机车柴油机曲轴碾瓦原因分析

引言

柴油机作为机车动力系统的核心部件，其曲轴-轴瓦摩擦副的可靠性直接影响整机运行性能。碾瓦故障是指轴瓦合金层因异常摩擦而磨损、剥落，甚至导致曲轴轴颈损伤的现象，严重时引发柴油机抱轴、停机等重大事故。由于机车柴油机长期处于高负荷、变工况运行环境，碾瓦问题频发，已成为影响机车安全运行的关键故障之一。

一、机车柴油机曲轴碾瓦故障的主要原因分析

（一）润滑系统因素

润滑系统在机车柴油机的运行中起着至关重要的作用，其性能优劣直接影响着曲轴与轴瓦的工作状态。机油品质下降是导致曲轴碾瓦的关键因素之一。随着机车的持续运行，机油在高温、高压环境下会发生氧化、分解，产生酸性物质和胶质，其润滑性能和抗磨损性能逐渐降低。机油滤清器若出现堵塞，无法有效过滤杂质，金属碎屑、灰尘等异物就会随机油进入曲轴与轴瓦的摩擦副，加剧磨损，破坏油膜，进而引发碾瓦故障。机油压力异常也是不容忽视的问题。机油泵性能下降、油路泄漏等原因会使机油压力不足，无法在曲轴与轴瓦之间形成足够厚度的润滑油膜，导致两者直接接触摩擦，产生大量热量，最终造成曲轴碾瓦。

（二）装配与维护因素

装配与维护环节的操作不当是曲轴碾瓦故障的重要诱因。在装配过程中，轴瓦与曲轴的配合间隙至关重要。若间隙过小，会导致摩擦阻力增大，产生过多热量，使轴瓦合金熔化；间隙过大，则无法形成稳定的润滑油膜，造成轴瓦与曲轴之间的冲击磨损。轴瓦安装时若存在偏斜、定位不准确等情况，会使轴瓦受力不均，局部压力过大，加速磨损。在维护方面，定期的检修工作若不到位，未能及时发现轴瓦的早期磨损、损伤等问题，或者未按照规定更换磨损严重的轴瓦，都会使故障不断恶化，最终引发曲轴碾瓦。装配人员的技术水平和责任心也会对装配质量产生影响，操作不规范极易埋下故障隐患。

（三）运行工况因素

机车柴油机的运行工况复杂多变，对曲轴和轴瓦的工作状态有着显著影响。长时间超负荷运行是导致曲轴碾瓦的常见原因。当柴油机在超出额定功率的工况下工作时，曲轴承受的负荷大幅增加，轴瓦与曲轴之间的压力也随之增大，润滑油膜容易被破坏，使得两者之间的干摩擦加剧，从而引发轴瓦磨损和碾瓦现象。频繁的启动和制动同样会对曲轴和轴瓦造成损害。启动时，机油尚未充分润滑各部件，此时曲轴与轴瓦之间的摩擦较大；制动过程中，由于惯性作用，曲轴会受到额外的冲击力，这些因素都会加速轴瓦的磨损。运行环境的恶劣，如高温、高粉尘等，也会影响机油的性能和润滑效果，增加曲轴碾瓦的风险。

二、机车柴油机曲轴碾瓦故障的诊断方法

（一）油液磨粒分析

油液磨粒分析方法通过采集柴油机运行过程中的润滑油样本，利用专门的仪器设备对油液中的磨粒进行分离、收集和分析。借助磁性过滤或离心分离等技术将油液中的金属磨粒提取出来，运用光学显微镜、扫描电子显微镜等工具观察磨粒的形态、大小、成分等特征。正常情况下润滑油中的磨粒数量较少且颗粒细小，多为均匀的片状或球状。当曲轴碾瓦出现故障时轴瓦与曲轴之间的异常磨损会产生大量形状不规则、尺寸较大的磨粒。通过对这些磨粒特征的分析，可以判断磨损的类型、程度以及故障发生的部位，为准确诊断曲轴碾瓦故障提供重要依据。还可以利用铁谱技术，对磨粒的沉积规律进行研究，进一步了解磨损的发展趋势，实现故障的早期预警。

