內燃機車傳動軸裂損原因及應對措施

宮 平

（神華寶日希勒能源有限公司，內蒙古呼倫貝爾 021000）

0 引言

內燃機車中的傳動軸位于柴油機和靜液壓變速器之間，其主要功能是將柴油機的功率輸出轉化為變速器的能量，來驅動相關的液壓泵工作，然后輸出高壓的靜液壓油，系統可以根據油溫和水溫對馬達的工作轉速進行調整，以及對低溫水進行冷卻。但是內燃機車的傳動軸經常出現斷裂，由于傳動軸是動力轉移的核心裝置，所以一旦其出現故障那么內燃機車就無法運行。為了采取措施來避免傳動軸的斷裂，下面對內燃機車傳動軸斷裂相關原因以及對策進行分析研究。

1 傳動軸的結構

萬向節、萬向節叉、空心軸、中間法蘭、花鍵軸是組成傳動軸的關鍵部分，從多年的實踐和工作的經驗來看，萬向節與空心軸、叉頭和十字銷是裂損主要發生的部位，而花鍵軸等部位相對較為穩固，出現斷裂的情況非常少。比如：型號為DF4B7376 的內燃機車在經過幾次修理之后，行走了約26 000 km 的里程就在傳動軸與叉頭位置出現了長約20 cm 的裂損情況，嚴重影響了列車的安全運行；型號為DF4C5201 的內燃機車，在2017 年經過兩次輔修之后又出現了叉頭部位裂損的情況，該部位出現了約11 cm 的環形的裂紋；型號為DF4C5305 的內燃機車，在2017 年經過3 次輔修行駛了大約25 000 km 之后，十字銷在柴油機以及變速箱兩側均出現了折損情況，壓蓋螺栓也出現了斷裂的情況。針對上述內燃機車經常出現的斷裂情況，對斷裂原因進行了分析。

2 傳動軸裂損的主要部位

結合傳動軸的機械結構和相應的工作原理可知，傳動軸主要承載的為扭矩，并且該扭矩和柴油機的轉速有著直接關系，隨著柴油機轉速的提高傳動軸所承載的扭矩會升高，因而變扭矩是傳動軸所承受轉矩的一個主要特點。傳動軸斷裂往往出現在不同的位置，斷裂原因也有一定差異。傳動軸出現斷裂的部位主要有以下5 個。

（1）萬向叉頭與空心軸焊接處的位置斷裂。這兩個部位的連接主要是通過焊接來完成的，二者的應力相對較為集中，在工作過程中要承受長期的扭矩，所以該部位非常容易出現疲勞的情況。該情況還會沿著旋轉的部位延伸，在裂紋的另外一端會按照剪切角向焊接處的方向斜向發展，如果不斷變化的扭矩超過了該部位的疲勞極限，就會造成傳動軸的斷裂。從實際工作的經驗來看，該部位是發生裂損頻率最高的部位。

（2）叉頭部位的斷裂主要是從叉頭的根部開始在轉矩的作用下將叉頭撕裂。在其斷裂的界面可以十分清晰地看到叉頭部位斷裂的花紋，疲勞斷裂的特點十分明顯。

（3）十字銷是傳動軸受力較大的部位之一，斷裂主要出現在環向的剪切應力方向。從斷裂面的情況來看，其斷裂主要是從根部的毛細裂紋開始，當沿著圓周方向全部斷裂之后會使得其受力急劇增大，導致十字銷被切斷。

（4）十字銷壓蓋螺栓斷裂主要指的是十字銷的壓蓋螺栓出現全部和部分折斷的情況。通常情況下前者是由于螺栓自身強度問題導致的，而后者則是螺栓的組合不當導致的。

（5）花鍵軸部位的裂紋通常情況下與選擇的方向呈現一定角度。

3 傳動軸裂損原因

焊接工藝不當造成裂損部位殘余應力過大，變速箱、柴油機曲軸和車架等的中心線出現公差等都會造成傳動軸斷裂。總體來看，傳動軸斷裂的原因主要有：傳動軸斷裂很大程度上是與檢測的工藝有關；十字銷的軸向的移動、十字銷與軸承之間的縫隙、十字銷與叉頭之間的縫隙以及與花鍵之間的縫隙等，如果不符合既定的技術標準要求，在后續組裝之后就會出現傳動軸各種受力不均勻的情況，加之其所承受的不斷變化的應力，就會出現對應部位超過其疲勞極限的應力，最終導致相應部位斷裂。

