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          拖拉機曲軸出現裂紋和斷裂的原因分析及檢修
          來源:農機使用與維修  作者:佚名  2015-02-07 09:36:14

              摘要:拖拉機曲軸斷裂是花拉機嚴重的事故,對柴油機是致命的。本文對曲軸斷裂的原因進行了分析,并介紹了導致曲軸斷裂的主要因素—裂紋的檢查方法,及曲軸裂紋的修理方法。

              拖拉機曲軸是柴油機最重要的運動部件。曲軸因裂紋而折斷是拖拉機嚴重的事故。當曲軸將裂斷時,發動機振動極大,有沉重而粗悶的異常聲響,下曲軸箱回響聲很大,隨之發動機停止運轉,則曲軸已完全折斷。曲軸的斷裂對柴油機是致命的,這不僅因為其成本很高,而且修理或換新都需要較長的時間。整體式曲軸裂紋多發生在曲軸臂的中部、曲軸臂與連桿軸頸端部,或曲軸臂與曲軸軸頸的接合處;半組合式曲軸的裂紋則大多發生在曲柄銷上;全組合式曲軸裂紋大多發生在鑄鋼曲柄臂上。裂紋的發展將導致曲軸折斷。
              一、曲軸裂紋和斷裂產生的原因
              曲軸產生裂紋的主要原因是疲勞破壞,它是由彎曲、扭曲或兩者合成的交變應力所引起的,而彎曲應力是兩者中的主要因素。這是因為扭轉應力通常可根據轉矩、扭轉振動計算掌握,而要準確計算彎曲應力就比較困難,并且曲軸主軸承的磨損又會引起附加彎曲應力。磨損越大越不均勻,附加彎曲應力越大。所以曲軸由彎曲應力引起的裂紋比扭曲應力引起的要多。彎曲應力與扭曲應力在軸頸的過渡圓角處、油孔邊緣、材料有缺陷的部位等處易產生裂紋,繼而向四周發展。具體原因如下:
              1.材料本身有缺陷
              制造曲軸的材料可能存在有氣孔、縮孔、發裂(白點)、夾渣、偏析等缺陷,其中以發裂、夾渣及偏析影響較大。在交變載荷作用下,材料缺陷處因應力集中而產生裂紋。整根鍛造的曲軸,如曲柄是機械加工形成的,則鋼錠中的硫、磷偏析和氧化物夾渣造成的帶狀組織缺陷會出現在曲柄銷與曲柄臂之間的圓角處。這是該類曲軸產生裂紋的主要原因。球墨鑄鐵曲軸因球化不良、球徑過大等材料缺陷,會使其疲勞強度下降,從而產生裂紋。
              2.修造工藝方面的缺陷
              連桿軸頸小于曲軸軸頸,因此,彎曲應力又以連桿軸頸側面為最大,故裂紋和折斷多發生在該處。軸頸過渡圓角半徑過小,油孔邊緣圓角過小,或表面粗糙度過高,甚至于表面存在加工痕跡,都會使應力集中而產生裂紋。在鍍鉻修復軸頸時,圓角處也鍍上鉻,則會產生殘余拉應力,使疲勞強度降低,產生疲勞裂紋。光磨軸頸時,沒有使軸頸與曲軸臂連接處保持一定的過渡內圓角。當內圓角磨損引起應力集中,將造成疲勞損傷而折斷。
              3.維護管理不當
              柴油機工作過程中,軸承間隙太大造成嚴重沖擊,潤滑油污染或滲入水分造成軸頸腐蝕;軸承徑向間隙過小,軸瓦燒損,合金脫落,引起沖擊載荷增大。軸瓦燒損后,如仍繼續行駛,將促使曲軸裂斷。主軸承不均勻磨損,氣缸體變形,曲軸軸承座孔不正、不圓,修配曲軸軸承時各軸承不在同一軸線上,使曲軸軸心線彎曲過大,也會使曲軸產生裂紋。經常超負荷運行,也會產生裂紋。機油道不通,曲軸處于干摩擦狀態,溫度過高,導致曲軸折斷。曲軸經常處在臨界(危險)轉速運轉,曲軸或飛輪的平衡遭到破壞,曲軸受很大的慣性力沖擊,使曲軸疲勞而折斷。曲軸軸線不正,使飛輪偏擺,跳動量超過規定,在慣性力作用下,使曲軸產生疲勞而折斷。曲軸后端與飛輪連接螺栓(母)松動,運轉時曲軸發生抖動,使曲軸在尾端折斷。柴油機發生“飛車”搗缸事故引起曲軸折斷。

              二、檢查曲軸裂紋的方法
              1.將曲軸支承在木架上,用小鐵錘輕擊曲軸,無裂紋時發出“鏘、鏘”的金屬聲,有裂紋則發出“璞、璞”的聲音。
              2.用五倍以上放大鏡,在強烈的燈光下循軸頸檢查。
              3.將曲軸放在煤油中浸2h,取出擦干在可疑處撒一層白粉,輕敲曲軸,如有裂紋則會出現條痕。有條件可采用磁力探傷、超聲波探傷、著色法檢驗。磁力探傷用電磁探傷器,先將曲軸磁化,再用鐵粉撒在需要檢查的部位,用小錘輕輕敲擊曲軸,若有裂紋,則在鐵粉聚積的地方就會出現清楚的裂紋線條。
              三、曲軸裂紋的修理
              對曲軸裂紋的修理方案,要取決于裂紋的長度與深度,所以首先應進行探傷檢查。
              1.如果裂紋深度較淺,經強度校核,不影響曲軸的使用,可以采用打磨的方法消除。但注意須將裂紋完全清除干凈,用油石打磨鑿出槽,使之圓滑過渡,以減小應力集中。為完全可靠起見,經過這樣處理后,柴油機要降低功率使用。
              2.如果裂紋較深、較長,可考慮用焊補法修理;對組合式曲軸,可更換這一部分的曲柄或主軸頸。焊補時應注意兩點:一是開坡口時必須將裂紋完全除去;二是焊補時應盡量減小曲軸的變形。為此要先進行局部預熱到150℃,堆焊應分段、分層進行,焊后緩冷,以消除或減小內應力,最后再進行探傷檢查和對焊補處進行必要的加工。通常經焊補的曲軸,其柴油機要降低功率使用。
              3.修理時,遇到徑向裂紋應特別注意。當徑向裂紋離圓角距離在6 mm以內,且裂紋較深的,已不可修理:裂紋較淺的可以根據曲軸斷面積實際損傷大小再判斷是否可以修復。

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