卡特彼勒CAT船舶柴油機(jī)CAT主軸瓦損壞故障現(xiàn)象分析與有哪些預(yù)防措施
 

CAT卡特彼勒柴油機(jī)CAT主軸瓦損壞在CAT卡特彼勒柴油機(jī)故障和維修中所占的比率大約為30%。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確、材料選用合理的情況下，CAT主軸瓦的損壞大都是裝配和使用不當(dāng)造成的，其中以雜質(zhì)進(jìn)入CAT卡特彼勒柴油機(jī)嵌進(jìn)CAT主軸瓦里所造成的損壞事故最多，大約占45%。CAT主軸瓦是船舶CAT卡特彼勒柴油機(jī)的易損件，因此分析CAT主軸瓦損壞的原因，采取有效的預(yù)防措施，延長(zhǎng)CAT主軸瓦的使用壽命，具有重要的意義。

    CAT主軸瓦損壞故障的幾種主要形式
    某輪航行途中，1號(hào)副機(jī)滑油壓力迅速降低，滑油溫度上升，迅速將該副機(jī)解列停車(chē)。清洗滑油濾器，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)上有銅屑附著。打開(kāi)曲柄箱道門(mén)，檢查發(fā)現(xiàn)曲柄箱內(nèi)滑油油位已沒(méi)及主軸下瓦，主CAT主軸瓦邊緣露銅，判斷主CAT主軸瓦損壞。
    CAT主軸瓦損壞主要是CAT主軸瓦上的耐磨合金層的損壞。其主要損壞形式以下幾種:
    1.CAT主軸瓦的早期磨損
    損壞特征：CAT主軸瓦內(nèi)圓表面出現(xiàn)線狀、帶狀的周向劃痕；或塊狀、片狀磨痕；或油槽出現(xiàn)葉狀沖磨痕等。損壞機(jī)理：CAT主軸瓦內(nèi)圓表面,在油膜間斷處出現(xiàn)與軸頸表面或其它硬質(zhì)異粒間的磨擦,由于磨擦力和磨擦溫升的作用,使該處的表面金屬分子產(chǎn)生位移并脫離金屬層。產(chǎn)生原因：潤(rùn)滑油中混入硬質(zhì)異粒、CAT主軸瓦內(nèi)表面與軸頸外圓表面粗糙度之和大于油膜厚度是引起油膜間斷的兩個(gè)基本因素。
    CAT主軸瓦及其它零件的毛刺、屑末、油道中殘存的型砂等是潤(rùn)滑油中異粒的來(lái)源。如果濾清效能不好或CAT主軸瓦合金層不能嵌藏這些異粒,則這些異粒隨潤(rùn)滑油進(jìn)入CAT主軸瓦,在軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用下,產(chǎn)生異粒磨損或侵蝕。從統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)證明,造成CAT主軸瓦早期損壞因素中,雜質(zhì)異粒約占31.2%。
    軸頸與CAT主軸瓦內(nèi)圓表面粗糙度太大,形狀尺寸超差,裝配傾斜,座孔或連桿剛度不足引起變形等都會(huì)使油膜間斷造成磨擦磨損。不僅使其早期損壞,而且在磨損過(guò)程中將不同程度地消耗磨擦功,出現(xiàn)加速無(wú)力,增加發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和震動(dòng)。
    預(yù)防辦法。①裝配時(shí)應(yīng)將零件毛刺、屑末、型砂等清理干凈。②提高濾器的濾清效能，使其能將潤(rùn)滑油中的大于15μm的異粒全部濾出；10μm以上的異粒95%濾出；5μm以上的異粒90%濾出。③CAT主軸瓦內(nèi)圓和軸頸表面粗糙度應(yīng)分別為Rz≤3.2μm、Rz≤1.0μm；修磨軸頸時(shí)應(yīng)使曲軸反向旋轉(zhuǎn),而拋光軸頸時(shí)與工作旋轉(zhuǎn)方向一致。④制造、裝配中嚴(yán)格控制尺寸與形位公差。⑤改善CAT主軸瓦內(nèi)圓表面的嵌藏性。⑥及時(shí)更換機(jī)油。⑦選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鏖g隙。⑧早期磨損使之較嚴(yán)重地出現(xiàn)拉、劃、磨痕,應(yīng)予以更換CAT主軸瓦。

