主機曲軸紅套滑移校正實例

徐永康 朱仕梁 楊國建

【摘 要】本文闡述了現(xiàn)場曲軸紅套滑移校正的技術要點：冷卻軸頸、加熱曲柄臂、迅速拉開兩者之間的溫差使紅套部位產生一定間隙，然后用液壓千斤頂加壓使滑移復位。同時分析和計算滑移校正的溫度和驗證力。

【關鍵詞】現(xiàn)場；曲軸；紅套滑移校正；技術

一、簡介

我廠接到某船公司請求，要求解決該公司某3萬噸貨輪6RTA52主機（N=7980kw n=126rpm主軸徑Φ560mm行程1800mm）曲軸No.6缸Φ560mm主軸徑與曲柄臂處紅套滑移約120，嚴重影響船舶正常航行。鑒于船公司對我廠的信任，考慮到該工程具有一定的難度和復雜性，我廠立即成立以技術工藝室為主的技術攻關小組。

主機曲軸紅套滑移校正工程是修船行業(yè)技術難度高，風險大的項目。我廠堅持為船東排憂解難的宗旨，為提高修船素質，創(chuàng)立修船行業(yè)品牌，樹立船廠現(xiàn)代修船企業(yè)的形象。

二、課題分析

大型船舶主機是船舶的心臟，但因體積、重量巨大，不便解體等因素，曲軸滑移修復工作只能在狹小的機座與機架內進行?，F(xiàn)場環(huán)境決定了作業(yè)條件差，造成工具的安裝、人員施展的不便和增加難度。

曲軸與曲柄臂紅套設計計算過盈量約為1mm左右，加上套合間隙約0.5-1mm，故在紅套時曲軸與曲柄臂的溫差在約1500C -2000C。紅套時可僅加溫曲柄臂，曲軸可維持室溫，等兩物溫差達標后，進行套合。而本課題是曲軸與曲柄臂已結合，加溫曲柄臂勢必傳給曲軸，難以拉開溫差。如何解決迅速拉開溫差和時間掌握分寸是較大問題。

曲軸與曲柄臂的抱合力很大，要恢復滑移必然要有相對運動。在沒完全消除抱合力情況下，用外力強制轉動，配合面拉毛咬死的風險很大。消除過盈，控制外力，防止配合面拉毛咬死的風險是關鍵。

在狹窄的機座內固定曲軸，安置液動高壓油泵轉動曲柄，選擇有足夠強度的受力點，也是課題的重點。

三、溫度和驗證力計算：

1.曲軸紅套過盈量δ=（0.0014-0.0018）d，d為紅套處直徑。本船紅套直徑Φ560mm，δ=0.784-1.008mm。

紅套溫度計算：

[℃]

其中：T——紅套溫度[℃]

Δd——孔徑增大值， 1mm。

а----材料線膨漲系數(shù)，碳鋼=12x10-6/℃

d-----紅套配合直徑Ф560mm。

實際考慮紅套時是需要將孔徑再增加0.5-1mm的間隙，即溫度在225-2900C。同樣在考慮滑移復位時也要考慮軸與孔完全脫離，即有一定間隙，防止轉動時咬死。鋼質材料在3000C左右還遠低于其相變溫度，因此是安全的。

2.曲軸滑移復位后的驗證力的計算

（1）按最大連續(xù)功率計算

效用試驗，按船舶最大連續(xù)功率及轉速時的扭矩，加安全系數(shù)，作為試驗扭矩。試驗按試驗扭矩除以力臂長度得出受力，用千斤頂試驗。

M=97360 kg.cm=6166133kg.cm

其中：M------扭矩，kg.cm

N-------最大連續(xù)功率，7980kw

n-------最大連續(xù)功率時轉速，126rpm

試驗扭矩按1.43安全系數(shù)

M試=6166133x1.43=8817570kg.cm

力臂L按900mm=90cm

F==97973kg=～100噸

主要用于老舊船主機維持營運驗證。

（2）按厚壁圓筒過盈內壓力公式計算：

①根據(jù)厚壁圓筒公式對過盈量的推導和廣義虎克定律

δ= Pd1（C1/E1+ C2/E2） （1）

P=δ/d1（C1/E1+ C2/E2） （2）

其中： P-內壓力 ， kg/mm2

δ-徑向位移量，0.782mm

d1-配合面直徑，560 mm

E1-軸材料彈性模數(shù)，2.06x108 kg/mm2

E2-殼材料彈性模數(shù)，同E1，kg/mm2

C1-軸剛性系數(shù)

C2-殼剛性系數(shù)

其中： K1=d0/d1 K2=d1/d2

d0- 軸中孔直徑，0（mm） u1- 軸材料泊松比，0.30

d1- 配合面直徑，560（mm） u2- 殼材料泊松比，0.30

d2- 殼平均外徑，1110（mm）

②按內壓力P和接觸表面積，計算抱合力矩：

Mmin=2л（d/2）2hPf=2x3.14x（56/2）2x25.2x1081x0.16=21459614kg.cm

其中：h---套合長度，取曲柄臂厚度 25.2 cm；

f---鋼與鋼的干摩擦系數(shù)，取0.16

③試驗扭矩按最小扭矩除抗扭安全系數(shù)得出：

M≤Mmin/n=21459614/1.43=15006724kg.cm

其中：n---抗扭安全系數(shù)，取1.43；

④按抱合力矩和力臂可計算校正頂力

F=M/L=15006724/90=166741kg=167噸

其中：L---力臂取900mm.

