某船推進(jìn)柴油機(jī)曲臂差調(diào)整關(guān)鍵技術(shù)

邵偉晨

(四八〇五工廠上海船廠 ，上海 200135)

推進(jìn)柴油機(jī)是船舶的主動(dòng)力裝置，曲軸又是柴油機(jī)的關(guān)鍵部件，也是柴油機(jī)中重要的部件。因此，曲軸工作的可靠性在很大程度上決定了船舶能否平穩(wěn)運(yùn)行。

曲軸臂距差(以下簡(jiǎn)稱曲臂差)反映了曲軸與軸系的軸線狀態(tài)和柴油機(jī)的主軸承負(fù)荷分布均勻情況。曲臂差偏差過(guò)大將導(dǎo)致曲軸的不均勻磨損，導(dǎo)致疲勞裂紋甚至斷裂。本文通過(guò)精確測(cè)量計(jì)算某船推進(jìn)柴油機(jī)曲臂差，分析曲臂差的變化情況，采取有效措施方法，調(diào)整曲臂差達(dá)到合理范圍內(nèi)，保證柴油機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定，確保船舶的安全航行。

1 曲臂差的測(cè)量

1.1 裝備介紹

某船主機(jī)是法國(guó)S.E.M.T設(shè)計(jì)的PA6系列柴油機(jī)，型號(hào)為16PA6V-280STC，額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min，凈質(zhì)量33 t。

本次高等級(jí)修理將柴油機(jī)和功率輸出傳動(dòng)件等裝置進(jìn)行了出艙大修，修后入船安裝需重新以齒輪箱為基準(zhǔn)點(diǎn)，按齒輪箱、萬(wàn)向聯(lián)軸器、中間支架、高彈聯(lián)軸器、主機(jī)的順序重新對(duì)中調(diào)整并連接。

1.2 儀器測(cè)量

根據(jù)《HHM PA6V-STC柴油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)說(shuō)明書(shū)》的要求，曲臂差是用專門(mén)的測(cè)量工具——甩檔表T042來(lái)測(cè)量的，甩檔表T042基準(zhǔn)長(zhǎng)度163 mm，質(zhì)量0.5 kg。曲臂差測(cè)量示意圖如圖1所示。

圖1 曲臂差測(cè)量示意圖

將甩檔表T042 安裝在兩平衡塊之間，如圖1(a)所示。因曲軸上安裝有活塞連桿組件，故無(wú)法進(jìn)行360°盤(pán)車測(cè)量，所以曲臂差測(cè)量通常按正車方向測(cè)量20°、90°、180°、270°、340°這5個(gè)位置，分別讀出甩檔表T042在各位置的讀數(shù)并記錄數(shù)值A(chǔ)、B、C、D、E，如圖1(b)所示。按照規(guī)范要求代入公式計(jì)算垂直、水平2個(gè)方向的曲臂差。

(1)

當(dāng)曲柄銷處于上止點(diǎn)時(shí)，曲拐張開(kāi)，垂直曲臂差dv為正值；當(dāng)曲柄銷處于下止點(diǎn)時(shí)，曲拐并攏,垂直曲臂差dv為負(fù)值。

水平曲臂差dh：dh=D-B，

(2)

當(dāng)曲柄銷處于柴油機(jī)右側(cè)時(shí)，曲拐張開(kāi)，水平曲臂差dh為正值；當(dāng)曲柄銷處于左側(cè)時(shí)，曲拐并攏，水平曲臂差dh為負(fù)值。曲臂差正負(fù)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 曲臂差正負(fù)示意圖

1.3 該機(jī)型曲臂差標(biāo)準(zhǔn)

該機(jī)型曲臂差標(biāo)準(zhǔn)為：①水平及垂直曲臂差dh和dv應(yīng)處于-0.045mm至+0.045mm范圍內(nèi)；② 2個(gè)相鄰曲拐的水平或垂直曲臂差之間的相差值應(yīng)小于0.045 mm；③因飛輪與設(shè)備連接，第1檔曲拐的曲臂差必須為負(fù)值。

