柴油机工艺设计

发布于:2021-06-11 03:03:06

《柴油机?Diesel Engine》2003 年第 3 期

  性能与净化

 柴油机设计与工艺可靠性探讨及案例分析
胡金寿
  (上海柴油机股份有限公司质量保证部,上海 200432 ) 关键词:柴油机;可靠性;改进 摘   要 介绍了柴油机设计、 : 工艺制造可靠性的21个案例, 分析认为零部件失效不仅仅是零部件本身的制造质 量或是设计可靠性差引起的, 而是涉及系统的问题。 指出应从改进设计和工艺着手来提高柴油机的可靠性。 中图分类号:TK428    文献标识码:A    文章编号:1001 - 4357(2003)03 - 0037 - 03

Discussion on Design and Processing Reliability of Diesel Engine and Cases Analysis
HU Jin-shou Keywords:Diesel engine; Reliablity; Improvement Abstract : Through 21 cases of design and processing reliability of diesel engines, view is purposed that parts’ failure is caused    y  poorr i iy    t ′ notonl by   elablt ofpars own manufacturing and design quality, but also, even more important, by the reliability problem of system. In order to improve the reliablity of diesel engine, design and process should be considered seriously.

1  前 言
    大部分柴油机制造企业,对改进产品质量给予 高度重视,但往往只就单个项目采取一系列措施, 而不注重对整个系统的优化。造成用户报修的许多 零部件失效问题不单是因为零部件自身的制造质量 可能存在问题,而是涉及到整个系统的设计和工艺 制造可靠性问题。本文对一些设计和工艺制造可靠 性案例作一简单分析,以求在改进产品性能、减 少故障发生上标本兼治。

2  设计可靠性问题的分析
2.1  机油泵失效     某型号机油泵用户报修数量较多,其故障表现 为转子轴与轴瓦咬死、滚键(转子与转子轴连接 用半圆键) 、机油泵壳体断裂、转子咬死等。分 析原因认为是轴与轴承配合不好、润滑不良造成咬 轴,键偏小或键槽尺寸偏大造成滚键,壳体材质 差,有微裂纹存在或装配不良造成壳体断裂,机油 清洁度差,造成转子咬死。仅就这些原因采取了 相应改进措施,收效甚微;但如果将转子与转子 轴间的连接由键连接改为两者过盈配合连接,问题 就可彻底解决。采取这种方法改进后至今已生产了 2 万多台柴油机,无一起机油泵故障报告,彻底解 决了机油泵故障率高的问题。
收修改稿日期:2002-11-07

2.2  柴油机冷起动困难     其原因主要是油泵和输油泵密封性差,但对油 泵及输油泵进行改造收效并不大,后来在油泵与油 箱之间,输油泵附*增设一只柴油沉淀器,位置 高于柴油箱,结果较好地解决了柴油机冷起动困难 问题。沉淀器一方面使柴油品质提高(去除水和 部分杂质) ,喷油器及油泵柱塞和输油泵异常磨损 和咬死的概率也大大降低,另一方面相当于在输油 泵与油箱之间增加了一只小油箱,输油泵在起动阶 段可以直接从沉淀器中吸取柴油,从而缩短柴油机 的起动时间。 2.3  起动电机故障率高     如果只采取各种改进措施来提高起动电机的质 量和可靠性,实际收效不大,而故障件拆检分析 表明,有 50% 的起动电机是因为起动时间过长而烧 坏吸铁开关的。由此可见,提高起动电机的可靠 性,除了注重对起动电机本身的质量改进和质量控 制外,还可以从其他三个方面着手:一是确保燃 油系统的可靠性,使柴油机正常情况下能顺利起 动;二是要确保起动按钮的可靠性,防止因起动 按钮无法断开而使起动电机超速损坏;三是防止起 动电机的吸铁开关受排气管的辐射热而烤坏。 2.4  充电发电机轴承咬、轴断问题     有些柴油机将充电发电机纳入前端皮带驱动系

