，對(duì)斷裂原因進(jìn)行了分析。

2 傳動(dòng)軸裂損的主要部位

結(jié)合傳動(dòng)軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的工作原理可知，傳動(dòng)軸主要承載的為扭矩，并且該扭矩和柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速有著直接關(guān)系，隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的提高傳動(dòng)軸所承載的扭矩會(huì)升高，因而變扭矩是傳動(dòng)軸所承受轉(zhuǎn)矩的一個(gè)主要特點(diǎn)。傳動(dòng)軸斷裂往往出現(xiàn)在不同的位置，斷裂原因也有一定差異。傳動(dòng)軸出現(xiàn)斷裂的部位主要有以下5 個(gè)。

（1）萬(wàn)向叉頭與空心軸焊接處的位置斷裂。這兩個(gè)部位的連接主要是通過焊接來完成的，二者的應(yīng)力相對(duì)較為集中，在工作過程中要承受長(zhǎng)期的扭矩，所以該部位非常容易出現(xiàn)疲勞的情況。該情況還會(huì)沿著旋轉(zhuǎn)的部位延伸，在裂紋的另外一端會(huì)按照剪切角向焊接處的方向斜向發(fā)展，如果不斷變化的扭矩超過了該部位的疲勞極限，就會(huì)造成傳動(dòng)軸的斷裂。從實(shí)際工作的經(jīng)驗(yàn)來看，該部位是發(fā)生裂損頻率最高的部位。

（2）叉頭部位的斷裂主要是從叉頭的根部開始在轉(zhuǎn)矩的作用下將叉頭撕裂。在其斷裂的界面可以十分清晰地看到叉頭部位斷裂的花紋，疲勞斷裂的特點(diǎn)十分明顯。

（3）十字銷是傳動(dòng)軸受力較大的部位之一，斷裂主要出現(xiàn)在環(huán)向的剪切應(yīng)力方向。從斷裂面的情況來看，其斷裂主要是從根部的毛細(xì)裂紋開始，當(dāng)沿著圓周方向全部斷裂之后會(huì)使得其受力急劇增大，導(dǎo)致十字銷被切斷。

（4）十字銷壓蓋螺栓斷裂主要指的是十字銷的壓蓋螺栓出現(xiàn)全部和部分折斷的情況。通常情況下前者是由于螺栓自身強(qiáng)度問題導(dǎo)致的，而后者則是螺栓的組合不當(dāng)導(dǎo)致的。

（5）花鍵軸部位的裂紋通常情況下與選擇的方向呈現(xiàn)一定角度。

3 傳動(dòng)軸裂損原因

焊接工藝不當(dāng)造成裂損部位殘余應(yīng)力過大，變速箱、柴油機(jī)曲軸和車架等的中心線出現(xiàn)公差等都會(huì)造成傳動(dòng)軸斷裂?？傮w來看，傳動(dòng)軸斷裂的原因主要有：傳動(dòng)軸斷裂很大程度上是與檢測(cè)的工藝有關(guān)；十字銷的軸向的移動(dòng)、十字銷與軸承之間的縫隙、十字銷與叉頭之間的縫隙以及與花鍵之間的縫隙等，如果不符合既定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在后續(xù)組裝之后就會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)軸各種受力不均勻的情況，加之其所承受的不斷變化的應(yīng)力，就會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)部位超過其疲勞極限的應(yīng)力，最終導(dǎo)致相應(yīng)部位斷裂。

對(duì)斷裂情況進(jìn)行調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)，相關(guān)工作人員未對(duì)傳動(dòng)軸的各部位按照既定的標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)其進(jìn)行清洗，只用毛巾進(jìn)行了簡(jiǎn)單的擦拭，這不僅嚴(yán)重影響了間隙測(cè)量的精度，而且也對(duì)內(nèi)部的探傷產(chǎn)生一定影響。也有一部分工作人員在檢修的過程中只是對(duì)經(jīng)常斷裂的部位進(jìn)行表面觀察、用錘子敲打判斷螺栓是否出現(xiàn)松脫，未嚴(yán)格按照日常檢修的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來檢查十字銷、叉頭等部位的間隙是否滿足要求。由于在入庫(kù)前未對(duì)關(guān)鍵的零部件進(jìn)行相應(yīng)的檢查，導(dǎo)致在交驗(yàn)的時(shí)候多次出現(xiàn)法蘭間隙大、傳動(dòng)軸跳動(dòng)的情況。從多次出現(xiàn)的傳動(dòng)軸斷裂情況來看，這些故障往往是在對(duì)傳動(dòng)軸探傷不久而出現(xiàn)的，有些是在剛剛更換傳動(dòng)軸不久就出現(xiàn)的，并且在部分探傷過程中發(fā)現(xiàn)的不少斷裂情況都是在剛剛檢修之后發(fā)生的。

4 傳動(dòng)軸裂損的應(yīng)對(duì)措施

4.1 零部件與裝配質(zhì)量控制

零部件與裝配質(zhì)量控制是機(jī)車傳動(dòng)軸的裝配質(zhì)量和靜液壓變速箱組裝精度及對(duì)各部位尺寸限值組裝間隙的控制，是防止傳動(dòng)軸裂損的根本保證。所以可以從以下3 個(gè)方面來進(jìn)行保障。