    2.CAT主軸瓦的疲勞剝落
    剝落的特征：CAT主軸瓦內(nèi)圓合金層表面出現(xiàn)平行狀、鱗狀、網(wǎng)狀斷裂紋或合金呈點(diǎn)狀、塊狀、片狀脫掉。剝落機(jī)理：由于軸的旋轉(zhuǎn)及沖擊運(yùn)動(dòng),軸頸與CAT主軸瓦間的油膜產(chǎn)生一種平行于合金層的剪切力和垂直于合金層的壓應(yīng)力,循環(huán)不斷地作用于合金層，當(dāng)作用力大于合金層材料本身的機(jī)械強(qiáng)度值時(shí),表面產(chǎn)生裂紋。由于油膜的壓力滲透作用,促使裂紋向縱深發(fā)展, 直至接近鋼背面時(shí), 再沿鋼背平行方向蔓延。當(dāng)與其它裂紋相會(huì)合, 在壓力油的浮力作用下, 此處合金被托起, 離開(kāi)合金層產(chǎn)生剝落。產(chǎn)生原因：軸承合金的承載負(fù)荷超過(guò)其合金層材料允許的最大承載能力,造成疲勞損壞。產(chǎn)生疲勞的根源通常是由于在最大周期性負(fù)荷重復(fù)作用的結(jié)果。引起早期疲勞的原因:設(shè)計(jì)或制造時(shí),未按發(fā)動(dòng)機(jī)的不同用途來(lái)進(jìn)行選材, 或安全系數(shù)選得太小；合金層與鋼背的粘合強(qiáng)度小于合金的抗拉強(qiáng)度；CAT主軸瓦與瓦座間的貼合度太小；結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)；裝配不良；潤(rùn)滑不佳；維修保養(yǎng)不善；油膜非連續(xù)性或被切斷后引起較高的壓力梯度, 使合金層內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力和溫度的波動(dòng)；以及操作不慎、拉缸等。
    預(yù)防辦法：①實(shí)踐證明,設(shè)計(jì)制造CAT主軸瓦時(shí)應(yīng)根據(jù)各種不同用途的CAT卡特彼勒柴油機(jī)所要求承受的單位最大載荷和各種軸承合金的疲勞強(qiáng)度值,來(lái)選取相應(yīng)的材料和安全系數(shù),這是克服早期疲勞的重要措施之一；②鋼背與合金層的粘和強(qiáng)度應(yīng)不小于合金的抗拉強(qiáng)度；③CAT主軸瓦與座孔間的貼合度應(yīng)不小于85% ,不粘合處應(yīng)分散兩處以上,否則將影響負(fù)荷及熱量的傳遞而產(chǎn)生集中現(xiàn)象；④在結(jié)構(gòu)參數(shù)上應(yīng)推薦薄壁、窄形、大直徑、小間隙。
    3.咬軸、燒瓦
    損壞特征：CAT主軸瓦兩對(duì)口平面間的距離小于名義直徑(即彈張量消失),內(nèi)圓工作面合金出現(xiàn)部分或全面性流動(dòng)(擠出或粘附在軸頸上),CAT主軸瓦外圓出現(xiàn)周向磨痕等。損壞機(jī)理：CAT主軸瓦彈張量消失,油膜被切斷并緊貼軸頸隨軸旋轉(zhuǎn)(與軸承座作相對(duì)運(yùn)動(dòng))引起瓦背與瓦座間干磨擦而迅速升溫,從而使CAT主軸瓦合金層軟化或熔融，在軸的旋轉(zhuǎn)擠壓運(yùn)動(dòng)作用下,合金被周向拖動(dòng)或軸向擠出而產(chǎn)生位移。出現(xiàn)咬軸燒瓦時(shí),CAT主軸瓦合金層金相組織,軸頸及瓦座將發(fā)生合金中低融點(diǎn)金屬析出,高融點(diǎn)金屬硬化。