CAT-C9 柴油机部件磨损原因分析及预防措施

张 河

（大庆油田有限责任公司井下作业分公司生产准备大队，黑龙江大庆 163111）

1 CAT-C9 柴油机配气机构工作原理

CAT-C9 柴油机气门开启和关闭采用了凸轮轴+随动柱+气门挺杆+气门横桥的结构形式，以凸轮轴凸轮驱动随动柱上下运动，随动柱带动气门挺杆向上运动，挺杆顶动气门摇臂来回摆动，摇臂通过气门横桥下压气门使其开启，最后实现柴油机进气和排气。随动柱与凸轮轴接触位置采用了滚轮结构，实现滚动摩擦，使摩擦阻力降到最低。为了防止随动柱发生旋转，使底部轮由滚动摩擦变成滑动摩擦，导致凸轮、滚轮、随动柱体和机体导向孔发生异常磨损，随动柱与机体导向孔间采用了弹簧定位挂钩+导向槽的定位形式。CAT-C9 柴油机在使用过程中出现了定位柱挂钩断裂，随动柱产生旋转，导致凸轮轴和随动柱磨损报废，甚至机体随动柱导向孔磨损超标情况。

2 故障现象

（1）随动柱和凸轮轴磨损故障初期，柴油机运转过程中会出现无规律的、响亮的“啪啪”金属敲击声，之后响声逐渐变弱，排烟颜色逐渐变浓；故障后期响声消失，柴油机排烟更浓，存在明显的不连续性，且输出功率下降。若2～3 个缸的随动柱滚轮出现损坏，柴油机在负荷状态下将排出较浓的白烟。

（2）随动柱定位挂钩断裂后（图1），失去定位的随动柱发生90°左右的旋转，此时随动柱滚轮与凸轮间的转动模式由滚动摩擦（图2）变成了滑动摩擦（图3），“啪啪”响声就来自两者间的异常转动敲击，磨损急剧加大。

图1 随动柱挂钩断裂

图2 滚动摩擦

图3 滑动摩擦

3 原因分析

（1）随动柱轴线与滚轮轴轴线垂直度偏差过大，机体随动柱孔轴线与凸轮轴轴线垂直度偏差过大，凸轮摩擦面加工尺寸偏差过大，以上几种尺寸偏差均会导致滚轮与凸轮间的接触由线性接触变成点状接触。在高速运转过程中，使随动柱产生严重的偏转趋势，此时随动柱对挂钩施加了较大的挤压力，导致定位槽磨、挂钩磨损或疲劳断裂。

（2）随动柱孔与凸轮轴轴承孔垂直度偏差超标，把随动柱滚轮与凸轮轴凸轮间的接触由线性接触变成点状接触，改变滚轮受力方向，产生向前或向后分力，使随动柱出现旋转趋势，对定位挂钩产生很大的侧向挤压力，导致挂钩发生非弹性变形，甚至疲劳断裂。挂钩断裂将使随动柱失去横向旋转控制，当随动柱旋转90°后，滚轮与凸轮间的运动就变成了滑动状态，将导致两者严重磨损，如图4 和图5 所示。

（3）使用不合格的机油滤清器，不能将大颗粒杂质有效滤除，极易堵塞随动柱滚轮轴的细小油道（图6），导致随动柱滚轮与滚轮轴润滑不良，甚至“烧死”。这样，运转过程中，随动柱就产生了前后摆动力，出现旋转趋势，对挂钩产生很大的侧向挤压力，导致其疲劳变形，甚至断裂。

（4）随动柱导向槽表面硬度不够，高速运转过程中，挂钩与导向槽之间的摩擦使导向槽快速磨损（图7），使它们之间的配合间隙变大、超标（图8）。进而，随动柱摆动范围变大，使挂钩承受异常冲击力，当冲击力大到一定程度时，挂钩就会断裂。挂钩断裂后，随动柱会旋转90°，凸轮“桃尖”极易被啃磨出凹槽（图9）。