（1）對(duì)傳動(dòng)軸相關(guān)部分的零部件采購(gòu)過程中的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。

（2）按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)，查看是否合格。

（3）嚴(yán)格按照既定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)流程來對(duì)零部件進(jìn)行裝配，并且在裝配過程中及時(shí)對(duì)裝配質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，確保裝配質(zhì)量。

4.2 提升探傷質(zhì)量

有效的探傷手段是防止傳動(dòng)軸出現(xiàn)斷裂的有效措施。可以采取以下的措施來提升探傷的質(zhì)量：

（1）與生產(chǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的廠家進(jìn)行合作，研發(fā)相應(yīng)的探傷設(shè)備以及探傷技術(shù)。

（2）與高校和科研院所合作，研發(fā)相應(yīng)的探傷技術(shù)及設(shè)備。

（3）在采購(gòu)過程中要對(duì)探傷設(shè)備的可靠性、成功率等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保選擇相對(duì)穩(wěn)定的、探傷成功率相對(duì)較高的設(shè)備。

（4）結(jié)合探傷設(shè)備與相關(guān)技術(shù)開展針對(duì)員工探傷相關(guān)技術(shù)和流程的培訓(xùn)。

（5）制定標(biāo)準(zhǔn)化的探傷技術(shù)流程。

（6）強(qiáng)化責(zé)任安全意識(shí)，責(zé)任明確到人以加強(qiáng)按照規(guī)范技術(shù)流程進(jìn)行探傷的過程。

4.3 嚴(yán)格執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)

在探傷過程中，要嚴(yán)格按照相應(yīng)的技術(shù)流程與標(biāo)準(zhǔn)，有效避免傳動(dòng)軸斷裂事故的發(fā)生。探傷過程中尤其要注意以下這些問題。

（1）跳動(dòng)量如果超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則在很大概率上會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)軸的斷裂，所以可以對(duì)其進(jìn)行加厚處理，控制其軸向的跳動(dòng)不得超過0.4 mm。

（2）如果由于軸向的間隙較小導(dǎo)致拆卸不方便，可以使用銅錘來進(jìn)行松懈處理。

（3）在轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的情況下進(jìn)行裝配則很可能造成十字銷的粘連，所以可以通過減少兩側(cè)墊子的方式來使得其更加的靈活。

（4）檢修過程中如果出現(xiàn)十字銷軸承的套轉(zhuǎn)，則會(huì)在很大程度上使外徑磨損的程度加大，并且因此也會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的跳動(dòng)。所以在檢修過程中必須采用相應(yīng)的設(shè)備來對(duì)相應(yīng)位置的間隙進(jìn)行測(cè)量，確保間隙在允許的范圍內(nèi)，否則就要對(duì)設(shè)備進(jìn)行修復(fù)。

（5）如果發(fā)現(xiàn)十字銷的外徑超過既定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則，可以更換新的十字銷以確保外徑在既定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（6）體孔不潔通常會(huì)造成皮帶的卡滯，可以利用紗布對(duì)其進(jìn)行打磨保證其清潔度。

（7）體孔過盈超限也是傳動(dòng)軸檢修過程中常見的問題，通過對(duì)皮帶進(jìn)行相應(yīng)的檢查發(fā)現(xiàn)在皮帶上都有相應(yīng)的卡滯粘痕。在對(duì)體孔進(jìn)行測(cè)量的過程中如果其超出既定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行組裝的時(shí)候軸承的間隙就會(huì)被大幅度縮小，從而導(dǎo)致十字銷出現(xiàn)摩擦和發(fā)熱的現(xiàn)象，最終會(huì)導(dǎo)致十字銷的折斷。所以如果體孔與十字銷存在過盈超限現(xiàn)象，則必須對(duì)其進(jìn)行報(bào)廢處理。

（8）通常情況下內(nèi)燃機(jī)車中法蘭所采用的為六角頭鉸制孔用半螺紋螺栓，在對(duì)其進(jìn)行加固處理的時(shí)候需要加入墊片。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)內(nèi)燃機(jī)車傳動(dòng)軸經(jīng)常所見的故障進(jìn)行了分析，并結(jié)合傳動(dòng)軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理分析了傳動(dòng)軸斷裂的原因，并給出了避免傳動(dòng)軸斷裂的主要措施，可以為內(nèi)燃機(jī)車傳動(dòng)軸的檢修提供一定的技術(shù)支持。但是造成內(nèi)燃機(jī)車傳動(dòng)軸斷裂的因素還有很多，在實(shí)際工作過程中必須要對(duì)斷裂的原因以及修理的措施進(jìn)行不斷總結(jié)，才能在一定程度上避免傳動(dòng)軸斷裂的情況。此外，新的探傷技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)以及應(yīng)用也是避免傳動(dòng)軸斷裂的有效措施之一，所以必須要注重新技術(shù)以及設(shè)備的應(yīng)用。