（二）振动频谱检测

柴油机正常运行时各部件的振动具有一定的规律性和稳定性，其振动信号的频率和幅值处于特定范围内。当曲轴碾瓦出现故障时轴瓦与曲轴之间的配合关系发生改变，磨损导致的间隙增大、受力不均等问题会使振动特性发生显著变化。通过在柴油机关键部位安装振动传感器，实时采集振动信号，并将其传输至数据采集和分析系统。该系统运用快速傅里叶变换（FFT）等信号处理技术，将时域振动信号转换为频域信号，生成振动频谱图。在频谱图中正常状态下的振动能量主要集中在特定的频率范围内，当曲轴碾瓦出现故障时会在相应的故障特征频率处出现能量峰值，局部损伤引起的高频振动信号增强等。通过对振动频谱图的分析和对比，结合柴油机的结构特点和运行参数，可以准确判断曲轴碾瓦故障的类型、程度以及故障发生的具体位置，为故障诊断提供可靠的技术支持。

（三）红外热成像监测

在机车柴油机运行过程中，曲轴与轴瓦之间的摩擦会产生热量，正常情况下，其温度分布相对均匀且处于合理范围内。当曲轴碾瓦出现故障时，如润滑油膜破裂、局部磨损加剧等，会导致摩擦生热增加，故障部位的温度明显升高，与周围正常区域形成显著的温度差异。红外热成像仪通过检测物体表面发出的红外辐射能量，将其转换为热图像，以不同的颜色或灰度等级直观地显示物体表面的温度分布情况。通过对柴油机曲轴和轴瓦部位进行红外热成像监测，可以清晰地观察到温度异常区域，快速定位故障位置。若轴瓦存在局部磨损，在热图像上会呈现出温度较高的亮斑或热点；而润滑油供应不足导致的碾瓦故障，则表现为轴瓦整体温度升高。

（四）声发射检测

声发射检测是一种基于材料内部缺陷或损伤产生的弹性波来诊断曲轴碾瓦故障的技术，当机车柴油机曲轴碾瓦发生磨损、裂纹等故障时，材料内部的应力状态发生改变，会释放出弹性波，即声发射信号。声发射传感器能够捕捉到这些微弱的弹性波信号，并将其转换为电信号，通过放大、滤波等处理后传输至声发射信号采集和分析系统。该系统运用多种信号处理和分析方法，如参数分析、波形分析等，对声发射信号的特征参数，如幅度、频率、能量等进行提取和分析。正常情况下，柴油机运行时产生的声发射信号较为微弱且平稳；而当曲轴碾瓦出现故障时，会产生强度较高、频率特征明显的声发射信号。通过对声发射信号的特征分析和模式识别，可以判断故障的类型、程度以及发生的位置。

三、机车柴油机曲轴碾瓦故障的的预防措施

（一）完善润滑系统维护规程

完善润滑系统维护规程是预防曲轴碾瓦故障的关键环节，严格规范机油的更换周期和质量标准。根据机车柴油机的运行工况、使用环境以及制造商的要求，合理确定机油的更换时间，避免因机油使用时间过长导致性能下降。选用质量可靠、符合标准的机油，确保其具有良好的润滑、抗磨损和抗氧化性能。加强机油滤清器的维护管理。定期检查机油滤清器的工作状态，及时更换堵塞或失效的滤清器滤芯，保证机油的清洁度，防止杂质进入曲轴与轴瓦的摩擦副。还应建立完善的润滑系统监测机制，对机油压力、油温等关键参数进行实时监测和记录。一旦发现参数异常，及时分析原因并采取相应的措施进行调整，确保润滑系统始终处于良好的工作状态，为曲轴和轴瓦提供可靠的润滑保护。