1.4 測(cè)量工藝要求

根據(jù)工程特點(diǎn)，本次安裝工藝共設(shè)計(jì)布置了3次測(cè)量來(lái)監(jiān)督、跟蹤柴油機(jī)曲臂差的工序，要求最終狀態(tài)的曲臂差在1.3所述的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。3次測(cè)量曲臂差時(shí)機(jī)分別是：①主機(jī)入船安裝在過(guò)渡基座，基座上緊固螺栓后測(cè)量曲臂差；②主機(jī)與中間支架對(duì)中調(diào)整后測(cè)量曲臂差；③主機(jī)、高彈聯(lián)軸器、中間支架、萬(wàn)向聯(lián)軸器、齒輪箱等部件連接后，檢查主機(jī)與中間支架的中心并測(cè)量曲臂差。

1.5 測(cè)量結(jié)果

柴油機(jī)大修后入船安裝在過(guò)渡基座上，并對(duì)主機(jī)隔振裝置進(jìn)行換新后，測(cè)量主機(jī)的8檔曲臂差值，柴油機(jī)入船后曲臂差值見(jiàn)表1。

表1 柴油機(jī)入船后曲臂差值 mm

柴油機(jī)滿水滿油狀態(tài)，以齒輪箱輸入軸法蘭為基準(zhǔn)，調(diào)整中間支架以滿足安裝萬(wàn)向聯(lián)軸器的對(duì)中要求，定位中間支架。以定位后的中間支架輸入法蘭為基準(zhǔn)，調(diào)整柴油機(jī)隔振裝置的調(diào)整墊片厚度，使中間支架和柴油機(jī)的相對(duì)中心滿足預(yù)對(duì)中的工藝要求，即滿足高彈聯(lián)軸器的安裝要求。調(diào)整完成后測(cè)量主機(jī)的8檔曲臂差值，高彈聯(lián)軸器連接前曲臂差數(shù)值如表2所示。

表2 高彈聯(lián)軸器連接前曲臂差數(shù)值 mm

按工藝要求安裝萬(wàn)向聯(lián)軸器、中間支架、高彈聯(lián)軸器，柴油機(jī)對(duì)中數(shù)據(jù)如表3所示，高彈聯(lián)軸器連接后曲臂差數(shù)值如表4所示。

表3 柴油機(jī)對(duì)中數(shù)據(jù) mm

表4 高彈聯(lián)軸器連接后曲臂差數(shù)值 mm

通過(guò)對(duì)柴油機(jī)曲臂差的跟蹤，發(fā)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的隔振裝置墊片進(jìn)行調(diào)整和對(duì)中連接對(duì)主機(jī)曲臂差的影響都非常大，且連接后第1檔曲臂差超出了柴油機(jī)曲臂差的標(biāo)準(zhǔn)范圍，需及時(shí)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。

2 曲臂差超差原因分析

由于柴油機(jī)的各檔主軸承孔的同軸度、平行度等形位公差均是靠機(jī)加工來(lái)保證的，該機(jī)在本次大修過(guò)程中對(duì)各檔主軸承孔和曲軸進(jìn)行了檢查，整機(jī)裝復(fù)后進(jìn)行了出廠臺(tái)架試驗(yàn)。該機(jī)出廠證書(shū)中的曲臂差是合格的，沒(méi)有超差現(xiàn)象；查閱該機(jī)出廠臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告，柴油機(jī)整個(gè)運(yùn)行階段各檔主軸承溫度滿足技術(shù)要求，軸瓦沒(méi)有過(guò)熱跡象，因此排除了柴油機(jī)零部件尺寸超差導(dǎo)致曲臂差不合格的可能性。

根據(jù)不同狀態(tài)下的測(cè)量，比較表1與表2中曲臂差的變化，得出調(diào)整隔振裝置墊片厚度將影響柴油機(jī)的8檔垂直曲臂差數(shù)值的結(jié)論。比較表2和表3中曲臂差的變化情況，得出連接高彈聯(lián)軸器后對(duì)柴油機(jī)的曲臂差的影響也是非常大的結(jié)論，尤其是第1檔受影響最明顯。

經(jīng)過(guò)綜合分析，影響柴油機(jī)曲臂差的關(guān)鍵因素有2點(diǎn)：①隔振裝置的墊片厚度；②與中間支架的對(duì)中狀態(tài)。

3 曲臂差調(diào)整措施

經(jīng)過(guò)分析，擬定了調(diào)整方案，分2個(gè)步驟：第一步調(diào)整隔振裝置墊片厚度；第二步調(diào)整主機(jī)與中間支架的中心值。

