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        12V190柴油机是石油钻机的主要动力设备。柴油机曲轴是柴油机重要的部件。曲轴工作时,承受着拉、压、弯等周期交变应力作用和扭转振动,受力复杂。以12V190柴油机连续出现曲轴断裂     12V190柴油机是石油钻机的主要动力设备。柴油机曲轴是柴油机重要的部件。曲轴工作时,承受着拉、压、弯等周期交变应力作用和扭转振动,受力复杂。以12V190柴油机连续出现曲轴断裂事故为例,探讨曲轴修理和使用过程中,如何预防曲轴断裂问题。

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    一、曲轴断裂面特征
    1.曲轴断口与位置
    所有曲轴断口上均有明显的光滑区和粗糙区。说明曲轴是在疲劳破坏下发生断裂的。曲轴外部形状尺寸突然变化,具备局部应力集中的条件,在复杂的拉、压、弯、扭等周期交变应力作用和扭转振动作用下,会在应力集中处首先形成初始微观裂纹,分散的微观裂纹经过集结沟通,将形成宏观裂纹即疲劳源。裂纹扩展过程中,裂纹的两个侧面在交变载荷下,时而压紧,时而分开,多次反复,形成断口的光滑区。粗糙区则是在裂纹达到临界零件尺寸后,在应力循环次数较少的情况下迅速断裂形成的。
    在所考察的曲轴中,断裂位置均发生在主轴颈与连杆轴颈之间和连杆轴颈段(),有两种情况:(1)在主轴颈圆角处与连杆轴颈圆角处之间的A—A截面。主轴颈过渡圆角处具有明显的占截面较小份额的光滑区,而其对面的连杆轴颈过渡圆角处具有较大的粗糙区,说明裂纹是先从主轴颈过渡圆角处产生的,逐步扩大之后,通过曲柄臂发展到连杆轴颈过渡圆角处断裂开。(2)在连杆轴颈靠近曲柄的圆角处的B—B截面。用同样的方法可以判断出裂纹是先从连杆轴颈过渡圆角处开始产生,逐步斜向远离曲柄位置发展,扩大之后断裂。

 2.各曲轴断裂情况 在多根断裂的曲轴中选出6根见表1,表1中连杆轴颈和主轴颈编号是从飞轮端开始的。

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    2.各曲轴断裂情况
    在多根断裂的曲轴中选出6根见表1,表1中连杆轴颈和主轴颈编号是从飞轮端开始的。

   二、曲轴断裂原因分析 在近似稳定的交变载荷下,柴油机曲轴一般能达到正常使用寿命。但是,发生比正常寿命提前许多的断裂情况,往往是与大修过程 " 

    二、曲轴断裂原因分析
    在近似稳定的交变载荷下,柴油机曲轴一般能达到正常使用寿命。但是,发生比正常寿命提前许多的断裂情况,往往是与大修过程中磨轴修理、矫直等措施不当分不开的。
    1.不平衡载荷的影响
    (1)不平衡重量。在磨曲轴时,连杆轴颈尺寸变小后,与原始出厂相比,重量会减小。
    (2)不平衡力臂。曲轴弯曲所采用的磨主轴颈的方法来保证各个主轴颈的同心度工艺,会导致主轴重量减小,主轴轴线向曲柄方向平移,产生不平衡力臂。
    (3)不平衡转矩。不平衡重量和不平衡力臂导致不平衡转矩产生。例如:假设一个平衡块重13.5kg,该块平衡块因旋转轴线平移0.2mm,则可产生270g•cm的不平衡转矩;若两块平衡块因旋转轴线的平移0.2mm,则可产生540g•cm的不平衡转矩。如果φ130mm的连杆轴颈磨去两级(0.5mm),则其重量减轻99.998,在曲柄旋转半径105mm处减少1050g•cm的不平衡转矩;与之相对应的平衡块处,就多出1050g•cm的不平衡转矩。因为,这两个不平衡转矩在一个方向上,总的不平衡转矩相加后可达15908g•cm。曲轴旋转运动时,不平衡转矩加剧了曲轴的扭振作用。

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    由于第4主轴颈大约在整个曲轴的中间位置,曲轴上各横向载荷作用下产生的弯矩叠加后,在曲轴的中间位置达到大,弯曲应力也达大;而不平衡离心力引起的附加弯曲应力在此处也达到大,这就是所分析的6根曲轴都在第4主轴颈附近断裂的主要原因,所受弯矩方向在第3曲柄和第4曲柄的反方向上。
以上分析表明,在柴油机曲轴的修理过程中,不平衡离心力对曲轴的工作影响不可忽视,应想办法不平衡离心力对曲轴寿命的影响。

(1)渗氮层厚度的减少。原厂的柴油机曲轴颈表面经氮化处理,具有较高的耐磨性。经过磨修后,轴颈表面渗氮层的厚度减少,降低了曲轴的抗疲劳性和耐磨性。

3.加大过渡圆角半径。使得R/D>0.05或R=0.05~0.06D(R—圆角半径,D—主轴直径或连杆轴径),减小有效应力集中系数。

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