康明斯K2000E發動機前端異常磨損原因分析

胡 烽

（江西銅業集團公司德興銅礦， 江西德興市 334224）

康明斯K2000E發動機前端異常磨損原因分析

胡 烽

（江西銅業集團公司德興銅礦， 江西德興市 334224）

介紹了康明斯K2000E發動機前支撐位置的結構，針對發動機使用過程中出現的前端異常磨損情況，分析了幾方面原因，并在發動機日常維護和修理時采取了相應措施，減少了異常磨損問題的發生。

K2000E發動機；前支撐；異常磨損；耐磨套

康明斯K2000E發動機是德興銅礦2005年引進的大型高速柴油機，發動機功率為1492kW，開始改裝到630E電動輪卡車上，2007年開始引進的小松730E電動輪卡車上也采用了此發動機，康明斯K2000E發動機逐步成為該礦電動輪卡車的主要發動機。2009年K2000E發動機逐步進入大修期。在該過程中發現，發動機前端出現異常磨損，后經過對全部K2000E發動機檢查發現，所有K2000E發動機前端均有不同程度的異常磨損，給電動輪卡車運行安全埋下隱患，同時也給發動機修理造成困難，影響發動機修理計劃的順利執行。

1 康明斯K2000E發動機前支撐位置結構介紹

康明斯K2000E發動機前端相關零件裝配關系如圖1所示。發動機齒輪室蓋上有一突起的耳軸，在耳軸上過盈裝配一耐磨套，耐磨套寬36.6mm，厚3.38mm。前支撐有一內孔，在孔中間有一環型油槽，發動機使用過程中需定期向油槽中注入黃油。前支撐是間隙配合套在耳軸的耐磨套上，兩者間隙約為0.15mm。前支撐通過2個3／4英寸螺栓固定在副梁上。曲軸前端穿過耳軸孔，適配器用螺栓固定在曲軸前端，正常情況下，前支撐與適配器之間有間隙，兩者不會接觸。雙減震器和曲軸皮帶輪安裝在適配器上。

K2000E發動機整機重量約5.5t，發動機前端重量全部由前支撐支撐，前支撐與耐磨套之間是間隙配合，沒有采取緩沖減震措施，僅僅有一層黃油，起不到緩沖作用，兩者之間是剛性接觸。在同類型礦山設備的發動機上，一般在前支撐位置采用橡膠減震，避免兩者直接剛性接觸。該礦使用的多家國際知名廠商的礦山設備用發動機，在前支撐與支撐轂之間均采用橡膠減震。

圖1 K2000E發動機前端相關零件安裝示意

2 發動機前端異常磨損情況說明

電動輪卡車運行過程中發現發動機前端冒火花，經檢查發現康明斯K2000E發動機前端異常磨損。在K2000E發動機大修時，發動機解體過程中發現發動機前端異常磨損。

具體情況是：發動機運行過程中，齒輪室蓋耳軸上的耐磨套不斷向前軸向移位，與安裝在曲軸前端高速旋轉的適配器相互摩擦，耐磨套大部份被磨掉，剩余部分鑲嵌在適配器上，適配器磨出深約5mm的環槽，前支撐內孔和端面磨損；耐磨套磨損后，耳軸直接與前支撐接觸，兩者相互磨損。因耐磨套與適配器相互高速摩擦發熱導致局部高溫，適配器和曲軸端部因高溫發藍，適配器和減震器固定螺栓因受到高溫及震動影響而發生斷裂。最嚴重的是1臺正在運行的K2000E發動機的8個減震器固定螺栓因受到高溫及震動影響而全部損壞，險些造成設備事故。K2000E發動機前端出現的異常磨損問題給電動輪埋下隱患，嚴重影響電動輪的運行安全，給電動輪的日常維護增加了難度。

3 發動機前端異常磨損原因分析

（1）康明斯K2000E發動機前支撐與齒輪室蓋耳軸耐磨套之間為間隙配合，間隙約為0.15mm，兩者之間沒有減震措施。在該礦作業條件下，電動輪卡車在運行過程中震動很大，發動機前支撐與耐磨套之間因為震動而不斷的相互撞擊，前支撐和耐磨套不可避免會出現磨損，磨損導致間隙加大，撞擊力度加大，磨損急劇加快。隨著不斷的撞擊，導致耐磨套與耳軸之間的過盈配合松動，耐磨套向前軸向移動，與安裝在曲軸前端高速旋轉的適配器相互摩擦，導致零件嚴重磨損，并且因摩擦導致局部高溫而使損壞加劇。

