內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)水腔密封面裂紋修復(fù)探討

黃志明，李龍斌，宋平凡，曾世輝，盧志剛

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001）

內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)水腔密封面裂紋修復(fù)探討

黃志明，李龍斌，宋平凡，曾世輝，盧志剛

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001）

針對(duì)內(nèi)燃機(jī)車用Z12V190BJ柴油機(jī)水腔密封面裂紋故障，分析討論了柴油機(jī)水腔密封面出現(xiàn)點(diǎn)蝕及裂紋的原因，提出了對(duì)點(diǎn)蝕及裂紋堆焊后鏜銷精加工的解決方案，并根據(jù)鏜床工作原理設(shè)計(jì)出了鏜削裝置，制定了水腔密封面修復(fù)工藝，修復(fù)后的柴油機(jī)滿足使用要求。

內(nèi)燃機(jī)車；柴油機(jī)水腔；裂紋修復(fù)；鏜削裝置；鏜削工藝

Z12V190BJ型柴油機(jī)是調(diào)小內(nèi)燃機(jī)車上使用的柴油機(jī)，廣泛應(yīng)用在工礦企業(yè)自有線的調(diào)車或牽引機(jī)車中。該型柴油機(jī)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性［1］，一直以來(lái)是鋼鐵公司自備調(diào)車機(jī)車的主力機(jī)型。但隨著使用時(shí)間的增加，振動(dòng)、發(fā)熱以及材料疲勞引起的故障時(shí)有發(fā)生，比較典型的有水腔密封面滲漏、活塞燒損和下排氣等慣性故障［2］。柴油機(jī)在使用過(guò)程中出現(xiàn)連桿變形、氣缸套不正常振動(dòng)及冷卻水不符合標(biāo)準(zhǔn)，都可能造成柴油機(jī)水腔密封面部位點(diǎn)蝕、裂紋等現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)水腔密封面部位漏水故障，使柴油機(jī)不能正常工作，機(jī)車停運(yùn)，嚴(yán)重影響機(jī)車使用性能和安全生產(chǎn)。當(dāng)這種故障出現(xiàn)后，技術(shù)部門要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，解決漏水問(wèn)題，恢復(fù)機(jī)車的運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 水腔密封面工作環(huán)境及滲漏故障分析

柴油機(jī)是用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)，屬于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)在工作時(shí)，吸入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空氣，因活塞的運(yùn)動(dòng)而受到較高程度的壓縮，達(dá)到500～700°高溫。然后將燃油以霧狀噴入高溫空氣中，與高溫空氣混合形成可燃混合氣，自動(dòng)著火燃燒。燃燒中釋放的能量作用在活塞頂面上，推動(dòng)活塞并通過(guò)連桿和曲軸轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率。在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)械在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)氣缸及缸套的要求很高。

Z12V190BJ型柴油機(jī)機(jī)體上均布有12個(gè)氣缸套座孔，氣缸套安裝在座孔內(nèi)，并靠機(jī)體上水封圈、氣缸套外表面以及機(jī)體內(nèi)腔構(gòu)成封閉的冷卻水套（水腔），冷卻水套內(nèi)的冷卻水通過(guò)串水孔進(jìn)入氣缸蓋冷卻水室內(nèi)，缸套外表面直接與冷卻水接觸，散熱快，能夠及時(shí)有效地給在氣缸套內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞降溫［3-4］。

將活塞、連桿、氣缸套等從機(jī)體內(nèi)拆卸下來(lái)，發(fā)現(xiàn)連桿有變形，造成活塞在氣缸套內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸套出現(xiàn)不正常振動(dòng)；同時(shí)，在水腔密封面及氣缸套上發(fā)現(xiàn)有明顯點(diǎn)蝕現(xiàn)象，更為嚴(yán)重的是在水腔密封面上有細(xì)而長(zhǎng)的裂縫，裂縫的長(zhǎng)度因機(jī)體不同長(zhǎng)度也不同，從目前收集的數(shù)據(jù)來(lái)看，均在20～50 mm范圍內(nèi)，如圖1。在多數(shù)情況下，裂縫并不容易發(fā)現(xiàn)，需要采用著色探傷方式才能發(fā)現(xiàn)裂縫的具體位置［5］。水腔密封面出現(xiàn)裂紋，直接導(dǎo)致冷卻水的滲漏，嚴(yán)重影響柴油機(jī)的正常工作。