图4 磨损的随动柱滚轮

图5 磨损的凸轮

图6 滚轮销轴

图7 导向槽异常磨损

图8 导向槽间隙过大

图9 凸轮桃尖被啃磨出凹槽

（5）挂钩原始强度不足，耐疲劳性差，在运转一定时间后发生疲劳断裂。

（6）随动柱挂钩初始安装未压紧到位，在随动柱上下快速滑动过程中，挂钩发生重复性的拉、压，最后导致其疲劳断裂。

（7）长时间未调整气门间隙。由于摇臂与摇臂轴、摇臂触头与气门横桥以及摇臂触头与挺杆间的异常磨损，导致气门间隙过大，都会使随动柱滑动范围发生变化，最后，随动柱挂钩承受重复性的弯曲力，甚至出现疲劳断裂。

（8）在低温环境下，柴油机未进行充分预热就直接启动，并且未经过充分的怠速预热运转直接拉高速，导致滚轮与凸轮间润滑不良摩擦力过大，在凸轮“桃尖”推力作用下，随动柱发生旋转，使定位挂钩被扭断。

4 处理方法

（1）当柴油机运转过程中出现不连续或间断的、响亮的“啪啪”金属敲击声时，应立即停机，拆开机头盖仔细观察各气缸随动柱挂钩是否断裂，随动柱是否异常旋转。如果随动柱挂钩断裂，应拆卸缸盖取出随动柱，仔细观察凸轮和随动柱滚轮表面是否有异常磨损痕迹（图4 和图5），并用深度表测量凸轮“桃尖”的尺寸，确认磨损程度，决定是否更换凸轮轴。

（2）在拆检过程中，应注意以下事项：①如果只是随动柱定位挂钩断裂，凸轮表面磨损并未超标，且磨损面比较光滑，可以只更换随动柱；②检查随动柱滚轮轴油道情况（图6），如果油道孔堵塞，应检查润滑油是否存在氧化变质或过脏情况；③解体机油滤清器是否存在破损情况。如果润滑油氧化变质，应检查润滑油更换记录，确认操作人员是否按时更换了润滑油和机油滤清器，必要时对油品质量进行检测，同时检测滤清器是否为合格配件。

（3）随动柱滚轮轴线与随动柱轴线垂直度或其他部件原厂加工尺寸偏差过大，应与生产厂家联系，进行检测鉴定。

5 预防措施

（1）在安装新的随动柱前，应卡尺测量定位挂钩的实际厚度是否符合使用标准，避免因使用劣质配件，再次发生同类故障，原则上应更换全部随动柱（原厂最新设计为加强型）。

（2）初始安装随动柱挂钩时，要将挂钩和随动柱压紧到位，防止因随动柱在快速上下滑动过程中对挂钩产生重复性的拉、压力，进而发生疲劳性断裂。

（3）在安装新的随动柱前，要用内径百分表检查机体随动柱孔的椭圆度是否超标，若超标必须进行修复，以免发生随动柱滑动过程中的过量摆动，使定位挂钩反复弯扭受力，最后发生疲劳断裂。

（4）使用产品质量好的机油滤清器，确保润滑油得到有效过滤，防止杂质堵塞滚轮油道孔。

（5）在更换新批次机油滤清器前，应对其进行滤前和滤后压差测试，以免存在压差过小，过滤效果不好情况或压差过大，导致机体主油道润滑油压力不足情况。

（6）解体检查该新批次机油滤清器，确认滤纸褶皱是否有固定措施，以免在使用过程中出现褶皱堆积或滤纸破损情况。

（7）在柴油机更换润滑油时，必须按照标准要求加注，防止大颗粒杂质堵塞各部细小油道孔。

（8）按照使用说明要求对柴油机气门间隙进行定时检测，每半年或运行1500 h 进行一次检查，每年或运行3000 h 进行一次校验，防止因气门间隙过大引起随动柱滑动行程增加，导致挂钩反复拉、压受力而疲劳断裂。

（9）冬季施工过程中，启动柴油机，应对其进行充分预热。另外，开始中、高速及负荷运转前，也要进行充分的怠速运转。

6 结束语

通过对CAT-C9 柴油机进、排气控制机构中的随动柱和凸轮故障现象、原因进行了深入剖析，给出了处理方法和预防措施，希望能对设备管理人员和操作人员提供维护修理经验，从而减少设备磨损，延长使用寿命，达到节约生产成本、提高施工效率的目的。