由于低融點(diǎn)金屬析出,合金層形成蜂窩狀而使承載能力下降,最后產(chǎn)生位移；由于冷卻凝固,一部分粘結(jié)于軸頸表面；另外,溫升使CAT主軸瓦產(chǎn)生塑性變形而消失彈張量,緊貼軸頸,并隨軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生與瓦座的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和干磨擦,固而造成瓦座內(nèi)圓瓦背外園被磨損。所以咬軸燒瓦的最終結(jié)果是CAT主軸瓦、軸頸、瓦座全被損壞,有的還會(huì)出現(xiàn)斷軸而損壞其它零部件。產(chǎn)生原因：①CAT主軸瓦合金層表面性能差；②彈張量消失；③配合間隙太小或太大；④CAT主軸瓦與瓦座間配合過(guò)盈量太大或太小；⑤潤(rùn)滑不良；⑥超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；⑦潤(rùn)滑油中混入雜質(zhì)與瓦座及軸的變形。
    預(yù)防辦法：①改善軸承合金表面性能,如對(duì)銅基、低錫鋁和鋁硅等硬度較高的合金層表面可以增加鍍復(fù)鋁基合金減磨層；②選擇機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)質(zhì)低碳鋼作背材；③選擇適當(dāng)?shù)妮S頸與CAT主軸瓦的配合間隙；④提高潤(rùn)滑油質(zhì)量,機(jī)油泵工作穩(wěn)定性及濾清器的濾清效能。

    4. CAT主軸瓦的腐蝕
    腐蝕特征：CAT主軸瓦內(nèi)圓表面呈現(xiàn)灰黑色斑狀孔或蜂窩狀凹坑。腐蝕機(jī)理：CAT主軸瓦內(nèi)圓合金層中某些金屬分子,受到氧化變質(zhì)的酸質(zhì)潤(rùn)滑油的化學(xué)作用,在溫度與潤(rùn)滑油的壓力和剪切力的作用下,與原基體金屬分子間的引力迅速減小,距離加大并離開(kāi)原來(lái)的位置而脫掉，使合金形成斑狀孔或蜂窩狀凹坑組織。產(chǎn)生原因：與腐蝕最密切相關(guān)的是工作溫度和壓力,因?yàn)闈?rùn)滑油在高溫下會(huì)發(fā)生變質(zhì),CAT主軸瓦在高負(fù)荷部位特別容易出現(xiàn)腐蝕。燃油和水的漏入,未完全燃燒的碳,重油內(nèi)的有機(jī)酸和硫化物均會(huì)使?jié)櫥妥冑|(zhì)。
    預(yù)防辦法：①加強(qiáng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的保養(yǎng),避免積碳、重油內(nèi)的有機(jī)酸、硫化物及水進(jìn)入機(jī)油,定期取油樣進(jìn)行分析,如變質(zhì)嚴(yán)重要及時(shí)更換；②對(duì)抗腐蝕性差的軸承合金表面加鍍復(fù)層,以提高其抗腐蝕性。
    5. CAT主軸瓦的氣蝕
    氣蝕特征：CAT主軸瓦內(nèi)圓表面,在油孔和油槽邊緣呈現(xiàn)放射型或靠軸頸供油的進(jìn)油處呈現(xiàn)圓形,條形邊緣清晰的凹痕,也有時(shí)在油槽底面出現(xiàn)類(lèi)似現(xiàn)象。氣蝕機(jī)理：CAT主軸瓦與軸頸間的液體油膜,在流動(dòng)過(guò)程中由于方向的急劇改變產(chǎn)生氣泡,這種氣泡在軸的高速旋轉(zhuǎn)和徑向位移以及溫升作用下,會(huì)爆破而產(chǎn)生高壓力及高壓波沖擊CAT主軸瓦工作表面,被沖擊的表面則發(fā)生塑性變形或剝落而產(chǎn)生凹坑。 產(chǎn)生原因：在發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力和慣性作用下,軸頸與CAT主軸瓦的相對(duì)快速運(yùn)動(dòng),油的非連續(xù)性流動(dòng),軸的劇烈振動(dòng),油槽孔邊緣的尖角毛刺,瓦內(nèi)圓表面形狀突變,工作間隙太大,油壓不穩(wěn)定等都是產(chǎn)生氣蝕的根源。