某型柴油機出油短管磨損原因分析及改進

劉　瀟

(遼寧省公安邊防總隊 海警第三支隊，遼寧 葫蘆島　125000)

某型柴油機與離合器(齒輪箱)采取一體化設(shè)計，用作高速艇主機。其連接曲軸與離合器主軸油道的出油短管經(jīng)常發(fā)生磨損掉落故障，造成柴油機滑油壓力下降而不能工作,嚴重時導(dǎo)致主軸承和連桿軸承燒損。故障有比較明顯的特點,即柴油機在寒冷地區(qū)和冬季使用，或柴油機頻繁啟動、換向和停車，故障容易發(fā)生。修理中也能經(jīng)常能看到出油短管軸肩的磨損現(xiàn)象，磨損程度大小不一，嚴重時整個軸肩都磨掉了，出油短管掉落在離合器主軸油道內(nèi)。

1　油道連接結(jié)構(gòu)與工作原理

出油短管是該柴油機曲軸連接離合器主軸的一個零件，其作用是從曲軸油道向離合器輸送潤滑油，油道連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

按照設(shè)計要求，當(dāng)柴油機啟動運轉(zhuǎn)時，出油短管在曲軸油道內(nèi)滑油壓力的作用下，軸肩緊貼曲軸頸蓋密封端面，依靠兩者之間摩擦力驅(qū)動出油短管作同步運轉(zhuǎn)。離合器工作有3種工況：即空車、正車和倒車。當(dāng)柴油機空車或倒車工作時，曲軸正向轉(zhuǎn)動，離合器主軸不轉(zhuǎn)動或反向轉(zhuǎn)動，當(dāng)柴油機正車工作時，離合器主軸正向轉(zhuǎn)動。而無論離合器處于何種工況，出油短管應(yīng)始終與主軸頸蓋同步轉(zhuǎn)動，之間不允許存在相對運動和摩擦。但實際上出于各種原因出油短管有時與離合器主軸同步，而與主軸頸蓋作相對轉(zhuǎn)動，使出油短管軸肩與主軸頸蓋密封端面相互磨擦，致使出油短管軸肩磨損。出油短管軸肩設(shè)計長度為8 mm，磨損后軸肩長度漸漸縮短，最終整個軸肩被磨掉，使出油短管在油壓的作用下掉入離合器主軸內(nèi)，工作主軸頸蓋內(nèi)孔失去密封，大量滑油從此孔泄出，造成柴油機滑油壓力嚴重下降。而奇怪的是對應(yīng)的主軸頸蓋(硬鋁)密封端面磨損輕微，不曾有損壞。

2　原因分析

如上所述，出油短管軸肩異常磨損主要是出油短管與主軸頸蓋產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動引起的。對于產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動的原因分析有以下3個原因。

2.1設(shè)計方面

柴油機不同工況工作時出油短管最多受3個力，即軸肩密封端面摩擦阻力，襯套內(nèi)孔和主軸頸蓋內(nèi)孔對出油短管的間隙阻力，以及出油短管自身的慣性力。工作時出油短管與兩內(nèi)孔配合之間充滿了潤滑油，如果兩內(nèi)孔同軸，間隙阻力就是指油隙形成的阻力。因為兩內(nèi)孔配合間隙相同，配合長度也大致相同，其間隙阻力的絕對值基本相同。間隙阻力要遠小于密封端面摩擦阻力。

柴油機工作時的工況，對應(yīng)出油短管有5種工作狀態(tài)。

1)空車啟動。該柴油機啟動轉(zhuǎn)速750 r/min，啟動時間約5 s?？哲噯铀查g出油短管主要受密封端面摩擦阻力，兩內(nèi)孔間隙阻力方向相反可相互抵消。經(jīng)計算，啟動瞬間密封端面摩擦阻力小于出油短管慣性力。特別是冬季啟動，滑油溫度較低黏度較大，再加上此處為滑油供油末端，啟動瞬間未能建立應(yīng)有的滑油壓力，端面摩擦阻力變小。所以在啟動瞬間出油短管與主軸頸蓋之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動和摩擦，產(chǎn)生磨損。

2)空車運轉(zhuǎn)。柴油機啟動后空車運轉(zhuǎn)，出油短管在油壓作用下壓緊在密封端面上，形成較大的靜摩擦力，并克服離合器主軸襯套對出油短管的油隙阻力，使出油短管隨主軸頸蓋同步轉(zhuǎn)動，之間無相對運動和摩擦，不產(chǎn)生磨損。

3)正車運轉(zhuǎn)。柴油機正車運轉(zhuǎn)時，出油短管隨主軸頸蓋和離合器主軸一起同步轉(zhuǎn)動，方向一致，也不產(chǎn)生磨損。

4)倒車運轉(zhuǎn)。柴油機倒車運轉(zhuǎn)時，出油短管在密封端面靜摩擦力驅(qū)動下克服離合器主軸襯套對出油短管的油隙阻力，隨主軸頸蓋同步轉(zhuǎn)動，不產(chǎn)生磨損。但如果某種原因使出油短管與離合器主軸襯套卡住，則出油短管與主軸頸蓋之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動和摩擦，產(chǎn)生磨損。

