彭陈

（江苏海事职业技术学院航海学院）

船舶柴油机连杆螺栓是连接杆体与连杆端盖的一种特殊螺栓, 螺栓承受载荷大, 受力情况复杂, 连杆螺栓发生断裂将会引起严重的事故, 轻则打坏缸盖、缸套、连杆变形, 严重会导致曲轴断裂, 机器损坏.据统计在柴油机机损事故中, 连杆螺栓断裂引起的比例高达50%以上, 因此笔者结合工作实际分析杆螺栓断裂的原因, 提出一些预防措施。

1　故障现象

韩国现代船厂2007年造18万t级散装船, 主机型号为HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC, 在任职期间内, 该轮发生螺栓断裂事故, HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC型柴油机的连杆大端结构如图1所示, 连杆大端为斜切口、齿形结合, 薄壁轴瓦。

2　故障原因分析

1) 连杆螺栓根部应力集中以及尺侧出现缝隙.从断裂的螺栓分析, 断裂处基本都是在螺纹的根部, 连杆螺栓、螺孔及其配合是发生断裂的主要原因.船舶柴油机连杆螺栓是固定在连杆大端的螺纹上, 每次柴油机连杆螺栓更换, 但是螺孔的螺纹却是不变的, 柴油机长时间的运转之后, 连杆螺栓与螺纹之间会发生一定的磨损, 这样就会造成连杆螺栓与螺孔的螺纹不是很匹配.船舶柴油机连杆螺栓的根部比较容易发生应力集中, 而且螺纹的根部恰恰位于连杆大端轴承齿形接触的分界面上, 所以连杆螺栓的根部比较容易发生断裂.柴油机长时间运转之后, 连杆大端轴承上下齿形接触面侧面磨损, 出现尺侧间隙, 轴承从动, 连杆大端螺栓承受横向弯曲应力与剪应力, 导致连杆螺栓松动, 螺栓在周期性冲击力作用下产生疲劳破坏而断裂。

2) 连杆螺栓预紧力不正确.在柴油机连杆螺栓装配过程中, 连杆螺栓预紧力过大或者过小, 导致事故发生.如果预紧力过大, 会超过连杆螺栓的屈服极限, 造成连杆螺栓的变形, 柴油机运转之后, 产生很大的爆发力, 连杆螺栓处在应力交变得环境下, 裂纹会逐渐扩展, Z后会发生断裂.如果预紧力过小, 柴油机运转之后, 在往复惯性力的作用下, 连杆接合面会长生间隙, 螺栓会受到很大的惯性冲击力, 导致连杆螺栓断裂。

3) 连杆盖安装错误.安装时要将做过同一标记的连杆大端与连杆螺栓紧固, 装配错误会导致连杆大端接合面配合松动, 进而柴油机在运转过程中连杆盖松动会导致连杆螺栓断裂。

4) 飞车或活塞在气缸内烧死.柴油机运转过程中, 如果出现“飞车”故障或者活塞在气缸内发生拉缸故障, 会使连杆螺栓承受负荷过大而发生断裂。

5) 连杆螺栓质量不过关.连杆螺栓在工艺和材质上要求很高, 一般是合金钢和优质低碳钢, 不能用一般螺栓材料和劣质材料.一般螺栓的材质在加工工艺与热处理等方面不能完全达到技术规范.有些螺栓质量不过关, 连杆螺栓还没有达到承受载荷下就发生变形而断裂。

6) 安装时工作不细心.由于工作不细心, 连杆螺栓有划伤、裂口, 螺栓与螺母配合松动, 就进行装配会造成连杆螺栓的断裂。

3　连杆螺栓断裂的预防措施

1) 装配前仔细检查.为防止连杆螺栓断裂事故发生, 连杆螺栓安装前必须认真检查, 不符合要求及时换新, 一般修复难度比较大、费用高, 周期也较长.如果换新, 检查零件有无缺陷, 用手锤敲打螺栓, 听听声音, 查看有无疲劳强度与缺陷, 尤其是螺栓头部、螺纹与螺纹根部。

螺帽装复不能过松否则螺纹会发生磨损, 螺帽以及螺栓头部与轴承的接触面要完好;螺栓与螺栓孔的配合间隙要合适;上紧螺帽插入开口时, 应检查开口销是否与螺帽表面接触。

检查连杆螺栓的伸长量, 参考技术要求, 如不符合要求, 要及时换新, 同时中型以下四冲程柴油机连杆螺栓的使用时间为15 000~20 000 h, 如果超过使用寿命, 即使表面无异状也要换新。

2) 按照规定的预紧力和正确的方法装配.如果柴油机在运转过程中发生螺栓断裂, 将发生机毁的重大事故, 因此必须按照说明书的要求上紧, 如安装预紧力的大小、预紧方法、预紧次序等.上紧连杆螺栓时要按照拆卸时的标记装复, 不能装错;装复时垫片与轴承表面要清洁, 接触良好;螺栓上紧要用扭力扳手, 两边螺栓均匀交替上紧, 不能单边紧固;预紧力不能过大, 否则会致使螺栓疲。.

3) 采取螺栓防松措施.正确的固紧与锁紧是避免发生断裂的有效措施.拧紧后的螺栓?有防松措施, 科学的防松措施是依赖螺纹的自锁能力, 因此在高速柴油机上采用细牙螺纹, 减小导程角, 使导程角远小于摩擦角, 对螺纹部分镀铜, 以增加螺纹间的贴合度及摩擦系数, 提高防松效果.目前在一些新产品中不采取任何防松措施, 而是靠提高细牙螺纹的精度, 确保预紧力?达到防松目的。

4) 经常检查柴油机日常工作状况.柴油机运转过程中, 如果发现异常情况, 及时停车检查.当螺杆出现松动或者被拉长, 会出现较大的敲击声, 立即停车, 检查轴瓦, 如果轴瓦间隙过大, 更换连杆轴承或者加大轴瓦.定期检查连杆螺栓的紧固情况, 查明原因, 检查螺栓损坏情况, 使用扭矩扳手按照规定上紧。

4　结束语

通过对HYUNDAI-MAN B&W 6S70MC型柴油机连杆螺栓断裂事故分析, 笔者认为造成连杆螺栓断裂原因包括预紧力不均、螺纹表面不清洁、螺纹配合过松或过紧、柴油机发生拉缸或者咬缸事故等, 连杆断裂极易引起捣缸和烧瓦, 为防止此类事故发生, 在操作以及装配过程中必须严格按照技术规范, 确保柴油机安全。

参考文献：

[1]彭陈.船舶柴油机连杆螺栓断裂故障分析及预防措施[J].广州航海学院学报,2016,24(04):14-15.

（来源：广州航海学院学报）