連桿CAT主軸瓦和軸頸的氣蝕往往是與機(jī)油供應(yīng)配置有聯(lián)系，主CAT主軸瓦氣蝕與油孔數(shù)量和位置有關(guān)。軸頸表面與CAT主軸瓦內(nèi)圓表面粗糙處于凸凹處、間隙過(guò)大、油孔油槽邊緣毛刺銳邊等均會(huì)引起液流方向突變,或產(chǎn)生大的壓力差,或撕破油膜而出現(xiàn)氣蝕。油底殼體積小,油道不暢通會(huì)引起斷續(xù)油流而出現(xiàn)氣蝕。機(jī)油中含有易揮發(fā)的輕油、添加劑或帶有空氣的添加混合物而產(chǎn)生泡沫,夾氣溶解也會(huì)產(chǎn)生氣蝕。另外,溫度的變化也會(huì)生成氣泡而發(fā)生氣蝕。
    預(yù)防辦法：①根據(jù)軸心軌跡圖合理選擇油孔的位置與大小、油道形狀；②油孔油槽邊緣應(yīng)倒棱、除盡毛刺；③正確選定油槽寬深比；④注意潤(rùn)滑油品質(zhì)、避免產(chǎn)生泡沫；⑤增加油壓、縮小CAT主軸瓦與軸頸間的徑向間隙；⑥選擇合適硬度的軸承合金層。

    依據(jù)故障現(xiàn)象對(duì)CAT主軸瓦損壞進(jìn)行分析
    1.查找滑油油位升高的原因
    檢查缸套內(nèi)壁無(wú)滴漏，排除了缸套裂紋及密封圈失效的可能；檢查滑油冷卻器無(wú)海水滲入現(xiàn)象；檢查副機(jī)滑油柜油位，發(fā)現(xiàn)一個(gè)油柜已用空，而該柜通往1號(hào)副機(jī)曲軸箱的滑油添加閥為開(kāi)啟狀態(tài)。最后查明滑油油位升高的原因是輪機(jī)員補(bǔ)油后忘記關(guān)閉滑油添加閥，而該滑油柜的本來(lái)就不多的存油全部加入1號(hào)副機(jī)曲軸箱中。
    2.CAT主軸瓦燒損的機(jī)理分析
    正常情況下連桿大端及主CAT主軸瓦是接觸不到滑油液面的，主CAT主軸瓦及連桿瓦的潤(rùn)滑是通過(guò)副機(jī)尾端自帶的滑油油泵來(lái)潤(rùn)滑的。各摩擦付間產(chǎn)生的熱量由曲柄箱的滑油帶走，同時(shí)還帶走各磨損付間產(chǎn)生的異物。當(dāng)滑油液面已沒(méi)及主軸下瓦，連桿大端亦已接觸及滑油液面時(shí)，將導(dǎo)致以下情形：（1）連桿大端在滑油高速攪動(dòng)使滑油溫度升高。（2）滑油液面沒(méi)及主軸下瓦，則導(dǎo)致潤(rùn)滑主CAT主軸瓦的滑油不能正常的流動(dòng)，摩擦付間產(chǎn)生的熱量無(wú)法帶走。（3）摩擦付間產(chǎn)生的異物無(wú)法帶走，異物會(huì)破壞摩擦付間產(chǎn)生的油楔及滑油油膜，致使各摩擦付摩擦加劇，再加上滑油溫度升高，導(dǎo)致CAT主軸瓦磨損。（4）溫度升高導(dǎo)致滑油粘度降低，滑油粘度降低又導(dǎo)致滑油壓力下降；磨損的結(jié)果致使各摩擦付間的間隙過(guò)大，間隙過(guò)大亦導(dǎo)致滑油壓力下降。上訴兩方面的原因造成了CAT主軸瓦與軸頸之間的油楔破壞，軸頸無(wú)法抬起，于是CAT主軸瓦與軸頸直接接觸，致使CAT主軸瓦磨損急劇惡化，以致CAT主軸瓦燒損。 長(zhǎng)春Perkins帕金斯4008TAG1A發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶一般多少錢(qián),江西Perkins帕金斯402D-05發(fā)動(dòng)機(jī)銷(xiāo)售售后代理商去哪找,福州Perkins帕金斯2506D-E15TAG2發(fā)動(dòng)機(jī)哪里有做維修保養(yǎng)的一般多少錢(qián),海西CATC9發(fā)動(dòng)機(jī)原廠配件大概的價(jià)錢(qián),黃山Perkins帕金斯403F-11G發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)室蓋罩電話,