问题的提出
随着机车实际牵引定数和运行速度的不断提高，柴油机的工作条件恶化，柴油机机体裂纹的数量呈上升的趋势。机体隔板及焊缝裂纹一旦发生，机车修程较大，修复工艺要求高，周期长，造成较大的人力、物力和财力投入，严重干扰了正常的检修生产进度，妨碍和降低了机车的运用效率。
原因分析
1、运用机车柴油机出现机体裂纹的故障现象及位置
铸焊组合式机体的裂纹均发生在焊接部分，集中体现在与顶板相焊接的各隔板上，以及第1缸气缸箱主油道上的立油管与顶板焊缝部位。开裂处所涉及的具体板件是内侧板、中侧板、中间垂直板和两端垂直板的上部，均围绕着气缸箱和凸轮轴箱的顶板以下1OOmm左右的区域内，各板既有板面的横向裂纹，又有与顶板原焊缝的开裂，连第l缸气缸箱主油道上的立油管也不例外。
⑴ 裂纹处附近的相关部件工作振动大。工作中的柴油机机体隔板一经发生开裂，处于开裂处附近的气缸盖、气缸、气缸螺栓和螺母、喷油泵等部件将会发生较强的振动，并且随着柴油机负荷的增加而加剧。
⑵ 进水支管与气缸接口处漏机油明显。柴油机机体中侧板和第1缸气缸箱主油道上立油管与顶板焊缝处一经发生开裂，漏出的润滑机油直接进入气缸箱，由于气缸下部支承面通过橡胶0型圈与机体水平板的气缸定位孔密封，因此，使进入箱内的机油油位不断上涨，当超过机体进水支管孔的下边缘时，就会出现漏油现象，并沿着机体斜面流出体外。
⑶ 进水支管与气缸接口处有轻微漏气现象。柴油机机体内侧板一经发生开裂，便会使下空气稳压箱内的压力空气通过裂缝进入气缸箱，同样从机体进水支管孔口外泄，而且漏气的程度与柴油机负荷成正比，当柴油机处于强制进气阶段(负荷状态700r／min以上)时，漏气压力大于机械间大气压力，沿进水支管与气缸接口处所的轻微漏气现象便会发生；同时漏气严重者，将导致柴油机负荷状态的排气温度升高，引发排气支管、总管发红的故障。
⑷ 柴油机两端垂直板上部有渗机油现象。柴油机两端各缸凸轮轴箱与传动齿轮箱、输出端间的垂直板上部一经发生开裂，便会使凸轮轴箱内的润滑机油通过裂缝渗入传动齿轮箱和连接箱，并沿着两端垂直板外侧开始出现渗油现象；输出端能从连接箱各防护网口直接观察到，而控制端则需对控制齿轮检查孔进行打盖检查。
2、机体受力
16V240ZJ型柴油机机体采用铸焊组合结构。柴油机在工作状态时，气缸盖要承受燃气压力，气缸要承受活塞的侧压力，曲轴要承受连杆传来的压力，这些力都要传递到机体上；机体又要承受由于曲柄连杆机构运动时对机体造成的倾覆力矩和轴系未被平衡的那部分力矩；机体还要承受各零部件紧固所需的预紧力，以及安装在柴油机上的全部零部件的重量。因此机体的受力状态不仅异常繁重，而且错综复杂，它处于拉伸、弯曲、扭转和振动的交变应力状况下工作，并且还要承受高温、腐蚀和摩擦等环境因素引起的附加作用力，工作条件十分恶劣。
现在东风4C机车在沈(阳)～山(海关)线上的牵引定数由4500t提高到5000t。16V240ZJC型柴油机设计的装车功率为3600PS，去掉维持机车自身正常工作所必需的600PS的辅助功率损失后，该型柴油机满负荷状况作用于车钩上的牵引力为3000PS。实际上从平均值计算，相当于由0．67PS降至0．60 PS来承担It货物的牵引任务，势必导致该型柴油机长期处于高负荷工作状态，目前操纵时经常使用标定的1000r／min工况已司空见惯。柴油机的输出功率是以燃烧室内的燃气压力作保证的，输出功率与燃气压力成正比，运用机车经常使用标定1000r／min的装车功率，也就意味着要经常使用最高燃气压力(最高爆发压力)。从柴油机受力的角度出发，16v240zj型柴油机的最高燃气压力出现于上止点后的12—13。曲轴转角处，此时气缸的工作容积很小，活塞的移动速度较慢，最高燃气压强除了推动活塞做功外，还作用在气缸和气缸盖上，通过气缸和气缸盖、气缸螺栓到达机体顶板，因而导致顶板承受了最高的拉伸作用力，并传递给与其组焊在一体的内侧板、中侧板、垂直板等隔板，进而遍及整个机体。
最高燃气压力出现的位置与机体隔板实际裂纹的位置相吻合的事实说明：气缸箱和凸轮轴箱的各隔板强度是该机体受力强度设计的薄弱环节，作用于顶板上的最高的拉伸力使其产生弹性变形，是造成内侧板、中侧板、垂直板等隔板产生裂纹和焊缝开焊的主要原因。
3、设计缺欠
⑴部分隔板强度不足。机体的设计中，主要板材大部分采用16Mn+Re(稀土)低合金钢板；
