某拖船主機調(diào)速器換裝研究與實踐

李巖峰，孟繁強

(1.92896部隊保障部, 遼寧 旅順 116018；2.4808工廠威海修船廠, 山東 威海 264200)

1 問題提出

某拖船主機為6300ZC柴油機，已累計工作8 747 h。中修進廠前主機存在空車時轉(zhuǎn)速波動問題,修理中對可能造成柴油機轉(zhuǎn)速波動的燃油系統(tǒng)及調(diào)速器作了重點檢修。

修后進行系泊試驗，主機及調(diào)速器按要求調(diào)整至最佳狀態(tài),空車200 r/min時，轉(zhuǎn)速波動70～80 r/min；帶負荷400 r/min(70%槳葉角)時，轉(zhuǎn)速波動10～20 r/min。之后進行航行試驗，主機轉(zhuǎn)速400 r/min(20%～90%槳葉角)時，轉(zhuǎn)速波動小于10 r/min。

HJB310-2005《海軍艦艇6300型柴油機修理技術(shù)標準》對主機轉(zhuǎn)速波動規(guī)定：帶負荷運轉(zhuǎn)在持續(xù)功率及持續(xù)轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速的波動范圍不超過15 r/min，對空車轉(zhuǎn)速波動沒有提出要求。按照此標準，主機試驗結(jié)果符合要求。但由于該拖船使用比較特殊，使用條例規(guī)定主機需在空車200 r/min時暖機和便備，低速空車時，轉(zhuǎn)速波動將嚴重影響主機正常使用。為此，我們在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出并實施了主機調(diào)速器換裝,圓滿地解決了主機空車時轉(zhuǎn)速波動問題。

2 轉(zhuǎn)速波動問題調(diào)查

我國300系列柴油機有多個生產(chǎn)廠家，主要型號有6300和8300，分增壓和非增壓機型。該系列柴油機原配套調(diào)速器為YT170型，為一種全程式液壓調(diào)速器，本船主機配的也是此型調(diào)速器。該調(diào)速器在結(jié)構(gòu)上無剛性反饋機構(gòu)，穩(wěn)定調(diào)速率為0，其特點是調(diào)速靈敏度高，但轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差，尤其是在空車時轉(zhuǎn)速波動較大。根據(jù)修理經(jīng)驗，該型調(diào)速器使用時間越長，轉(zhuǎn)速波動問題越嚴重，經(jīng)過幾次修理后，調(diào)速器只能達到帶負荷時基本轉(zhuǎn)速不波動，無法保證空車時轉(zhuǎn)速不波動。HJB310-2005《海軍艦艇6300型柴油機修理技術(shù)標準》之所以沒對空車轉(zhuǎn)速波動提出要求，也是基于此特點。

隨著我國船舶柴油機的發(fā)展，300系列柴油機的這個問題得到了改進，就是將原配套的YT170型調(diào)速器改換為YT111G型調(diào)速器。YT111G型調(diào)速器也是一種全程式液壓調(diào)速器，其增加了一套剛性反饋機構(gòu)，實現(xiàn)了穩(wěn)定調(diào)速率在一定范圍內(nèi)可調(diào)。通常情況下，調(diào)速器穩(wěn)定調(diào)速率越大，穩(wěn)定性越好，而靈敏度越差。增加剛性反饋機構(gòu)實質(zhì)上是犧牲了一定的靈敏度，來彌補其穩(wěn)定性的不足。我們從調(diào)速器制造廠了解到，其后期生產(chǎn)的300系列柴油機，配套調(diào)速器均改型為YT111G型。也有的柴油機是在出廠后根據(jù)船東的要求作了換裝。我們曾對2艘某型漁船8300主機調(diào)速器進行了換裝，即把YT170型改為YT111G型，效果良好。

3 換裝初步方案

對300系列柴油機調(diào)速器換裝，需要做2方面的安裝接口調(diào)整：一是底座和齒輪傳動機構(gòu)；二是操作拉桿部件和油量拉桿部件。齒輪傳動機構(gòu)需要調(diào)整齒輪傳動比，適當提高調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速，因為YT111G型調(diào)速器的最低輸入轉(zhuǎn)速要比YT170型高一點。通過調(diào)研和分析，認為某廠換裝方案比較完整，技術(shù)上比較可靠成熟，且有換裝配件供應(yīng)。因此決定本船主機按照此方案換裝調(diào)速器，預(yù)期目標：各轉(zhuǎn)速下空車轉(zhuǎn)速波動低于20 r/min，帶負荷時轉(zhuǎn)速波動低于15 r/min。