5)停車。該柴油機轉(zhuǎn)速要降至750 r/min才能停車，停車時間約3 s，在停車瞬間，出油短管的慣性力要大于密封端面摩擦驅(qū)動力，方向相反。所以在停車瞬間出油短管與主軸頸蓋存在相對轉(zhuǎn)動和摩擦，產(chǎn)生磨損。

以上分析說明，正常情況下柴油機在啟動和停車瞬間，以及寒冷天氣倒車時，出油短管與主軸頸蓋存在相對運動和摩擦，會產(chǎn)生磨損。

2.2修理安裝方面

機器在修理裝配過程中，有些環(huán)節(jié)不注意會使出油短管與離合器主軸襯套內(nèi)孔配合產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象，甚至卡住不動，使得出油短管與主軸頸蓋出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，造成出油短管軸肩磨損，修理中多次發(fā)現(xiàn)這種情況，具體如下。

1)在柴油機與離合器對裝過程中，由于離合器固定殼體調(diào)整不當(dāng)，與傳動機構(gòu)不同軸，裝配時易把出油短管蹩彎，出油短管就卡在離合器主軸襯套內(nèi)。

2)離合器主軸的支撐軸承間隙偏大，造成離合器與柴油機裝配后兩軸線不同軸，同樣使出油短管卡在離合器主軸襯套內(nèi)。

3)離合器主軸襯套內(nèi)孔如果有損傷，也能使出油短管卡住。

2.3使用管理方面

通過對這一型柴油機出油短管故障進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)故障機在使用管理上有如下特點。

1)頻繁啟動和停車。如某艇為訓(xùn)練用艇，主要用于考核艇長，長時間作靠離碼頭訓(xùn)練，頻繁進行啟動、換向和停車。前面分析提到頻繁啟動停車容易使出油短管軸肩磨損。

2)倒車使用時間相對較長。如某艇所停泊碼頭特殊，靠離碼頭要長時間使用倒車。前面分析提到，如果裝配不當(dāng)出油短管在離合器主軸襯套內(nèi)卡住，倒車使用時間越長出油短管磨損越快。

3)艦艇所在地區(qū)主要集中在北方，由于冬天環(huán)境溫度較低，導(dǎo)致滑油溫度較低黏度較大，啟動和停車時出油短管密封端面摩擦阻力小于慣性力，致使出油短管與主軸頸蓋之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動和摩擦，氣溫越低磨損越大。

3　改進措施

3.1結(jié)構(gòu)改進

1)為避免出油短管在離合器主軸襯套中卡住，適當(dāng)增大出油短管與襯套的間隙，從原來的0.10～0.17 mm增大到0.20～0.27 mm，襯套內(nèi)孔尺寸不變，將出油短管伸入襯套內(nèi)這一段外徑縮小0.10 mm，見圖2。

圖2　改進后曲軸與離合器主軸油道連接結(jié)構(gòu)

2)適當(dāng)減少出油短管與主軸頸蓋密封端面的比壓，以減輕出油短管軸肩磨損。方法是將出油短管軸肩直徑從16 mm增大到20 mm，接觸面積增加了80%。

3)適當(dāng)增加出油短管與主軸頸蓋之間的油隙阻力，減少兩者之間相對轉(zhuǎn)動的傾向。方法是延長兩者之間軸向配合長度，主軸頸蓋直徑12 mm內(nèi)孔長度從7 mm延長到9 mm，并新增直徑20 mm軸向長度5 mm的內(nèi)孔，將出油短管軸肩部分包容起來，以增加油隙阻力。

3.2修理和安裝措施

1)裝配前仔細測量和檢查出油短管、主軸頸蓋和離合器主軸襯套，確保各零件清潔無損傷，離合器主軸襯套內(nèi)孔無缺陷，各配合尺寸符合規(guī)定要求。

2)離合器與柴油機對裝前，殼體與正車鼓之間用塞尺測量四周間隙，間隙差小于0.05 mm，并用支撐螺釘支撐固定，以保證對裝時兩者同軸度，避免出油短管被蹩彎。

3)修理過程中仔細測量和檢查離合器輸出軸及支撐軸承等零部件的磨損情況，超出修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的換新或修理，以保證工作時離合器主軸與柴油機曲軸的同軸度。

4　改進效果

通過對出油短管等零件做上述結(jié)構(gòu)改進，并在修理中采取有效措施，該型柴油機出油短管磨損斷掉問題得到了有效解決。改進后經(jīng)過2年多時間和近1 200 h的使用，出油短管基本無磨損，提高了該型柴油機的使用可靠性。