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在途中行駛的一輛平板運(yùn)輸車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)突然發(fā)出一聲巨響,隨后柴油機(jī)自行熄火。停車進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)位于第二缸部位的氣缸體左右側(cè)均被擊穿兩個(gè)大洞。在拆檢中發(fā)現(xiàn),系第二缸連桿螺栓折斷所致。
連桿螺栓通常受到預(yù)緊力及活塞連桿組件質(zhì)量慣性力的拉伸作用,如果連桿體與連桿蓋松動(dòng),則還要受到很大的交變沖擊負(fù)荷的作用。因此,連桿螺栓是受力最嚴(yán)重的零件之一。在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,一旦連桿螺栓折斷,除了可將氣缸體打破外,還可能使活塞連桿組件完全報(bào)廢,損失慘重。
連桿螺栓的斷裂部位,大多在螺紋接觸面前1-2圈處,另一種可能,則是在螺紋與桿的交接處。在一些人的心目中,往往有這樣一種錯(cuò)誤的概念:擰緊力矩越大越保險(xiǎn)。因而當(dāng)扭力扳手刻度盤壞了,或是無扭力扳手憑經(jīng)驗(yàn)擰緊時(shí),常常喜歡擰得過緊。裝配時(shí),由于連桿螺栓擰得很緊,因而受到相當(dāng)大的力矩和拉力。同時(shí)柴油機(jī)工作時(shí)它還受到?jīng)_擊力,為此必使連桿螺紋底部應(yīng)力過大,而導(dǎo)致疲勞斷裂。
為了研究連桿螺栓斷裂的原因,在使用中可以采用目視斷口觀測分析法。通常當(dāng)斷裂方向與軸線(拉應(yīng)力方向)垂直,且斷面裂口較平整光亮,即表明這種脆性斷裂,多是在低于許用應(yīng)力負(fù)荷下突然發(fā)生的。如果連桿螺栓在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,因種種原因(例如飛車等)而被拉斷,則其斷口形狀應(yīng)呈塑性斷裂。其特征是斷裂方向與軸線(拉應(yīng)力方向)幾乎成45°,斷口凸凹不平,色澤灰暗無光,且伴有較為明顯的頸縮現(xiàn)象(即斷裂處直徑稍許變細(xì))。
至于導(dǎo)致連桿螺栓斷裂的一些具體原因,則可能是:
1、裝配預(yù)緊力不符合規(guī)定。預(yù)緊力是連桿螺栓的螺紋配合副產(chǎn)生摩擦力而使螺紋連接自鎖的條件。柴油機(jī)連桿螺栓的擰緊力矩為98-112N.m,若該擰緊力矩超過太多,連桿螺栓即會(huì)被拉長,而不能承受拉伸負(fù)荷。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),連桿螺栓由于受力狀況惡劣,即會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂。
有時(shí)因缺乏資料,而不知道某機(jī)型柴油機(jī)連桿螺栓的安全預(yù)緊力是多少時(shí),實(shí)際常用的方法是根據(jù)螺紋直徑來估計(jì)其安全預(yù)緊力的大小。實(shí)踐證明,螺栓的安全預(yù)緊力與其螺紋直徑有直接關(guān)系。例如公制螺紋直徑10mm的螺栓,裝配時(shí)的安全預(yù)緊力一般擰緊在60-80N.m的范圍內(nèi),均為安全可靠。公制螺紋直徑12mm的螺栓,安全預(yù)緊力為80-100N.m。公制螺紋直徑14mm的螺栓,安全預(yù)緊力為100-120N.m。其他直徑螺紋的安全預(yù)緊力,以此類推。
2、緊固程序不合理。通常在裝配連桿螺栓時(shí),不允許一次擰緊,而應(yīng)交替分幾次擰緊達(dá)到規(guī)定的力矩。否則,不但會(huì)引起被連接機(jī)件的變形,且會(huì)使連桿軸承上的各個(gè)連桿螺栓擰緊力矩不均,降低連接質(zhì)量。
3、防松裝置失效。雖然連桿螺栓的螺紋連接本身具有自鎖性,但在負(fù)荷變化和沖擊振動(dòng)的情況下,螺紋之間的摩擦力不穩(wěn)定,并有瞬間消失的可能,這必將導(dǎo)致連接的松動(dòng)和破壞。為了保證連接的可靠性,連桿螺栓在裝配時(shí)均附有防松裝置。如果裝配方法不當(dāng),或經(jīng)長期使用及多次拆裝,使防松裝置失效時(shí),在外負(fù)荷的作用下,很容易使螺紋連接發(fā)生松動(dòng)脫落。
4、不合理的駕駛操作。在車輛的使用中,由于急劇加速、緊急制動(dòng),以及通過惡劣路面不能適當(dāng)控制車速,而引起劇烈顛簸等,都會(huì)增加螺栓連接機(jī)件的沖擊、振動(dòng),致使連桿螺栓連接的機(jī)件遭受破壞。
5、連桿軸頸與軸承的裝配間隙太大。此時(shí)運(yùn)行中會(huì)使兩者互相撞擊,連桿螺栓在這種過大的沖擊力的作用下,會(huì)因疲勞而導(dǎo)致折斷。
6、活塞與曲軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)被卡住,發(fā)生拉缸或咬缸事故。判斷檢查連桿螺栓是否有裂紋的方法,通??蓪⒂袘岩傻倪B桿螺栓放入煤油中浸半小時(shí)左右,然后取出并擦干凈。在欲檢查的表面涂上一層粉筆灰。等干后,若有裂紋則粉筆灰由于吸收由裂紋滲漏出來的煤油而變黑,即可察覺出裂紋的部位。
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