1)方案具體內(nèi)容。

(1) 換裝所需配件。YT111G型調(diào)速器1臺，調(diào)速器底座及傳動傘齒輪1套，傳動圓柱齒輪1只，傳動傘齒輪1只，軸承座1套，調(diào)速器搖臂軸、緩沖筒及傳動杠桿1套。

(2)換裝主要工程。拆卸原有調(diào)速器、底座及傳動裝置；清潔并檢查確認原安裝位置完好；安裝換裝所需的齒輪傳動各零件，檢查傳動圓柱齒輪齒隙在0.08～0.20 mm，傳動傘齒輪齒隙在0.15～0.20 mm；安裝調(diào)速器，用手柄搖動檢查調(diào)速器靈活性；安裝花鍵軸連接桿及緩沖筒，連接調(diào)整傳動杠桿；安裝后進行系泊和試驗航行。

2)試驗情況。換裝后系泊試驗，調(diào)速器穩(wěn)定調(diào)速率調(diào)整在中間位置，針閥調(diào)整至最佳狀態(tài)，主機空車200 r/min時，轉(zhuǎn)速波動40～50 r/min ，油量拉桿有間歇性抖動現(xiàn)象，主機響聲雜亂，調(diào)速器工作油壓0.70 MPa，沒達到規(guī)定的0.80 MPa；主機空車250 r/min時，轉(zhuǎn)速波動約25 r/min，油量拉桿往復(fù)抖動均勻，主機工作響聲正常，調(diào)速器工作油壓0.80 MPa；主機空車300～400 r/min時，轉(zhuǎn)速波動10 r/min左右，其它情況均正常。當主機從高速降速至200 r/min時，由于油溫的升高，油壓降至0.60 MPa，主機轉(zhuǎn)速波動增大至約100 r/min。

3)換裝存在的問題。從試驗結(jié)果看，換裝后主機在空車轉(zhuǎn)速為250 r/min及以上時，轉(zhuǎn)速波動情況基本符合要求，但空車轉(zhuǎn)速為250 r/min以下時，轉(zhuǎn)速波動沒達到預(yù)期目標。另外，YT111G型調(diào)速器操作拉桿和油量拉桿與主機匹配稍有不足。

4)沒達到預(yù)期目標的原因分析。從現(xiàn)象看，低速時調(diào)速器工作油壓沒達到規(guī)定值0.80 MPa，說明調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速偏低。YT111G型調(diào)速器說明書規(guī)定，其工作轉(zhuǎn)速為600～1 500 r/min，工作油壓0.75～0.85 MPa。原YT170型調(diào)速器與柴油機傳動比是1∶2.6， YT111G型調(diào)速器傳動比是1∶2.8。經(jīng)計算，當主機轉(zhuǎn)速200 r/min時，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速560 r/min，沒有達到其最低輸入轉(zhuǎn)速600 r/min的要求；當主機轉(zhuǎn)速400 r/min時，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速1 120 r/min，小于其最高輸入轉(zhuǎn)速1 500 r/min，符合要求。

由此得出，沒達到預(yù)期目標的原因是主機低速時,調(diào)速器轉(zhuǎn)速沒達到規(guī)定的輸入轉(zhuǎn)速，工作油壓不足，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動較大。上述情況并不說明該廠方案有問題，因為一般300系列柴油機啟動轉(zhuǎn)速設(shè)置在250 r/min或以上，工作轉(zhuǎn)速設(shè)置在300～450 r/min，在這一轉(zhuǎn)速區(qū)間調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速符合要求。而本船情況特殊, 其主機負載為變距槳，使用條例規(guī)定主機空車啟動和空車暖機轉(zhuǎn)速均為200 r/min，這才是問題所在。

4 換裝改進方案

由于上述問題，主機調(diào)速器換裝需要作出調(diào)整，有2個方案可選擇：一是重新設(shè)計制作傳動齒輪，將傳動比從1∶2.8調(diào)整到1∶3.2～1∶3.6，輸入轉(zhuǎn)速可達到640～720 r/min,滿足YT111G型調(diào)速器最低輸入轉(zhuǎn)速要求；二是重新選擇滿足相關(guān)要求的調(diào)速器。根據(jù)多年修理經(jīng)驗，經(jīng)綜合考慮技術(shù)可行性、工程量，以及修后保障等因素，認為改用TH-5型調(diào)速器能解決上述各種問題。

