6DK-36L型柴油機(jī)曲軸常見故障原因分析及解決方案

摘要：曲柄連桿機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)件，它可以把燃料燃燒產(chǎn)生的能量，通過活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪轉(zhuǎn)變成機(jī)械能傳遞出去。其中曲軸起著至關(guān)重要的作用，曲軸將所有的運(yùn)動(dòng)部件連接到一起，受力相當(dāng)復(fù)雜。并且對(duì)于一臺(tái)柴油機(jī)來說曲軸的價(jià)值占比常高達(dá)整臺(tái)柴油機(jī)的1/3。而平時(shí)對(duì)曲軸的維護(hù)和檢查及修理相當(dāng)困難，修理所需的費(fèi)用和所需要的時(shí)間非常大，下面介紹兩種關(guān)于日本大發(fā)6DK-36機(jī)型出現(xiàn)的故障及現(xiàn)象，原因分析及解決方案。

關(guān)鍵詞：輪機(jī)工程;故障解決方案;檢查修理;曲軸;柴油機(jī);運(yùn)動(dòng)件;受力

1 ?6DK-36L型柴油機(jī)概述

天驊船2臺(tái)艙內(nèi)泵柴油機(jī)是日本大發(fā)柴油機(jī)，型號(hào)：6DK-36（L），汽缸數(shù)：6，缸徑：360mm，行程：480mm，發(fā)火順序：1-3-5-6-4-2，額定功率：3310kW，額定轉(zhuǎn)速：600rpm，噴油提前角：12°，噴油器噴射壓力：343kgf，最大爆發(fā)壓力：15.7MPa，汽缸安全閥起跳壓力：19.2MPa，進(jìn)排氣閥間隙：0.7mm（冷態(tài)），臨界轉(zhuǎn)速：350rpm，此款柴油機(jī)工作穩(wěn)定，性能出色。但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用，發(fā)現(xiàn)其曲軸會(huì)出現(xiàn)部分問題，如果未及時(shí)修復(fù)，易導(dǎo)致嚴(yán)重船機(jī)故障。

2 ?6DK-36L型柴油機(jī)曲軸常見故障一

2.1 曲柄銷尺寸發(fā)生異常變化

6DK-36L型柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使用到一個(gè)大修周期（16000-24000小時(shí)）時(shí)，一定要仔細(xì)測(cè)量柴油機(jī)曲柄銷的尺寸，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)使用到第二個(gè)大修周期時(shí)，曲柄銷的受力是比較復(fù)雜的，所以曲柄銷的尺寸更容易出現(xiàn)異常變化;然而是否百分之百在第二個(gè)大修運(yùn)轉(zhuǎn)周期會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，這需要根據(jù)柴油機(jī)的日常使用情況以及平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)情況來具體看待，但本人經(jīng)歷過的以及同行業(yè)同類型船舶的同種機(jī)型在第二個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)尺寸變化的情況是比較多的。

這種尺寸變化的現(xiàn)象是曲柄銷中間部分（5至10cm左右寬度范圍）在360度圓周內(nèi)某些位置會(huì)有突起形成凸點(diǎn)，變化的范圍是不規(guī)律的，主要集中在曲軸油孔兩側(cè)30°的圓周范圍內(nèi)。

然而對(duì)于主軸頸來說，一般的大修是無法測(cè)量主軸頸的尺寸的，只能等到曲軸出倉，進(jìn)廠的時(shí)候才能進(jìn)行更專業(yè)、更細(xì)致的檢測(cè)。

根據(jù)日本大發(fā)柴油機(jī)說明書的要求軸的表面是不允許有任何的毛刺、裂紋、劃痕、光潔度要好，并且整段曲柄銷的尺寸要均勻不能出現(xiàn)非正常的變化。雖然6DK-36L型柴油機(jī)只有6個(gè)缸，體積大，但其對(duì)于技術(shù)精度要求極高，曲柄銷這種尺寸的變化是大發(fā)機(jī)說明書中嚴(yán)格禁止的，如果曲柄銷中部某些位置直徑的變化出現(xiàn)了正值的情況或者直徑有變大的趨勢(shì)，必須采取修理措施。如若不采取修理措施，也許當(dāng)時(shí)柴油機(jī)未立即出現(xiàn)問題，但隨著柴油機(jī)的使用會(huì)有很大幾率出現(xiàn)抱瓦的情況，因?yàn)樵谠?jīng)的使用經(jīng)驗(yàn)中發(fā)生過數(shù)次這樣的故障并導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果。

2.2 曲柄銷出現(xiàn)高點(diǎn)原因分析

再優(yōu)秀的東西也會(huì)有缺點(diǎn)，這款柴油機(jī)也不例外。曲軸對(duì)于柴油機(jī)來說是至關(guān)重要的，曲軸的受力非常復(fù)雜。

2.2.1 曲軸受力

曲軸在周期性變化的氣體壓力、運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力及其力矩的作用下工作，在其內(nèi)部產(chǎn)生迅速變化的拉、壓、彎、扭交變應(yīng)力。

2.2.2 單個(gè)曲柄上所受的外力

①由氣體力和活塞連桿組往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力所產(chǎn)生的法向力和切向力。②連桿大端回轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力及曲柄銷離心力，曲臂不平衡離心力。③平衡重的離心力。④主軸承支座處曲柄平面內(nèi)的支反力（由法向力引起）。⑤主軸承支座處與曲柄平面相垂直的支反力（由切向力引起）。⑥由前面氣缸傳來的扭矩。⑦由本曲柄后面的曲柄傳來的反作用力矩。

