CAT-C9 柴油機部件磨損原因分析及預防措施

張 河

（大慶油田有限責任公司井下作業分公司生產準備大隊，黑龍江大慶 163111）

1 CAT-C9 柴油機配氣機構工作原理

CAT-C9 柴油機氣門開啟和關閉采用了凸輪軸+隨動柱+氣門挺桿+氣門橫橋的結構形式，以凸輪軸凸輪驅動隨動柱上下運動，隨動柱帶動氣門挺桿向上運動，挺桿頂動氣門搖臂來回擺動，搖臂通過氣門橫橋下壓氣門使其開啟，最后實現柴油機進氣和排氣。隨動柱與凸輪軸接觸位置采用了滾輪結構，實現滾動摩擦，使摩擦阻力降到最低。為了防止隨動柱發生旋轉，使底部輪由滾動摩擦變成滑動摩擦，導致凸輪、滾輪、隨動柱體和機體導向孔發生異常磨損，隨動柱與機體導向孔間采用了彈簧定位掛鉤+導向槽的定位形式。CAT-C9 柴油機在使用過程中出現了定位柱掛鉤斷裂，隨動柱產生旋轉，導致凸輪軸和隨動柱磨損報廢，甚至機體隨動柱導向孔磨損超標情況。

2 故障現象

（1）隨動柱和凸輪軸磨損故障初期，柴油機運轉過程中會出現無規律的、響亮的“啪啪”金屬敲擊聲，之后響聲逐漸變弱，排煙顏色逐漸變濃；故障后期響聲消失，柴油機排煙更濃，存在明顯的不連續性，且輸出功率下降。若2～3 個缸的隨動柱滾輪出現損壞，柴油機在負荷狀態下將排出較濃的白煙。

（2）隨動柱定位掛鉤斷裂后（圖1），失去定位的隨動柱發生90°左右的旋轉，此時隨動柱滾輪與凸輪間的轉動模式由滾動摩擦（圖2）變成了滑動摩擦（圖3），“啪啪”響聲就來自兩者間的異常轉動敲擊，磨損急劇加大。

圖1 隨動柱掛鉤斷裂

圖2 滾動摩擦

圖3 滑動摩擦

3 原因分析

（1）隨動柱軸線與滾輪軸軸線垂直度偏差過大，機體隨動柱孔軸線與凸輪軸軸線垂直度偏差過大，凸輪摩擦面加工尺寸偏差過大，以上幾種尺寸偏差均會導致滾輪與凸輪間的接觸由線性接觸變成點狀接觸。在高速運轉過程中，使隨動柱產生嚴重的偏轉趨勢，此時隨動柱對掛鉤施加了較大的擠壓力，導致定位槽磨、掛鉤磨損或疲勞斷裂。

（2）隨動柱孔與凸輪軸軸承孔垂直度偏差超標，把隨動柱滾輪與凸輪軸凸輪間的接觸由線性接觸變成點狀接觸，改變滾輪受力方向，產生向前或向后分力，使隨動柱出現旋轉趨勢，對定位掛鉤產生很大的側向擠壓力，導致掛鉤發生非彈性變形，甚至疲勞斷裂。掛鉤斷裂將使隨動柱失去橫向旋轉控制，當隨動柱旋轉90°后，滾輪與凸輪間的運動就變成了滑動狀態，將導致兩者嚴重磨損，如圖4 和圖5 所示。

（3）使用不合格的機油濾清器，不能將大顆粒雜質有效濾除，極易堵塞隨動柱滾輪軸的細小油道（圖6），導致隨動柱滾輪與滾輪軸潤滑不良，甚至“燒死”。這樣，運轉過程中，隨動柱就產生了前后擺動力，出現旋轉趨勢，對掛鉤產生很大的側向擠壓力，導致其疲勞變形，甚至斷裂。

（4）隨動柱導向槽表面硬度不夠，高速運轉過程中，掛鉤與導向槽之間的摩擦使導向槽快速磨損（圖7），使它們之間的配合間隙變大、超標（圖8）。進而，隨動柱擺動范圍變大，使掛鉤承受異常沖擊力，當沖擊力大到一定程度時，掛鉤就會斷裂。掛鉤斷裂后，隨動柱會旋轉90°，凸輪“桃尖”極易被啃磨出凹槽（圖9）。