2 故障修復(fù)方案的選定

針對(duì)缸套水腔密封面出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致冷卻水的滲漏的故障，在找到成因的基礎(chǔ)上，結(jié)合維修理論，在降低維修成本的前提下，找到可靠的維修手段。

設(shè)備維修成本是指為保持或恢復(fù)設(shè)備技術(shù)性能所支付的費(fèi)用。它主要包括設(shè)備的維護(hù)費(fèi)和修理費(fèi)兩大部分。設(shè)備維護(hù)費(fèi)主要是指設(shè)備日常保養(yǎng)費(fèi)用和設(shè)備檢查、檢驗(yàn)費(fèi)用，而設(shè)備修理費(fèi)是指為恢復(fù)設(shè)備的性能而進(jìn)行修理所發(fā)生的費(fèi)用。設(shè)備維修費(fèi)用是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本的重要組成部分，它不但與企業(yè)的裝備水平、生產(chǎn)工藝流程有關(guān)，而且也是企業(yè)設(shè)備

圖1 水腔密封面Fig.1 Water chamber sealing surface

管理水平的綜合體現(xiàn)。要做到維修費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)和最合理，一是必須尊重加工設(shè)備現(xiàn)有的客觀實(shí)際情況，二是必須尊重科學(xué)的維修方法。設(shè)備維修費(fèi)用的控制，要考慮到現(xiàn)實(shí)的設(shè)備操作人員的專業(yè)技能、設(shè)備裝備水平、生產(chǎn)工序流程、生產(chǎn)能力匹配、加工業(yè)務(wù)發(fā)展?fàn)顩r、設(shè)備新舊程度等。

依照上述要求，對(duì)水腔密封面滲漏故障提出了3種維修方法，以控制維修成本為標(biāo)準(zhǔn)，并基于加工設(shè)備的現(xiàn)狀，研判最可行的維修方案。

方案一：更換新的柴油機(jī)機(jī)體，但是費(fèi)用高昂，每個(gè)機(jī)體近10萬(wàn)元。因此，更換機(jī)體不是最佳解決問(wèn)題的方法。

方案二：通過(guò)對(duì)水腔密封面裂紋的部位用角向磨光機(jī)進(jìn)行開(kāi)V型坡口打磨，然后對(duì)坡口部位進(jìn)行預(yù)熱后堆焊［6］，消除焊接應(yīng)力后，用電動(dòng)風(fēng)砂輪對(duì)堆焊的突出面進(jìn)行打磨修圓。而這項(xiàng)打磨修圓的工作對(duì)檢修人員來(lái)說(shuō)非常困難，因?yàn)闅飧滋鬃椎目臻g較小，限制了檢修人員的作業(yè)空間，另外，為了保證水腔密封面的圓度，還得加工一個(gè)和水腔密封面半徑同等大小的半圓模具，以利于顯點(diǎn)打磨，但由于空間的限制，檢修人員的打磨手法及力度稍微掌握不好，在最后精磨時(shí)磨削過(guò)多，堆焊打磨處就會(huì)超過(guò)水腔密封面的半徑，從而導(dǎo)致重新堆焊打磨，這種用手工打磨的方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率低下，還不能保證達(dá)到水腔密封面的圓度及所需要的表面粗糙度。

方案三：綜合前面幾種情況，通過(guò)對(duì)氣缸套安裝座的討論研究，發(fā)現(xiàn)可利用氣缸蓋6個(gè)安裝螺絲孔作為定位孔自行設(shè)計(jì)制作鏜削裝置［7］，用裝置加工操作起來(lái)簡(jiǎn)單方便，效率高，最重要的是能夠滿足生產(chǎn)要求。這個(gè)方案結(jié)合了目前公司的技術(shù)水平和裝備的實(shí)際情況，可以在保證維修精度的同時(shí)，控制維修成本。

