船舶4沖程柴油機(jī)正時(shí)齒輪故障分析及修復(fù)探討

滕憲斌，徐燕銘，王冉然

(天津海運(yùn)職業(yè)學(xué)院，天津 300350)

1 故障發(fā)生

安慶大發(fā)柴油機(jī)累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)26 548 h，上次吊缸后累計(jì)使用2 612 h，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)使用2 580 h時(shí)，按檢修計(jì)劃將6只缸頭悉數(shù)吊下清潔，進(jìn)排氣閥研磨。檢修調(diào)整后測(cè)試顯示該機(jī)運(yùn)行狀況良好，工況平衡。在定時(shí)齒輪故障發(fā)生之前，曾出現(xiàn)過(guò)正時(shí)齒輪室殼的惰齒輪軸座蓋3有滑油飛濺出到地板，當(dāng)時(shí)正在航行期間，發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行，參數(shù)及運(yùn)轉(zhuǎn)聲音皆正常;經(jīng)二管輪檢查，發(fā)現(xiàn)螺絲2松動(dòng) (如圖1所示)，上緊后漏泄消除，觀察整機(jī)沒有任何異常情況，在此后的曲拐箱內(nèi)部例檢中也未發(fā)現(xiàn)異常。

2007年4月2日船到達(dá)秦皇島碼頭，裝妥貨，待天亮離港。02∶25值班機(jī)工巡回檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)3#發(fā)電機(jī)齒輪箱里有異常聲音發(fā)出，細(xì)看惰齒輪軸座蓋3的螺絲2又松動(dòng)了，且有滑油外濺，為避免造成更大的損壞，值班機(jī)工當(dāng)機(jī)立斷立即換用發(fā)電機(jī)并通知二管輪，二管輪上緊外蓋螺絲并作盤車檢查，盤2圈覺得沒有任何異常，沖車檢查也無(wú)不妥，再作試車檢查，剛啟動(dòng)運(yùn)行又聽到異常聲響，立刻停機(jī)。在未查明異響來(lái)源而主觀盲目啟動(dòng)的行為，雖然未導(dǎo)致直接的后果，但無(wú)疑是很危險(xiǎn)和錯(cuò)誤的。

圖1 正時(shí)齒輪之惰齒輪零件示意圖

2 故障檢查

檢查中，發(fā)現(xiàn)曲拐箱軸系均正常。但是從No.6缸底部拾到一些金屬碎塊，其中最大一塊約15 mm長(zhǎng)，成齒形，初步懷疑是某齒輪的齒崩塊，后經(jīng)證實(shí)是螺尾錐銷的頭部圓柱體斷塊，被運(yùn)行中的齒輪趴合壓出的模型。這些螺絲斷塊，帶有明顯被壓過(guò)的痕跡，后證實(shí)是螺尾錐銷的尾部螺紋部分，其他皆是小碎塊。

拆惰齒輪軸座蓋3時(shí)，發(fā)現(xiàn)其4只螺絲2均被剪切并已變形，其中一只已發(fā)生斷裂。再檢查正時(shí)齒輪，發(fā)現(xiàn)4只傳動(dòng)齒輪并沒有按原有的記號(hào)進(jìn)行裝配，也沒有重新做記號(hào)，說(shuō)明該正時(shí)齒輪曾被拆檢過(guò)，裝配惰齒輪時(shí)沒有按廠家記號(hào)進(jìn)行，但凸輪齒輪和曲軸齒輪的相對(duì)位置在裝配過(guò)程中保持正確。

拆卸凸輪齒輪后，此時(shí)正時(shí)齒輪室的損壞如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 惰齒輪2#損傷齒位 (箭頭所指)

圖3 凸輪軸齒輪損壞情況

圖4 惰齒輪軸及放松墊片損壞情況

1)惰齒輪1#和曲軸齒輪完好無(wú)損。

2)惰齒輪2#有一齒中間約有15 mm寬、凹進(jìn)2～3 mm深的月亮形，其鄰齒少許，余齒皆正常。見圖2。

3)凸輪齒輪整齒中位有一圈明顯的擠壓凹痕，如車轍印一樣由重逐漸變輕，其形、位和惰齒輪2#相呼應(yīng)，見圖3。

4)惰齒輪軸防松裝置面目全非，其防松墊嚴(yán)重缺損;4只鎖緊螺栓5有一折斷、其余發(fā)生變形;軸定位的螺尾錐銷及其鎖緊螺母6均不見蹤影;軸及其螺孔未變形，見圖4。拆卸前，惰齒輪明顯處于松弛狀態(tài)。