而同樣在該礦電動輪卡車上使用的MTU4000和底特律16V－149發動機在前支撐位置均采用橡膠減震，在前支撐轂與前支撐之間裝有橡膠件，避免前支撐與轂直接接觸，且降低了發動機的震動。這2種發動機在該礦使用的時間比康明斯K2000E發動機更長，至今沒有出現一起前支撐異常磨損情況。

（2）耐磨套的厚度偏小，僅為3.38mm。由于發動機前支撐與耐磨套之間沒有減震措施，在電動輪卡車運行過程中，發動機前支撐與耐磨套之間的相互撞擊，導致耐磨套在不斷的撞擊力作用下產生塑性變形，耐磨套圓周方向伸長，耐磨套與齒輪室蓋耳軸之間配合強度減小，導致耐磨套容易松動，從而產生向前軸向移動。

（3）康明斯K2000E發動機前支撐比較單薄，厚僅36mm，且僅用2個3／4英寸螺栓固定在副梁上。K2000E發動機前端全部重量均通過前支撐壓在副梁上，在礦山現有作業條件下，電動輪卡車在運行過程中震動很大，造成發動機前支撐2個固定螺栓容易出現松動。一旦出現松動，發動機前端震動加劇，導致耐磨套向前移位，與安裝在曲軸上的適配器相互摩擦。因螺栓松動會導致發動機前支撐出現前后擺動，并且與適配器相互摩擦。

相比K2000E發動機，礦山電動輪卡車上使用的MTU4000和底特律16V－149發動機前支撐更結實，且在前支撐固定方面，均用6根螺栓將前支撐固定在副梁上，沒有出現過螺栓松動現象。

（4）根據康明斯K2000E發動機保養手冊，發動機前支撐的油槽內需定期注入黃油，加注黃油間隔時間為1500h。但加注黃油間隔時間太長，大多數K2000E發動機出現注油管路內黃油硬化結塊，管路完全堵死，黃油根本無法注入發動機前支撐油槽內，導致發動機前支撐與耐磨套之間僅有的一點黃油也沒有了，從而加快了發動機前支撐部位的磨損。

4 應對措施

上述分析的導致發動機前端出現異常磨損的幾個原因中，有些是設計方面的原因，暫時無法解決。而導致前端出現異常磨損的直接原因是耐磨套向前移位，從這個直接原因入手，采取以下幾個措施減少耐磨套向前移位的情況發生或及時發現耐磨套向前移位，加以處理，避免磨損加劇。

（1）定期檢查發動機齒輪室蓋耳軸上的耐磨套是否向前移動，定期在發動機停機時用工具插入適配器與前支撐之間的縫隙中，檢查耐磨套是否向前移位，如果發現移位，及時進行相應處理，以減少因耐磨套持續向前移動而與適配器相互高速摩擦的情況發生。

（2）在發動機大修時，檢查發動機齒輪室蓋的耳軸外徑尺寸，發現有磨損則進行修復以恢復尺寸，避免因尺寸偏小，與耐磨套過盈量不足而造成耐磨套容易移位。同時在安裝耐磨套時，在齒輪室蓋耳軸涂抹圓柱形固持膠，增加耐磨套與耳軸的配合強度，減少耐磨套移位的可能性。然后，為進一步減少耐磨套移位的可能性，準備在耐磨套與耳軸之間的接縫處沖幾個樣沖眼，或用電焊點焊幾點，提高耐磨套與耳軸之間配合的可靠性，避免耐磨套移位，從而消除因耐磨套向前軸向移位與高速旋轉的適配器相互摩擦。

（3）定時檢查發動機前支撐固定螺栓是否松動，發現松動則及時擰緊螺栓，減少因為螺栓松動、震動加大而造成的磨損。

（4）根據康明斯公司建議，縮短K2000E發動機前支撐位置注黃油間隔時間，由間隔1500h縮短為250h。通過縮短K2000E發動機前支撐位置注黃油間隔時間，避免因黃油結塊硬化造成的管路堵死、注不進油的情況出現，保持發動機前支撐與耐磨套之間有黃油，減少磨損。之后德興銅礦職工進一步將手動注黃油改進為自動注黃油，利用電動輪卡車上的林肯泵進行自動注黃油，避免手動注油方式可能出現的漏注情況。

通過采取上述幾個措施，K2000E發動機前端異常磨損的情況有明顯改善，相信通過進一步努力以及與康明斯公司雙方合作，可以更好地控制K2000E發動機前端異常磨損問題的發生。

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2012－03－17）

胡 烽（1974－），男，江西萍鄉人，工程師、工程碩士，主要從事礦山設備大型高速柴油機維修技術管理工作，Email：hf＜hufeng＿221＠126.com。