圖4 磨損的隨動柱滾輪

圖5 磨損的凸輪

圖6 滾輪銷軸

圖7 導向槽異常磨損

圖8 導向槽間隙過大

圖9 凸輪桃尖被啃磨出凹槽

（5）掛鉤原始強度不足，耐疲勞性差，在運轉一定時間后發生疲勞斷裂。

（6）隨動柱掛鉤初始安裝未壓緊到位，在隨動柱上下快速滑動過程中，掛鉤發生重復性的拉、壓，最后導致其疲勞斷裂。

（7）長時間未調整氣門間隙。由于搖臂與搖臂軸、搖臂觸頭與氣門橫橋以及搖臂觸頭與挺桿間的異常磨損，導致氣門間隙過大，都會使隨動柱滑動范圍發生變化，最后，隨動柱掛鉤承受重復性的彎曲力，甚至出現疲勞斷裂。

（8）在低溫環境下，柴油機未進行充分預熱就直接啟動，并且未經過充分的怠速預熱運轉直接拉高速，導致滾輪與凸輪間潤滑不良摩擦力過大，在凸輪“桃尖”推力作用下，隨動柱發生旋轉，使定位掛鉤被扭斷。

4 處理方法

（1）當柴油機運轉過程中出現不連續或間斷的、響亮的“啪啪”金屬敲擊聲時，應立即停機，拆開機頭蓋仔細觀察各氣缸隨動柱掛鉤是否斷裂，隨動柱是否異常旋轉。如果隨動柱掛鉤斷裂，應拆卸缸蓋取出隨動柱，仔細觀察凸輪和隨動柱滾輪表面是否有異常磨損痕跡（圖4 和圖5），并用深度表測量凸輪“桃尖”的尺寸，確認磨損程度，決定是否更換凸輪軸。

（2）在拆檢過程中，應注意以下事項：①如果只是隨動柱定位掛鉤斷裂，凸輪表面磨損并未超標，且磨損面比較光滑，可以只更換隨動柱；②檢查隨動柱滾輪軸油道情況（圖6），如果油道孔堵塞，應檢查潤滑油是否存在氧化變質或過臟情況；③解體機油濾清器是否存在破損情況。如果潤滑油氧化變質，應檢查潤滑油更換記錄，確認操作人員是否按時更換了潤滑油和機油濾清器，必要時對油品質量進行檢測，同時檢測濾清器是否為合格配件。

（3）隨動柱滾輪軸線與隨動柱軸線垂直度或其他部件原廠加工尺寸偏差過大，應與生產廠家聯系，進行檢測鑒定。

5 預防措施

（1）在安裝新的隨動柱前，應卡尺測量定位掛鉤的實際厚度是否符合使用標準，避免因使用劣質配件，再次發生同類故障，原則上應更換全部隨動柱（原廠最新設計為加強型）。

（2）初始安裝隨動柱掛鉤時，要將掛鉤和隨動柱壓緊到位，防止因隨動柱在快速上下滑動過程中對掛鉤產生重復性的拉、壓力，進而發生疲勞性斷裂。

（3）在安裝新的隨動柱前，要用內徑百分表檢查機體隨動柱孔的橢圓度是否超標，若超標必須進行修復，以免發生隨動柱滑動過程中的過量擺動，使定位掛鉤反復彎扭受力，最后發生疲勞斷裂。

（4）使用產品質量好的機油濾清器，確保潤滑油得到有效過濾，防止雜質堵塞滾輪油道孔。

（5）在更換新批次機油濾清器前，應對其進行濾前和濾后壓差測試，以免存在壓差過小，過濾效果不好情況或壓差過大，導致機體主油道潤滑油壓力不足情況。

（6）解體檢查該新批次機油濾清器，確認濾紙褶皺是否有固定措施，以免在使用過程中出現褶皺堆積或濾紙破損情況。

（7）在柴油機更換潤滑油時，必須按照標準要求加注，防止大顆粒雜質堵塞各部細小油道孔。

（8）按照使用說明要求對柴油機氣門間隙進行定時檢測，每半年或運行1500 h 進行一次檢查，每年或運行3000 h 進行一次校驗，防止因氣門間隙過大引起隨動柱滑動行程增加，導致掛鉤反復拉、壓受力而疲勞斷裂。

（9）冬季施工過程中，啟動柴油機，應對其進行充分預熱。另外，開始中、高速及負荷運轉前，也要進行充分的怠速運轉。

6 結束語

通過對CAT-C9 柴油機進、排氣控制機構中的隨動柱和凸輪故障現象、原因進行了深入剖析，給出了處理方法和預防措施，希望能對設備管理人員和操作人員提供維護修理經驗，從而減少設備磨損，延長使用壽命，達到節約生產成本、提高施工效率的目的。