2.2.3 由于振動(dòng)而產(chǎn)生的附加應(yīng)力

曲軸的各種振動(dòng)除了產(chǎn)生附加振動(dòng)應(yīng)力，影響曲軸強(qiáng)度外，還影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的其它工作性能，因此，在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，力爭(zhēng)使曲軸有較大的剛度、較小的慣量、盡量短的長(zhǎng)度，避免在工作轉(zhuǎn)速中出現(xiàn)共振是非常重要的。

2.2.4 曲軸的應(yīng)力分布和應(yīng)力集中

曲軸由于橫截面沿軸線方向的急劇變化，以及外力的作用、分布不均勻等，都將使曲軸過渡圓角區(qū)及潤(rùn)滑油孔周圍產(chǎn)生高度的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

應(yīng)力集中是曲軸破壞的主要原因，疲勞裂紋的發(fā)源地大部分產(chǎn)生在應(yīng)力集中最嚴(yán)重的過渡圓角和油孔處。要避免疲勞破壞，設(shè)計(jì)者必須精心設(shè)計(jì)曲柄的形狀，采用足夠粗的曲柄銷和主軸頸，足夠厚的曲柄臂，選用適當(dāng)?shù)牟牧?，油孔和圓角的尺寸要適當(dāng)，加工要細(xì)致光潔以及采取必要的強(qiáng)化工藝等措施來提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。以上的曲軸受力是柴油機(jī)所面臨的通用受力，但受力后每種柴油機(jī)所表現(xiàn)出的問題是不一樣的。對(duì)于6DK-36L柴油機(jī)來說，根據(jù)它自身的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品材料、安裝工藝等方面特性就出現(xiàn)了曲柄銷產(chǎn)生變形的情況。

2.3 曲柄銷問題解決方案一

按照如下步驟邀請(qǐng)大發(fā)機(jī)工程師上船修理曲軸，或者是修理該種曲軸非常專業(yè)的廠家。

2.3.1 檢查部位

曲軸軸頸也能產(chǎn)生微小的不均勻，但再常規(guī)保養(yǎng)中無法修正，所以當(dāng)大修吊缸時(shí)，應(yīng)按同樣程序檢查曲柄銷軸。（圖1）

2.3.2 檢查不均勻位置和數(shù)量

在檢查工具上涂薄薄的紅丹漆，在曲軸軸承部位前后移動(dòng)檢查工具，檢查均勻度。（使用直行刀具等作為檢查工具）（圖2）

2.3.3 修復(fù)過程（圖3）

2.3.4 確認(rèn)

①根據(jù)檢查程序第一步，檢查所有曲柄銷軸周圍的不均勻被正確修正。②最終確認(rèn)。

2.4 曲柄銷問題解決方案二

照以上步驟將曲柄銷修理到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值后，連桿瓦最好更換新的結(jié)構(gòu)的連桿瓦，此方案是配合方案一衍生出來的解決方案，是為了保證即使柴油機(jī)在沒有大修和檢查的情況下，曲柄銷出現(xiàn)了高點(diǎn)的時(shí)候也不會(huì)改變油隙，不會(huì)出現(xiàn)抱瓦、燒瓦的情況。

老樣式的連桿瓦下瓦只有兩側(cè)瓦口位置有油槽，這種結(jié)構(gòu)的瓦本身的材質(zhì)、制造工藝、結(jié)構(gòu)是沒有問題的，但一旦曲柄銷中部尺寸發(fā)生變化出現(xiàn)高點(diǎn)，造成油隙變小，就極有可能出現(xiàn)抱瓦的現(xiàn)象。

新式瓦結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，下瓦油槽是通槽，這樣就可以有效的避免了曲柄銷某些位置出現(xiàn)高點(diǎn)，抱瓦的危險(xiǎn)。

3 ?總結(jié)

①柴油機(jī)是每艘船舶的動(dòng)力來源，也是設(shè)備管理的重中之重，應(yīng)按照柴油機(jī)技術(shù)要求制定合理的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃并嚴(yán)格執(zhí)行。特別是與本文中同型號(hào)的柴油機(jī)更要嚴(yán)格按照說明書的要求定期安排檢查，曲軸橫動(dòng)量，拐檔差及彈性聯(lián)軸器。②針對(duì)不同的工程和施工工況，應(yīng)制定合適的施工方案，盡量避免柴油機(jī)負(fù)荷大幅度波動(dòng)，確保柴油機(jī)在相對(duì)穩(wěn)定的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，改善設(shè)備的工作環(huán)境。③文中同型號(hào)的柴油機(jī)在大修時(shí)，也須重點(diǎn)檢查主軸頸，必要時(shí)要將曲軸出倉進(jìn)廠檢查，主軸頸也會(huì)出現(xiàn)高點(diǎn)。④定期對(duì)柴油機(jī)及各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)分析。振動(dòng)檢測(cè)是一種設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，通過測(cè)量設(shè)備振動(dòng)頻譜、幅值等，判斷設(shè)備的振動(dòng)趨勢(shì)、各部件的工作狀態(tài)，為設(shè)備維修提供依據(jù)。⑤柴油機(jī)是船舶的心臟，只有管理好、使用好、保養(yǎng)好、才能保障船舶生產(chǎn)順利進(jìn)行、提高生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李斌.船舶柴油機(jī)[M].大連海事大學(xué)出版社，2014.

[2]日本大發(fā)柴油機(jī)株式會(huì)社，6DK-36柴油機(jī)操作使用說明書，2008.

作者簡(jiǎn)介：張仕田（1986-），男，天津人，助理工程師，?？疲芯糠较?yàn)椴裼蜋C(jī)曲軸常見故障原因分析及解決方案。