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统,由曲轴皮带盘通过多楔带带动充电发电机、 水泵、风扇及张紧轮,因此充电发电机轴承咬、 轴断等故障的产生可能是其轴和轴承存在质量问 题,也可能是由于皮带张紧力过大而造成的。如 适当改变张紧轮的安装位置,减少皮带张紧力, 可能消除充电发电机的轴断、轴承咬的故障。 2.5  圆筒式机油冷却器油水混合问题     某一型号的机油冷却器,其内部是 0.5mm 厚的 铜管,与钢板采用搪锡的工艺进行连接,用户报 修油水混合的比例相当高,过去一直认为机油冷却 器受柴油机振动的影响而导致搪锡脱落造成密封失 效而引起油水混合,因此在如何提高搪锡质量和密 封性上动脑筋。而对大量的失效机油冷却器进行拆 检后发现,有相当比例的机油冷却器的铜管上有向 外鼓起的裂纹,原来是冬季冷却水结冰膨胀造成铜 管破裂,尽管在机油冷却器的一端有放水开关, 但由于虹吸作用,铜管中的冷却水无法放净。如 果用户在冷却液中添加了防冻剂或者将机油冷却器 竖着安装,可以避免机油冷却器被冻坏,从而解 决油水混合的问题。 2.6  曲轴断裂事故     某一系列的 6 缸柴油机用户使用 5~10 万公里 后,经常发生曲轴断裂事故,而且断裂的部位均 在 3、4 缸轴颈处,但曲轴的材质与设计可靠性均 满足设计要求。拆检后发现,曲轴断裂处的主轴 承盖结合面有撞击过的痕迹,其余主轴承盖螺钉也 有松动现象。分析认为是由于主轴承盖螺钉松动, 造成曲轴支承不良而弯断。将主轴承盖螺钉拧紧扭 矩提高 80Nm,同时提高主轴承盖与螺钉结合面的 粗糙度后,曲轴断裂事故就不再发生了。 2.7  柴油机增压器进油管脱头断油     这种故障易造成增压器、柴油机咬轴。进油 管为钢丝编织管,接头处连接不可靠是造成脱头的 一个因素,但钢丝编织管中的橡胶管受增压器涡轮 的辐射热造成橡胶老化更为常见,增压器进油管如 果改用钢管或者将钢丝编织管的钢接头放长,使橡 胶管远离涡轮就能有效地解决脱头断油的问题。 2.8  括片式机油滤清器手柄轴和调压阀处漏油 将括片式改为滤网式机油滤清器,取消手柄 轴,调整结构,漏油也就不会再发生,同时将调压 阀处的铜垫片(铜垫片重复使用性差,反复调整油 压时对铜垫片有损伤)改成复合垫片也助于消除该

处的漏油问题。 2.9  气缸垫油孔处漏油     在气缸垫的油孔部位增加一只 O 形橡胶密封圈 就能彻底解决油孔处的漏油。 2.10  空压泵上机油及不打气问题     空压泵进气管从增压柴油机的压气机后吸气, 由于进气温度高, 使油气在进排气门片上结焦造成 不打气或打气不足;柴油机曲轴箱内油气压力高, 使得空压泵回油不畅以及空压泵的曲轴箱内油气压 力过高而造成窜机油,导致活塞环积炭。对这些 相关部位进行调整有助于提高空压泵的可靠性。 2.11  排气管上闷头脱落问题     一般认为是装配过程中闷头没有拧紧而造成 的,但增加闷头的拧紧扭矩,脱落的现象仍时有 发生,甚至排气管上闷头处有裂纹出现。后来发 现排气管与闷头的材料不一样, 两种材料的热膨胀 系数相差较大,受热后闷头松动,受柴油机振动 影响自行脱落。

3  工艺制造可靠性问题
    有许多零部件失效问题不是结构设计的先天不 足,也不是明显的材质或是尺寸超差问题,而是 因为某一道关键工序存在工艺制造方面的缺陷, 使 得零部件的可靠性大幅下降,有以下几个实例: 3.1  连杆断裂     用户报修中反映因为连杆断裂造成打坏机体的 事故接连发生,且多发生在同一部位:连杆大头 螺钉底部与杆身根部(与大头连接区域) 。后发 现这些连杆毛坯批次不同,而机加工工艺相同, 均出自一家协作厂生产, 本厂工艺连杆大头上的螺 钉孔是钻孔后再进行攻丝, 而外协单位先将螺钉孔 铰孔后(螺钉孔底部铰*)再攻丝,孔底部的尖 角(铰孔造成)引起应力集中,外协单位改变了 工艺后就再未发生连杆断裂情况。 3.2  空压泵连接法兰根部裂纹 某型柴油机750h台架可靠性试验考核将要结束 时发现空压泵连接法兰根部有漏油现象。 拆检发现 法兰根部有一裂纹,系试验过程中产生。金相分析 判定材质正常。 调换一只新空压泵继续进行了750h 台架可靠性试验考核,又发现同样的问题,分析认 为是法兰根部机加工时留下的尖角产生应力集中, 受振动而导致裂纹的产生。 再加工时将法兰根部的 尖角改为R0.5的圆角。 经过改进的空压泵在试验和