5)機(jī)體上惰齒輪軸7的定位孔內(nèi)均留有螺尾錐銷的頭部斷塊。

3 拆卸過(guò)程注意事項(xiàng)

說(shuō)明書提供正時(shí)齒輪的拆卸程序，不妨參照?qǐng)?zhí)行。

由于受空間限制，說(shuō)明書上“拆開一只飛輪螺栓并將其移到聯(lián)軸節(jié)上”拆卸程序，實(shí)際操作起來(lái)很費(fèi)勁。飛輪螺栓是過(guò)盈配合的，受諸多限制，只能用恰當(dāng)?shù)穆菟▉?lái)頂退，惰齒輪1#可作支撐面，將飛輪螺栓慢慢頂移至聯(lián)軸節(jié)上，注意不要頂偏，當(dāng)僅露出銷孔時(shí)就算到位，惰齒輪正好能取出。

禁止盤車，在拆卸過(guò)程中曲軸不得有任何轉(zhuǎn)動(dòng)位移變化。

凸輪軸同樣禁止轉(zhuǎn)動(dòng)，不得改變其與曲軸的相對(duì)位置。因此拆卸凸輪齒輪前要自制專用工具來(lái)卡住 (廠家未提供專用工具)，防止在拆卸齒輪過(guò)程中產(chǎn)生任何位移。

凸輪齒輪與凸輪軸是靠鍵傳動(dòng)，緊配合，軸位上有一定的錐度，廠家未提供專用拉碼工具來(lái)拆卸，也需自制。若太緊，平衡拉緊后用銅錘敲擊，使之松動(dòng)，切不可強(qiáng)拉，以防損壞部件。

4 故障分析

正時(shí)齒輪機(jī)構(gòu)是由曲軸齒輪通過(guò)惰齒輪帶動(dòng)凸輪軸齒輪。惰齒輪則由惰齒輪1#和惰齒輪2#用鉸制螺栓4緊固在一起組成，而支撐它的惰齒輪軸7的一端是由4只螺栓5(Bolt M16×2.0×38)固定在機(jī)體上，且由2只螺尾錐銷(Knock bolt 10×35)來(lái)定位，而螺尾錐銷則是由螺母 (Nut M8×1.25)鎖緊固定在防松墊片上，另一端由安裝在正時(shí)齒輪箱殼的惰齒輪座3來(lái)牢固支撐，并由油孔螺栓1注入滑油。

惰齒輪軸是正時(shí)齒輪傳動(dòng)的關(guān)鍵和保證，除維系惰齒輪外，還承受著兩對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)產(chǎn)生的推力，以及由此而產(chǎn)生的剪切力，當(dāng)然還有機(jī)體固有的震動(dòng)。從拆下的惰齒輪軸來(lái)看，鎖緊螺栓5的防松僅靠墊片簡(jiǎn)單地折邊，螺母6卻毫無(wú)防松措施。

柴油機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的震動(dòng)。當(dāng)功率不平衡、軸承間隙變大等引起震動(dòng)加劇，在長(zhǎng)期作用下，使惰齒輪軸防松裝置逐漸失效，導(dǎo)致螺栓5逐漸松動(dòng)，引起防松墊片松動(dòng)而不斷劇烈震動(dòng)，也使得螺尾錐銷的螺母6逐步松動(dòng)并最終脫落。

惰齒輪軸和防松墊片一旦產(chǎn)生震動(dòng)，就使螺尾錐銷不斷被剪切，長(zhǎng)期作用的結(jié)果終使其頭部圓柱體被磨切分?jǐn)喽袈涞蕉椠X輪2#上，并被高速傳動(dòng)的齒輪壓扁，從而引起嚙合齒輪的損傷。而錐銷插埋在機(jī)體上的頭部尚斷留在其孔洞里，最細(xì)的螺尾頸部 (D5.8)更是早被防松墊片劇烈的來(lái)回震動(dòng)而生生切斷。

