彭陳

（江蘇海事職業技術學院航海學院）

船舶柴油機連桿螺栓是連接桿體與連桿端蓋的一種特殊螺栓, 螺栓承受載荷大, 受力情況復雜, 連桿螺栓發生斷裂將會引起嚴重的事故, 輕則打壞缸蓋、缸套、連桿變形, 嚴重會導致曲軸斷裂, 機器損壞.據統計在柴油機機損事故中, 連桿螺栓斷裂引起的比例高達50%以上, 因此筆者結合工作實際分析桿螺栓斷裂的原因, 提出一些預防措施。

1　故障現象

韓國現代船廠2007年造18萬t級散裝船, 主機型號為HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC, 在任職期間內, 該輪發生螺栓斷裂事故, HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC型柴油機的連桿大端結構如圖1所示, 連桿大端為斜切口、齒形結合, 薄壁軸瓦。

2　故障原因分析

1) 連桿螺栓根部應力集中以及尺側出現縫隙.從斷裂的螺栓分析, 斷裂處基本都是在螺紋的根部, 連桿螺栓、螺孔及其配合是發生斷裂的主要原因.船舶柴油機連桿螺栓是固定在連桿大端的螺紋上, 每次柴油機連桿螺栓更換, 但是螺孔的螺紋卻是不變的, 柴油機長時間的運轉之后, 連桿螺栓與螺紋之間會發生一定的磨損, 這樣就會造成連桿螺栓與螺孔的螺紋不是很匹配.船舶柴油機連桿螺栓的根部比較容易發生應力集中, 而且螺紋的根部恰恰位于連桿大端軸承齒形接觸的分界面上, 所以連桿螺栓的根部比較容易發生斷裂.柴油機長時間運轉之后, 連桿大端軸承上下齒形接觸面側面磨損, 出現尺側間隙, 軸承從動, 連桿大端螺栓承受橫向彎曲應力與剪應力, 導致連桿螺栓松動, 螺栓在周期性沖擊力作用下產生疲勞破壞而斷裂。

2) 連桿螺栓預緊力不正確.在柴油機連桿螺栓裝配過程中, 連桿螺栓預緊力過大或者過小, 導致事故發生.如果預緊力過大, 會超過連桿螺栓的屈服極限, 造成連桿螺栓的變形, 柴油機運轉之后, 產生很大的爆發力, 連桿螺栓處在應力交變得環境下, 裂紋會逐漸擴展, Z后會發生斷裂.如果預緊力過小, 柴油機運轉之后, 在往復慣性力的作用下, 連桿接合面會長生間隙, 螺栓會受到很大的慣性沖擊力, 導致連桿螺栓斷裂。

3) 連桿蓋安裝錯誤.安裝時要將做過同一標記的連桿大端與連桿螺栓緊固, 裝配錯誤會導致連桿大端接合面配合松動, 進而柴油機在運轉過程中連桿蓋松動會導致連桿螺栓斷裂。

4) 飛車或活塞在氣缸內燒死.柴油機運轉過程中, 如果出現“飛車”故障或者活塞在氣缸內發生拉缸故障, 會使連桿螺栓承受負荷過大而發生斷裂。

5) 連桿螺栓質量不過關.連桿螺栓在工藝和材質上要求很高, 一般是合金鋼和優質低碳鋼, 不能用一般螺栓材料和劣質材料.一般螺栓的材質在加工工藝與熱處理等方面不能完全達到技術規范.有些螺栓質量不過關, 連桿螺栓還沒有達到承受載荷下就發生變形而斷裂。

6) 安裝時工作不細心.由于工作不細心, 連桿螺栓有劃傷、裂口, 螺栓與螺母配合松動, 就進行裝配會造成連桿螺栓的斷裂。

3　連桿螺栓斷裂的預防措施

1) 裝配前仔細檢查.為防止連桿螺栓斷裂事故發生, 連桿螺栓安裝前必須認真檢查, 不符合要求及時換新, 一般修復難度比較大、費用高, 周期也較長.如果換新, 檢查零件有無缺陷, 用手錘敲打螺栓, 聽聽聲音, 查看有無疲勞強度與缺陷, 尤其是螺栓頭部、螺紋與螺紋根部。

螺帽裝復不能過松否則螺紋會發生磨損, 螺帽以及螺栓頭部與軸承的接觸面要完好;螺栓與螺栓孔的配合間隙要合適;上緊螺帽插入開口時, 應檢查開口銷是否與螺帽表面接觸。

檢查連桿螺栓的伸長量, 參考技術要求, 如不符合要求, 要及時換新, 同時中型以下四沖程柴油機連桿螺栓的使用時間為15 000~20 000 h, 如果超過使用壽命, 即使表面無異狀也要換新。

2) 按照規定的預緊力和正確的方法裝配.如果柴油機在運轉過程中發生螺栓斷裂, 將發生機毀的重大事故, 因此必須按照說明書的要求上緊, 如安裝預緊力的大小、預緊方法、預緊次序等.上緊連桿螺栓時要按照拆卸時的標記裝復, 不能裝錯;裝復時墊片與軸承表面要清潔, 接觸良好;螺栓上緊要用扭力扳手, 兩邊螺栓均勻交替上緊, 不能單邊緊固;預緊力不能過大, 否則會致使螺栓疲。.

3) 采取螺栓防松措施.正確的固緊與鎖緊是避免發生斷裂的有效措施.擰緊后的螺栓?有防松措施, 科學的防松措施是依賴螺紋的自鎖能力, 因此在高速柴油機上采用細牙螺紋, 減小導程角, 使導程角遠小于摩擦角, 對螺紋部分鍍銅, 以增加螺紋間的貼合度及摩擦系數, 提高防松效果.目前在一些新產品中不采取任何防松措施, 而是靠提高細牙螺紋的精度, 確保預緊力?達到防松目的。

4) 經常檢查柴油機日常工作狀況.柴油機運轉過程中, 如果發現異常情況, 及時停車檢查.當螺桿出現松動或者被拉長, 會出現較大的敲擊聲, 立即停車, 檢查軸瓦, 如果軸瓦間隙過大, 更換連桿軸承或者加大軸瓦.定期檢查連桿螺栓的緊固情況, 查明原因, 檢查螺栓損壞情況, 使用扭矩扳手按照規定上緊。

4　結束語

通過對HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC型柴油機連桿螺栓斷裂事故分析, 筆者認為造成連桿螺栓斷裂原因包括預緊力不均、螺紋表面不清潔、螺紋配合過松或過緊、柴油機發生拉缸或者咬缸事故等, 連桿斷裂極易引起搗缸和燒瓦, 為防止此類事故發生, 在操作以及裝配過程中必須嚴格按照技術規范, 確保柴油機安全。

參考文獻：

[1]彭陳.船舶柴油機連桿螺栓斷裂故障分析及預防措施[J].廣州航海學院學報,2016,24(04):14-15.

（來源：廣州航海學院學報）