對斷裂情況進行調研的過程中發現，相關工作人員未對傳動軸的各部位按照既定的標準來對其進行清洗，只用毛巾進行了簡單的擦拭，這不僅嚴重影響了間隙測量的精度，而且也對內部的探傷產生一定影響。也有一部分工作人員在檢修的過程中只是對經常斷裂的部位進行表面觀察、用錘子敲打判斷螺栓是否出現松脫，未嚴格按照日常檢修的相關技術標準來檢查十字銷、叉頭等部位的間隙是否滿足要求。由于在入庫前未對關鍵的零部件進行相應的檢查，導致在交驗的時候多次出現法蘭間隙大、傳動軸跳動的情況。從多次出現的傳動軸斷裂情況來看，這些故障往往是在對傳動軸探傷不久而出現的，有些是在剛剛更換傳動軸不久就出現的，并且在部分探傷過程中發現的不少斷裂情況都是在剛剛檢修之后發生的。

4 傳動軸裂損的應對措施

4.1 零部件與裝配質量控制

零部件與裝配質量控制是機車傳動軸的裝配質量和靜液壓變速箱組裝精度及對各部位尺寸限值組裝間隙的控制，是防止傳動軸裂損的根本保證。所以可以從以下3 個方面來進行保障。

（1）對傳動軸相關部分的零部件采購過程中的質量進行嚴格把關。

（2）按照相關的技術標準對零件進行檢測，查看是否合格。

（3）嚴格按照既定的技術標準流程來對零部件進行裝配，并且在裝配過程中及時對裝配質量進行檢測，確保裝配質量。

4.2 提升探傷質量

有效的探傷手段是防止傳動軸出現斷裂的有效措施。可以采取以下的措施來提升探傷的質量：

（1）與生產傳動系統的廠家進行合作，研發相應的探傷設備以及探傷技術。

（2）與高校和科研院所合作，研發相應的探傷技術及設備。

（3）在采購過程中要對探傷設備的可靠性、成功率等指標進行嚴格把關，確保選擇相對穩定的、探傷成功率相對較高的設備。

（4）結合探傷設備與相關技術開展針對員工探傷相關技術和流程的培訓。

（5）制定標準化的探傷技術流程。

（6）強化責任安全意識，責任明確到人以加強按照規范技術流程進行探傷的過程。

4.3 嚴格執行工藝標準

在探傷過程中，要嚴格按照相應的技術流程與標準，有效避免傳動軸斷裂事故的發生。探傷過程中尤其要注意以下這些問題。

（1）跳動量如果超出技術標準則在很大概率上會出現傳動軸的斷裂，所以可以對其進行加厚處理，控制其軸向的跳動不得超過0.4 mm。

（2）如果由于軸向的間隙較小導致拆卸不方便，可以使用銅錘來進行松懈處理。

（3）在轉動不靈活的情況下進行裝配則很可能造成十字銷的粘連，所以可以通過減少兩側墊子的方式來使得其更加的靈活。

（4）檢修過程中如果出現十字銷軸承的套轉，則會在很大程度上使外徑磨損的程度加大，并且因此也會產生相對較大的跳動。所以在檢修過程中必須采用相應的設備來對相應位置的間隙進行測量，確保間隙在允許的范圍內，否則就要對設備進行修復。

（5）如果發現十字銷的外徑超過既定的技術標準則，可以更換新的十字銷以確保外徑在既定的技術標準范圍內。

（6）體孔不潔通常會造成皮帶的卡滯，可以利用紗布對其進行打磨保證其清潔度。

（7）體孔過盈超限也是傳動軸檢修過程中常見的問題，通過對皮帶進行相應的檢查發現在皮帶上都有相應的卡滯粘痕。在對體孔進行測量的過程中如果其超出既定的技術標準，在進行組裝的時候軸承的間隙就會被大幅度縮小，從而導致十字銷出現摩擦和發熱的現象，最終會導致十字銷的折斷。所以如果體孔與十字銷存在過盈超限現象，則必須對其進行報廢處理。

（8）通常情況下內燃機車中法蘭所采用的為六角頭鉸制孔用半螺紋螺栓，在對其進行加固處理的時候需要加入墊片。

5 結束語

對內燃機車傳動軸經常所見的故障進行了分析，并結合傳動軸的機械結構和工作原理分析了傳動軸斷裂的原因，并給出了避免傳動軸斷裂的主要措施，可以為內燃機車傳動軸的檢修提供一定的技術支持。但是造成內燃機車傳動軸斷裂的因素還有很多，在實際工作過程中必須要對斷裂的原因以及修理的措施進行不斷總結，才能在一定程度上避免傳動軸斷裂的情況。此外，新的探傷技術和設備的研發以及應用也是避免傳動軸斷裂的有效措施之一，所以必須要注重新技術以及設備的應用。