（二）规范装配工艺标准

规范装配工艺标准是确保曲轴与轴瓦正常工作的重要保障。在装配前，应对轴瓦和曲轴等零部件进行严格的质量检验，检查其尺寸精度、表面质量等是否符合设计要求，严禁使用有缺陷的零部件。装配过程中，要严格按照工艺规范和操作流程进行操作，精确控制轴瓦与曲轴的配合间隙，确保其在规定的范围内。采用合适的装配工具和方法，保证轴瓦安装的位置准确、牢固，避免出现偏斜、松动等情况。加强装配人员的技术培训，提高其操作技能和质量意识，使其熟悉装配工艺要求和质量标准，能够正确处理装配过程中出现的问题。通过建立装配质量追溯制度，对每一台柴油机的装配过程进行记录，明确装配人员的责任，确保装配质量的可追溯性，从而有效预防因装配不当导致的曲轴碾瓦故障。

（三）加强状态监测手段

加强状态监测手段有助于及时发现曲轴碾瓦故障的早期征兆，避免故障的进一步恶化。综合运用油液磨粒分析、振动频谱检测、红外热成像监测和声发射检测等多种监测技术，对柴油机的运行状态进行全方位、实时监测。定期采集润滑油样本进行磨粒分析，及时掌握曲轴和轴瓦的磨损情况；通过振动传感器实时监测柴油机的振动信号，分析其频谱特征，判断是否存在异常振动；利用红外热成像仪定期对曲轴和轴瓦部位进行温度检测，发现温度异常及时预警；运用声发射检测技术捕捉材料内部的缺陷信号，实现故障的早期诊断。建立状态监测数据库，对监测数据进行长期记录和分析，通过数据对比和趋势分析，掌握设备的运行规律和故障发展趋势，为制定合理的维修计划提供依据。结合人工智能和大数据分析技术，对监测数据进行深度挖掘和智能诊断，提高故障诊断的准确性和效率，实现对曲轴碾瓦故障的主动预防。

（四）优化操作规范

在冷启动方面制定科学合理的冷启动程序，启动柴油机前先进行预热操作，使机油温度升高降低其粘度，提高流动性确保在启动瞬间能够迅速到达各润滑部位，形成有效的润滑油膜。在冷启动过程中避免立即加载高负荷，应让柴油机在低转速、低负荷下运行一段时间，待各部件充分润滑、温度逐渐升高后，再逐步增加负荷。在正常运行过程中，操作人员应严格遵守操作规程，避免频繁的急加速、急减速和超负荷运行，保持柴油机运行工况的相对稳定。加强对操作人员的培训，使其了解柴油机的工作原理、性能特点以及操作规范的重要性，提高其操作技能和应急处理能力，能够正确应对各种复杂工况，减少因操作不当对曲轴和轴瓦造成的损害，从而有效预防曲轴碾瓦故障的发生。

结束语

综上所述，文章系统分析了机车柴油机曲轴碾瓦故障的主要原因，涵盖润滑系统、装配维护及运行工况等多个方面，明确了各因素对故障发生发展的影响机制。介绍了油液磨粒分析、振动频谱检测等多种有效的故障诊断方法，以及完善润滑系统维护规程、规范装配工艺标准等一系列预防措施，为该故障的防治提供了较为全面的解决方。但随着机车技术的不断发展，柴油机的结构和运行工况日益复杂，曲轴碾瓦故障也呈现新的特点和形式。未来，需进一步加强对故障原因的深入研究，结合新材料、新技术，探索更加高效、精准的诊断和预防手段，持续提升机车柴油机的可靠性和稳定性，为铁路运输事业的发展提供坚实保障。

参考文献

[1] 蔡兵. 机车柴油机曲轴碾瓦原因 分 析及改进措施[J]. 轨道交通装备与技术,2021,(06):43-44.

[2]邢瑜,段訾义,王洪峰.机车柴油机故障预测与健康管理系统设计[J].铁道机车与动车,2020,(11):14-16+5.

[3]李显川.检修清洁度问题导致柴油机曲轴碾瓦的分析及预防措施[J].内燃机与配件,2020,(08):160-161.

[4] 陈予, 郭毕明, 蔡波, 等. 柴油机联轴节漏油故障分析及预防措施[J]. 内燃机,2020,(01):38-40.

[5]张煜俊.机车柴油机惯性停机故障诊断与处理措施[J].内燃机与配件,2020,(03):167-168.