四、可行性分析和工藝措施

1.根據(jù)對本主機現(xiàn)場觀察，狹小的機座在轉到某個角度，人可進入安放工夾具，但在高溫時人絕對不能在機座內。因此，加溫作業(yè)前必須清油、測爆。加溫的烘槍必需遠距離操作，高壓油泵也應引出操作。

圖1

2.雖然曲軸徑與曲柄臂孔在加工時精度和光潔度很高，且軸徑為鍛件，曲柄臂為鑄件材料相差較多，不易產生咬傷。但如在過盈情況下硬頂轉仍將會產生咬傷、拉毛。減少曲軸徑與曲柄臂的配合面拉毛、咬死風險的關鍵是在頂力轉動配合面時，該配合面應基本無過盈量，抱合力基本呈零狀態(tài)，僅剩工件重量產生的磨擦力。要使配合面基本無過盈量，必須使曲軸徑與曲柄臂兩者的溫差達到計算值，即3000C以上。而本課題是曲軸與曲柄臂已結合，加溫曲柄臂勢必傳給曲軸，難以拉開溫差。解決迅速拉開溫差的措施是選擇熱值高的軟火氧-丙烷噴槍，在各個角度全方位，高強度快速進行加溫，以迅速拉大曲軸與曲柄臂的溫差。同時先采用干冰冷卻軸。設計干冰箱，用人工不斷加干冰，按時間長短，可使軸達到零下20-400C。但須要采取一些隔熱等措施。 （如圖1）

3.為掌握加溫的規(guī)律，先用氧-丙烷噴槍做模擬加溫試驗，基本掌握同等厚度鋼材加溫的時間-溫度曲線，噴槍離工件的最佳距離等特點。用點溫計監(jiān)控主軸徑的溫度，達到零下20度后，用6—8支丙烷氧氣烘槍對滑移曲柄臂進行全方位的加熱，迅速提升曲臂的溫度。用溫度計監(jiān)控溫度，達到軸與臂溫差在3000C左右。這時軸與軸套應已脫離約有1mm間隙，可以進行校正。

圖2

4.（如圖2）當校正時，一側的曲軸必須固定不能轉動。且由于曲軸很長，必須考慮在校正位置的相鄰缸采取措施，用支撐頂住需校正相鄰缸的曲柄臂不讓曲軸轉動。在5缸與6缸間J6主軸徑上半部安裝壓蓋，內襯銅皮，并在空間放入干冰。壓蓋用原船液壓螺栓支撐，將曲軸壓緊，承受頂轉時的徑向力。而需校正的曲柄臂的轉動采用高壓油泵頂曲柄銷（須做假曲柄銷軸承），使其圍繞主軸徑回轉。經加熱曲軸徑與曲柄臂已脫離過盈，因此通常這力不需很大，予計在200-400噸，這與力臂長短和受力方向有關。經計算主軸到曲柄的距離為900mm時，當油泵要校正120滑移角度，需頂高185mm左右。因此油泵柱塞應能伸出大于200mm。

5.（如圖3）頂住曲柄臂，固定曲軸不讓轉動的支撐座和頂曲柄銷使其圍繞主軸徑轉動的高壓油泵底座必須在機座內找到有足夠強度的受力點，足以承受壓力，不能損傷結構。經觀測在主機底座內有二平臺，經評估其與周圍構件的焊接和支撐，平臺的30mm厚鋼板，足以承受壓力。在實際操作時，可用千分表對其變形量進行監(jiān)控。

圖3

6.啟動液壓油泵，轉動曲柄臂與軸的相對角度。先用電動泵，在轉動至對合線還差2—5mm時，用手動泵慢慢轉動，達到對合線位置。派有專人監(jiān)控對合線。

7.按修船標準組合式曲柄角度允差應不大于±30，制造標準為±15。當檢驗對合線位置為Φ560mm時，圓周線長記號應符合小于1.20mm （實測僅差0.20mm） 誤差要求后，讓溫度慢慢的冷卻至室溫。保持12—24小時，讓完全恢復彈性。

8.采用原安裝的裝備，僅去除低溫及加溫設施。用油泵加壓到檢測力，觀察紅套處有無滑動跡象。向檢驗員提交。

五、曲軸紅套滑移校正的效果：

通過技術攻關和施工隊的群策群力，各負其責。該輪主機曲軸紅套滑移校正工程圓滿成功。經船東、驗船師等見證，曲軸滑移完全恢復到原出廠記號，精度達到制造標準。經計算扭矩驗證和主機試車，完全達到驗收要求。目前該輪主機運轉正常。

參考文獻：

[1]船用柴油機曲軸修理技術要求 JT/T57-93

[2]機械設計手冊 第五版第2卷第4章“圓柱面過盈連接計算”（GB/T5371-2004）