其中，顶板的厚度为55mm，而内侧板、中侧板和中间垂直板的厚度均为16mm，两端垂直板的厚度均为20mm。厚顶板与薄隔板联接部位的截面发生突变，导致联接后的焊缝根部附近将出现严重的应力集中现象，是设计过程的薄弱环节。上述隔板在实际运用中频繁发生裂损的事实表明，选用板材厚度不足，并与顶板联接处所方式存在强度设计欠缺，此后虽经过一些小的设计调整，但仍无法保证运用柴油机长期高负荷工况的可靠工作。
⑵第1缸气缸箱主油道上立油管的位置和受力设计不合理。机体的设计中，第1缸气缸箱内的主油道立油管上部与顶板通过焊接相连，由于处于两端位置的顶板刚度最弱，而且顶板承受交变拉伸载荷的作用时将会产生弹性变形，所以对该焊口的可靠工作构成直接威胁；此外，该连接处所受气缸箱内空间位置的限制，使具体施焊作业异常困难，又会造成焊接效果不良。
⑶气缸螺栓中心与内侧板、中侧板中心具有偏心距。机体的设计中，气缸螺栓中心与内侧板和中侧板的中心没有对应，存在着偏心距离，虽然偏离量不大，但是造成这些板件和焊缝在柴油机工作中承受较大附加弯矩，并集中在这些板件的上部，这些已被该型机体的动应力测试结果得以证实。
4、机体变形
柴油机在组装过程中，若曲轴主轴颈与主轴瓦间隙不当或主轴承盖与座配合不当而使轴承孔失圆、各缸负荷不均匀、曲轴主轴颈有较大的同轴度误差时，会导致机体的变形。机体一旦发生变形，则会引起主轴承孔及凸轮轴安装孔同轴度误差，气缸结合组安装孔中心线与主轴孑L中心线垂直度误差，使各运动附失去正确的安装位置，引起机体变形和附加载荷的增大，使机体各部分应力增加，造成机体裂纹。
5、机体腐蚀
在机体内部的气道、油道和水管间隔，除了承受机体产生热应力外，还有管路内介质对机体的材料及焊缝产生一定的腐蚀作用，引起焊缝开焊。
6、机体寿命
从部分隔板发生裂纹的机体的统计中可以发现，它们均是20世纪90年代及以前制造生产的产品，一般都已经过1～2个大修周期，有的已经使用3个大修周期以上，使用时间少的10余年，多则20多年，在机车上的走行公里少的80万以上，多则300万以上或者更高。按照国际惯例，一般机车的使用年限不超过20年，而我国对DF4型内燃机车及主要部件尚无明确的报废标准，整机中的活塞、连杆和曲轴等其他主要部件经常处于修程的更换之中，但对机体而言，尚未制定使用周期和报废条件，而且更换成本高，多采用施焊的修理方案。机体各隔板的疲劳裂纹、使用周期缩短和使用寿命问题一直困扰着段修和大修工作，对提速重载条件下柴油机的可靠工作构成严重威胁。
7、焊接工艺及质量
机体隔板原焊缝处的开裂，充分暴露了制造厂在焊接过程中存在着气孑L、夹渣、焊瘤、温度控制、板材几何尺寸、坡口修正、变形校正、探伤检查以及时效处理等一系列焊接工艺和质量问题。
措 施
无论是大修还是段修的柴油机，机体一经发生裂纹，主要是采用焊修的方法加以恢复，但是焊修后的效果并不理想，重复开裂和裂纹扩散的现象时有发生。产生这种裂纹恶性循环的主要原因为:一是隔板裂纹处所的位置狭小，检修人员作业受空间限制，焊接质量难以控制；二是隔板焊缝不能回火处理而引起韧性不足；三是焊缝和板材内应力不均匀；四是施焊后的时效时间短，内应力无法彻底消除。为扭转这种被动局面，必须采取切实可行的整改方案。
3．1 增加铸焊组合式机体的结构强度
3．1．1增加内侧板、中侧板、中间垂直板和两端垂直板的厚度。
3．1．2对下空气稳压箱、气缸箱和凸轮轴箱的隔板采取必要的加强措施。
a 下空气稳压箱
在V形夹角上的内侧板与顶板的结合处增设加强筋板，将来自顶板的拉伸作用力向内侧板下方转移，分散该处的力流，以降低焊缝的动载荷。
b 气缸箱
在顶板与水平板间增设加强螺栓，并在水平板与垂直板下方的结合处增设加强筋板。
c 凸轮轴箱
在支承板与顶板间增设加强螺栓，并在支承板下方与中侧板结合处增设加强筋板，使支承板与顶板共同分担来自顶板的拉伸作用力所引起的动弯矩，以降低中侧板焊缝处的动应力。
3．1．3强化第1缸气缸箱主油道上立油管。
立油管上部增设补强座，并与顶板和控制端垂直板焊接在一起，以起到分散该处的力流和降低焊缝动载荷的作用。
3．2对焊修后的柴油机有必要进行空载和负荷试验，实际检验机油工作压差、焊修变形后的部件组装状态和焊修效果。
3．3对曲轴主轴颈与主轴瓦间隙和主轴承盖与座公差配合严格按照工艺要求执行，加强检查。
3．4充分利用机车大修的有利时机彻底整修裂纹机体
针对机体工艺要求高和修复难度大的特点，充分利用机车大修的有利时机，对裂纹机体进行彻底的整修，无疑是一种明智的抉择。机车大修工厂一般都具有较好的工装设备和较强的技术力量，对机体隔板板面发生裂纹的内侧板、中侧板等板件，不应仅限于重复打坡口和重复施焊的方法，而应依据自身能力组织整板更换，并应实施有效的强化方案。
