摘   要：通过实例分析了12V190柴油机曲轴提前断裂的主要特征，指出影响曲轴提前断裂的原因，提出了曲轴提前断裂的预防措施。

关键词：柴油机；曲轴；扭振临界转速；疲劳源；动平衡

本文以新疆某厂大修过的12V190柴油机出厂不久后，连续出现多根曲轴提前断裂事故为例，探讨柴油机修理和使用过程中如何预防柴油机曲轴提前断裂的问题。

一、曲轴提前断裂面的主要特征

所有的曲轴的断口上均有明显的光滑区和粗糙区，说明曲轴是受疲劳应力发生断裂的。曲轴几何形状突变，具备应力集中的条件。曲轴在交变应力和扭转振动作用下，应力集中处首先形成微裂，经过集结沟通形成裂纹。裂纹扩展过程中，裂纹的两个侧面形成断口的光滑区。粗糙区则是在迅速断开时形成的。

二、曲轴提前断裂原因分析

1．不平衡载荷的影响

(1)不平衡重量。磨曲轴时，连杆轴颈尺寸变小后，重量会减小。

(2)不平衡力臂。在修正曲轴弯曲时所采用的磨主轴颈的方法来保证各轴颈的同心度工艺，会导致主轴重量减小、主轴轴线向曲柄方向平移而产生不平衡力臂。

(3)不平衡扭矩。不平衡重量和不平衡力臂导致不平衡扭矩的产生。曲轴在旋转时，不平衡扭矩加剧了曲轴的扭振破坏作用。

2．扭振临界转速的影响

Z12V190柴油机曲轴自振频率8 400次／min，曲轴的主临界转速1

400r/min，次临界转速933r/min。如果柴油机工作过程中把其转速设置在这两个转速附近，对其曲轴来说都是比较危险的。

3．修理方法不当的影响。渗氮层厚度的减少；未进行动平衡调试；过渡圆角变小均会使曲轴提前断裂。

4．恶劣工况影响与局部结构不合理的影响

(1)恶劣工况影响。新疆南疆境内钻机所钻井深一般在5

000m以上，钻井工作周期长、大钩负荷大、转盘扭矩大、泥浆泵功率大，使得钻机上所配套的12V 190柴油机长时间大负荷工作。

(2)局部结构的影响。主要原因是连杆轴颈表面油道口的位置及油道方向不当，导致曲轴的连杆轴颈内侧磨损大，使磨修曲轴导致的不平衡载荷增大。其次，当连杆大头中心旋转至主轴轴线以下位置时，连杆轴瓦滑动速度较低，油膜厚度变薄，可使轴颈表面产生磨损；第三，油道方向不当也降低了润滑油的相对流动速度，致使所形成的油膜质量变差。

除上述因素外，曲轴意外负荷的突增、冲击、使用维护不当均可促成曲轴提前断裂。

三、曲轴提前断裂的预防措施

1．设置柴油机工作转速时，避开1 400r/min和933r/min临界转速。

2．改变连杆轴颈表面油道口位置和油道方向避免油道口附近表面处于较高压力位置。

3．加大过渡圆角半径使R/D>0.05或R=0.05~0.06D (R-圆角半径，D一主轴轴径或连杆轴径）。

4．渗氮。磨轴磨削量超过一定厚度后，要进行表面渗氮处理，以增加曲轴的耐磨性和抗挤压强度。

5．做动平衡试验。每次曲轴磨修完后，都要做动平衡试验并配重，保证大修质量。

6．严格认真执行柴油机使用、维护、修理相关标准与规定。

采取上述措施后，所修理的柴油机在同一地区的钻井作业中，出现曲轴提前断裂的现象明显减少。