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使用过程中均未见同样的问题发生。 3.3  铁皮油底壳内挡油板与油底壳底板点焊处 “砂 眼”漏油     *几年来,针对用户报修该处漏油的情况逐年 增多的情况,采取的多项改进措施来提高焊接质 量,但故障率仍居高不下。原来油底壳模具长期 使用后磨损严重,底*面与挡油板焊接时不贴合 (两块板之间有空隙,且每只不一样) ,用相同 的焊接参数得到的焊点强度不同,无法保证产品的 焊接质量。由于重新制造模具需花费 100 万元以上 且制造周期长,在此情况下只有不采用点焊工艺, 提高焊接强度才能解决。 3.4  连杆螺钉在装配时拉长现象     这会造成螺钉扭矩达不到技术要求。而拉力试 验和金相分析都证明该批螺钉符合图样和技术规范 的要求,进一步的分析发现连杆盖与螺母结合面的 粗糙度达不到图样的要求,用细砂布将连杆盖与螺 母的结合面打光,同时将螺母在*板上推拉几下, 在装配时再也没有发现连杆螺钉被拉长现象。 3.5  凸轮轴产生磨削裂纹     随着产量的不断提高,凸轮轴表面有裂纹的数 量越来越多,严重影响了柴油机装配的进度。研 究后判定凸轮轴产生磨削裂纹的原因是砂轮的硬度 和粒度、磨削速度和进给量以及热处理应力状况不 符合要求。通过试验对比,选择另一种新型号的 砂轮,调整了磨削速度和进给量,改善了热处理 的淬火和回火工艺,同时规定磨几根凸轮轴后必须 调换新砂轮。改进后,尽管凸轮轴的产量数又有 增加,但再未出现凸轮轴磨削裂纹。 3.6  气门杆与气门导管咬死现象 刚投入运行的一条生产线生产出来的气缸盖在 装机出厂试验过程中连续发生多起气门杆与气门导 管咬死现象,检验气门并未发现气门杆尺寸和形位 公差有超差现象,用三座标检测仪测量气门导管的 内径尺寸,也未发现超差,但分析发现有些缸盖导 管孔的圆柱度超差严重,原来用于质量控制的三座 标检测仪只能测量导管的孔径尺寸,不能检测其圆 柱度。 为此, 除了对原有机床设备重新进行调试外, 设计了一个专门检测导管孔的综合量规,确保了导 管孔的尺寸和形位公差符合图样要求,气门杆与导

管咬死的现象就不再发生了。 3.7  柴油机出厂试车中的拉缸问题     通过逐个因素排除法最后将疑点集中到缸套内 壁磷化层的厚薄和均匀度上。采取措施严格控制磷 化液温度、磷化液成分(游离子含量)以及磷化 时间,提高缸套磷化质量,拉缸的现象也就消失 了 。 3.8  柴油机在使用一段时间后功率大幅下降问题     在柴油机台架可靠性试验过程中发现标定功率 随着试车时间的增加而不断下降,检查结果是调速 弹簧在使用过程中产生永久变形,对调速弹簧增加 一道热定型工艺,同时每根弹簧在装泵前都要进行 疲劳试验,标定功率下降的问题也就基本得到了解 决 。 3.9  曲轴前油封在柴油机出厂试车时漏油现象     调换油封可以暂时排除漏油,所以一直认为是 油封质量差的结果。后来发现油封装机时唇口易被 前轴上的键槽划伤,调换下来的油封唇口上均有明 显的划伤痕迹,这说明前油封漏油的主要原因是装 配不当为此专门设计了一只油封安装护套,采用该 护套装配后,前油封在出厂试车过程中的漏油现象 大幅度地减少。 3.10  柴油机出厂试车后部分螺钉扭矩大幅度衰减     对某一系列柴油机易发生三漏部位的螺钉扭矩 在试车前后进行了检测分析,发现大部分螺钉的扭 矩衰减 20%~30% ,有的螺钉扭矩衰减高达 70% 左 右,分析认为垫片受热和振动后有变薄现象,因 此螺钉扭矩产生了衰减。装配时将这些螺钉扭矩比 技术规范提高 30%,三漏现象也就大幅度地减少。

4  结束语
    随着市场经济的发展,用户对柴油机的使用要 求不断提高,且维护保养不完全符合规范要求, 为了最大限度满足用户实际要求,生产厂家必须在 柴油机的设计与工艺上不断改进完善,这也可降低 企业的外部故障损失,提高企业利润。以上所举 的设计、工艺制造可靠性问题具有一定的普遍性, 对解决各生产厂家的实际问题有非常好的参考作 用,可据此并针对实际情况采取相应的措施,对 提高柴油机的可靠性大有裨益。

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