1)改用TH-5型調(diào)速器的可行性及優(yōu)點。TH-5型調(diào)速器是YT111G型調(diào)速器的升級改進型，兩者的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)參數(shù)基本一致，而且TH-5型調(diào)速器是軍品，是專門為某系列船主機研發(fā)的調(diào)速器，不僅設(shè)計更加完善，性能和質(zhì)量也更加可靠。TH-5型調(diào)速器工作轉(zhuǎn)速范圍380～1 140 r/min，如果仍保持傳動比為1∶2.8，當主機轉(zhuǎn)速 200 r/min 時，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速560 r/min，大于最低輸入轉(zhuǎn)速380 r/min；當主機轉(zhuǎn)速400 r/min時，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速1 120 r/min，小于最高輸入轉(zhuǎn)速1 140 r/min，最低和最高轉(zhuǎn)速均滿足要求。兩型調(diào)速器性能參數(shù)對比見表1。

表1 YT111G型和TH-5型調(diào)速器性能參數(shù)對比

在操縱拉桿和油量拉桿匹配方面，TH-5型調(diào)速器輸入端花鍵軸位置位于調(diào)速器內(nèi)側(cè)上端，輸出端花鍵軸位置位于調(diào)速器一側(cè)下端，分屬兩側(cè)(90°相鄰兩面)上下端，與主機原操縱控制部件連接和油泵齒條控制連接空間設(shè)計相符，不僅消除了空間上的相互干涉，而且提供了減小花鍵軸連接桿長度(縮短力臂)，增強其強度。

在換裝工程量方面，在原換裝YT111G型調(diào)速器基礎(chǔ)上改進為TH-5型調(diào)速器，可仍使用YT111G型調(diào)速器的底座和傳動齒輪等，僅需將TH-5型調(diào)速器傳動軸更換為YT111G型調(diào)速器傳動軸后即可安裝。

在質(zhì)量、可靠性和修后保障方面，工廠庫存有充足的TH-5型調(diào)速器總成和備品備件，同時修理設(shè)備完善、修理經(jīng)驗豐富，可確保換裝調(diào)速器質(zhì)量穩(wěn)定和性能可靠，并為其做全壽命保障服務(wù)。

2)換裝改進方案的主要工程。拆卸YT111G型調(diào)速器，保留調(diào)速器傳動機構(gòu)和底座；將TH-5型調(diào)速器傳動軸更換為YT111G型調(diào)速器傳動軸，然后安裝調(diào)速器，用手柄搖動檢查調(diào)速器靈活性；操作拉桿部件和油量拉桿部件作相應(yīng)調(diào)整和安裝。安裝后進行系泊和航行試驗。

3)改進方案的試驗及結(jié)果。碼頭系泊試驗，主機調(diào)速器穩(wěn)定調(diào)速率調(diào)整在中間位置，針閥調(diào)整至最佳狀態(tài)，空車200 r/min時,轉(zhuǎn)速波動15 r/min以內(nèi);空車300～400 r/min時,轉(zhuǎn)速波動10 r/min以內(nèi)。在各轉(zhuǎn)速下帶負荷(20%～80%槳葉角)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速波動均在10 r/min以內(nèi)。航行試驗,主機帶負荷(20%～80%槳葉角)400 r/min時，轉(zhuǎn)速波動均在10 r/min以內(nèi)。

上述試驗結(jié)果完全達到預(yù)期目標，既符合本拖船使用要求，也符合海軍修理技術(shù)標準的要求。

5 結(jié)束語

某拖船主機轉(zhuǎn)速波動問題屬于300系列柴油機的共性問題，將主機調(diào)速器由YT170型換裝為YT111G型，是目前解決該系列柴油機轉(zhuǎn)速波動問題的通用方法，并且有換裝配件供應(yīng)。但由于本拖船用途特殊，主機使用轉(zhuǎn)速范圍大，低速時輸入轉(zhuǎn)速不符合要求，因而低速空車時,轉(zhuǎn)速波動沒達到預(yù)期目標。然后進一步研究改用機芯與YT111G型調(diào)速器基本相同的軍品TH-5型調(diào)速器，不但解決了輸入轉(zhuǎn)速匹配問題，而且與主機的操作系統(tǒng)和油量控制系統(tǒng)匹配更加順暢，調(diào)速性能和質(zhì)量更加可靠，修后保障更有保證，圓滿地解決了本拖船主機空車轉(zhuǎn)速波動問題。