3 水腔密封面鏜削裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)鏜床的工作原理進(jìn)行鏜削裝置設(shè)計(jì)［8-10］，從簡(jiǎn)單適用方針出發(fā)，采用手動(dòng)鏜削方式，整個(gè)鏜削裝置主要分為定位裝置、鏜桿和走刀裝置3部分。

3.1 定位裝置（進(jìn)刀導(dǎo)套）

如圖2所示，利用氣缸蓋安裝螺絲孔（M22）與進(jìn)刀導(dǎo)套連接固定，通過(guò)Φ300±0.1mm，Φ232mm，Φ 216mm 3個(gè)臺(tái)階進(jìn)行平面及縱向定位，上下2個(gè)內(nèi)孔安裝兩個(gè)6216軸承［10］，以利于鏜桿在其中平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。

3.2 鏜桿

氣缸套座孔長(zhǎng)390 mm，因此（如圖3所示），設(shè)計(jì)鏜桿長(zhǎng)度為450 mm，直徑Φ80 mm，鏜桿上一端設(shè)計(jì)一個(gè)裝刀孔，另一端設(shè)計(jì)M60X3的內(nèi)螺紋，用于裝夾走刀絲杠。

圖2 進(jìn)刀導(dǎo)套（mm）Fig.2 Feeding guide sleeve

3.3 走刀裝置（分為走刀絲杠和走刀螺母）

如圖4所示，M50X0.75的設(shè)計(jì)為左旋，其目的是當(dāng)M60X3外螺紋旋入鏜桿后，由于起控制走刀量的M50X0.75為左旋，因此搖動(dòng)走刀絲杠走刀鏜削時(shí)走刀絲杠不會(huì)松動(dòng)，確保了走刀的準(zhǔn)確平穩(wěn)。

圖3 鏜桿Fig.3 Boring bar

圖4 走刀絲杠Fig.4 Feeding screw

如圖5所示，走刀螺母設(shè)計(jì)為M50X0.75左旋和走刀絲桿配合使用。

該裝置還包括止檔件和搖把，止檔件裝在氣缸套座孔外面，起固定走刀螺母之用，當(dāng)走刀鏜削時(shí)走刀螺母不動(dòng)，走刀絲桿連同鏜桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣形成完整的切削過(guò)程。

3.4 鏜削裝置工作原理

如圖6所示，手動(dòng)鏜削裝置的裝配圖，當(dāng)走刀鏜削時(shí)，通過(guò)止擋件固定走刀螺母使其不動(dòng)，然后順時(shí)針搖動(dòng)走刀絲杠。這時(shí)，由于走刀螺母與走刀絲杠為左旋配合，從而形成鏜桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成鏜削過(guò)程。

圖5 走刀螺母Fig.5 Feeding nut

圖6 裝配示意圖Fig.6 Schematic assembly

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)自行設(shè)計(jì)鏜削裝置，依照鏜修工藝，對(duì)故障機(jī)車柴油機(jī)水腔裂紋堆焊處進(jìn)行鏜削加工，加工精度達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。修復(fù)后，恢復(fù)水腔原型尺寸，保證氣缸套與水腔的密封，達(dá)到使用要求，同時(shí)，由于手用鏜削裝置取代手工打磨，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。這種維修方案對(duì)其它類型柴油機(jī)，如240型類似的情況，也有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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On Repairing Diesel’s Water Chamber Sealing Surface Cracks

Huang Zhiming,Li Longbin,Song Pingfan,Zeng Shihui,Lu Zhigang
(Xinyu Iron&Steel Group Co.,Ltd.,Xinyu 338001,China)

This paper discusses the reasons for pitting and cracks on the sealing surface of the diesel water cham?ber,presenting the solutions to boring finishing after surfacing pitting and cracks.According to the operating prin?ciple of boring mill,it designs a boring device and proposes a repair technology of the water chamber sealing sur?face.It finds out that the repaired diesel meets requirement for utilization.

diesel locomotive;diesel's water chamber;crack repair；boring device；boring process

U262.11；TF307

A

1005-0523（2014）03-0120-04

2014-04-10

黃志明（1967—），男，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。