上述現(xiàn)象的存在，終使惰齒輪軸不緊湊，嚙合間隙變大，運(yùn)轉(zhuǎn)聲音變大，震動(dòng)加劇，由此形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致故障發(fā)生。

5 故障原因

早期那次拆檢未按要求進(jìn)行或有所忽略而留下隱患，惰齒輪軸防松裝置設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，甚至不合理，保險(xiǎn)系數(shù)不夠。

1)螺尾錐銷的作用是為惰齒輪軸定位，應(yīng)有足夠的防范措施來(lái)保證。一是防松墊片上留有的孔過(guò)大，該孔應(yīng)是10 mm＞D＞8 mm，并以稍大于8 mm為宜，這樣即使螺母6松脫，也不至于讓螺尾錐銷輕易掉出;二是螺母6要有有效的防松措施，對(duì)螺栓5的防松不夠。

2)整機(jī)設(shè)計(jì)欠缺，沒有留有正時(shí)齒輪室檢修的空間。尤其是常規(guī)例檢太麻煩，僅能從No.6缸主軸承撐桿空隙來(lái)觀察，且受限制太多，也無(wú)法看到齒輪的嚙合處，因而這一重要工作很容易地被疏忽甚至廢棄。

3)輪機(jī)管理人員重視不夠，使用說(shuō)明書之維護(hù)保養(yǎng)“正時(shí)齒輪2年拆檢一次，檢查齒面并作比色檢查”的要求形同虛設(shè)。

6 故障排除

用1 mm厚薄鋼板做惰齒輪軸的防松墊片。螺母6及螺栓5采用鉆孔鋼絲“8”字串聯(lián)在一起和墊片折邊貼緊兩種防松措施。

惰齒輪2#及凸輪經(jīng)精密修銼后，傳動(dòng)正常。檢查齒隙正常、齒間嚙合情況良好，考慮傳動(dòng)摩擦副的配合及經(jīng)濟(jì)性，決定仍然繼續(xù)使用。裝配時(shí)絕不改變凸輪軸與曲軸的相對(duì)位置。需做一把由三角鍥塊焊接加長(zhǎng)鐵桿的專用工具來(lái)頂回那只飛輪螺栓。

圖5 惰齒輪軸修理示意圖

7 若干建議

1)管理大發(fā)柴油機(jī)一定要細(xì)致認(rèn)真，嚴(yán)格要求，不抱僥幸心理，不放過(guò)任何異常。事發(fā)前端蓋螺絲松動(dòng)，滑油外泄飛濺，實(shí)際就是故障征兆，但重視不夠，沒有作更細(xì)致深入的檢查。望同仁引以為戒、提高警惕。

2)雖然難以做到拆下正時(shí)齒輪箱殼來(lái)檢查齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，但只要認(rèn)真對(duì)待，在每次內(nèi)部例檢中從第6缸位盤車仔細(xì)檢查齒輪接觸面還是可以做到的，建議至少每3個(gè)月檢查一次。

3)保持良好工況，更重要是功率平衡，減少震動(dòng)。運(yùn)行中經(jīng)常傾聽聲音是很有必要的，在機(jī)房對(duì)于逐漸而緩慢變差的聲音有時(shí)是難以察覺，當(dāng)時(shí)聽該機(jī)的聲音之所以無(wú)覺不妥，其實(shí)是習(xí)慣和錯(cuò)覺的延續(xù)，現(xiàn)在聽之方知差別。

4)船舶上備一套正時(shí)齒輪機(jī)構(gòu)備件。

5)對(duì)正在大修或廠修的機(jī)器，不妨增加正時(shí)齒輪的檢修。

8 結(jié)語(yǔ)

筆者從事船舶輪機(jī)管理十幾年，很少碰到正時(shí)齒輪故障，管理大發(fā)柴油機(jī)以來(lái)也是第一次打開箱殼檢修正時(shí)齒輪，難免對(duì)其結(jié)構(gòu)理解不足、故障判斷分析存在偏差。故障的根源，也許就是該機(jī)自身的隱疾。待日后同行們有機(jī)會(huì)再對(duì)此作拆檢時(shí)，不妨參照并找出共異性，不吝勘誤指正。