3.1 調(diào)整隔振裝置墊片厚度

由于船舶設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)定了重要的減振降噪指標(biāo)，所以，本船主機(jī)與船體的連接不再是以往所常見(jiàn)的剛性連接，而是采用了主機(jī)、剛性過(guò)渡基座、調(diào)整墊片、隔振裝置CGY-50、固定墊片、船體基座的多層式安裝方式。所以想要通過(guò)隔振裝置的調(diào)整墊片，重新分配隔振載荷，從而達(dá)到調(diào)整柴油機(jī)曲臂差的目的，是一項(xiàng)難度系數(shù)非常高的工作。

柴油機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)和大量試驗(yàn)研究表明曲軸的應(yīng)力狀態(tài)實(shí)際上是與支座彎距、支承的彈性、主軸承的不同心度、軸的縱向和橫向振動(dòng)等因素有關(guān)。因此，在曲軸的設(shè)計(jì)中,運(yùn)用連續(xù)梁法來(lái)計(jì)算就能更接近曲軸的實(shí)際工作情況，計(jì)算方法主要包含2個(gè)內(nèi)容：一是將曲軸簡(jiǎn)化成一剛度相當(dāng)?shù)倪B續(xù)梁；二是用五彎矩方程式求解連續(xù)梁的支座彎矩。而在分析影響曲臂差數(shù)據(jù)超差原因的時(shí)候，同樣也可以采用連續(xù)梁法來(lái)分析判斷。

假設(shè)將16PA6V型柴油機(jī)的曲軸簡(jiǎn)化成8段由9道主軸承支撐的連續(xù)梁。軸頸支承于每個(gè)軸承中心之上，支承點(diǎn)的變形與支承反力成正比；此時(shí)，再利用當(dāng)前測(cè)量的曲臂差，對(duì)照曲臂差符號(hào)判斷曲軸的狀態(tài)和主軸承的高低，得出主軸承在軸頸處的支反力大小，即通常所說(shuō)的主軸承負(fù)荷大小。

根據(jù)測(cè)算結(jié)果結(jié)合長(zhǎng)期追蹤隔振裝置的蠕變特性，分別在10塊隔振裝置上增加了相應(yīng)的墊片。為消除調(diào)整后隔振裝置的負(fù)荷未立即變化導(dǎo)致的測(cè)量偏差，決定調(diào)整后分別靜置12 h、24 h，2次測(cè)量主機(jī)的8檔曲臂差值。調(diào)整后靜置12 h曲臂差數(shù)值如表5所示，調(diào)整后靜置24 h曲臂差數(shù)值如表6所示。

表5 調(diào)整后靜置12 h曲臂差數(shù)值 mm

將表5和表6進(jìn)行比較，隔振裝置的蠕變應(yīng)力在靜置12 h后基本釋放完畢，經(jīng)過(guò)12 h和24 h的2次測(cè)量，數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定。

3.2 檢查調(diào)整主機(jī)與中間支架的中心值

調(diào)整主機(jī)與中間支架的中心值，調(diào)整前中心值上下角向偏差超標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整后中心值滿足標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)對(duì)中數(shù)據(jù)如表7所示，對(duì)中調(diào)整后曲臂差數(shù)值如表8所示。

表7 主機(jī)對(duì)中數(shù)據(jù) mm

表8 對(duì)中調(diào)整后曲臂差數(shù)值 mm

柴油機(jī)曲臂差超差的現(xiàn)象，在經(jīng)過(guò)對(duì)主機(jī)隔振裝置的墊片的調(diào)整和主機(jī)與中間支架的對(duì)中調(diào)整后得到了明顯改善，使得8檔曲臂差數(shù)值都能滿足16PA6V-280STC柴油機(jī)曲臂差的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

影響曲臂差大小的因素有多種，當(dāng)有可能使曲軸發(fā)生較大變化的條件出現(xiàn)時(shí)，要及時(shí)、有效地監(jiān)測(cè)曲臂差，根據(jù)測(cè)量結(jié)果正確地判斷出引起變化的真正原因，進(jìn)而采取必要的調(diào)整措施。然而，對(duì)船舶主機(jī)曲臂差的調(diào)整又是一項(xiàng)較大的現(xiàn)場(chǎng)施工工程，因此，我們要運(yùn)用科學(xué)的管理理念、引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)手段才能保證調(diào)整結(jié)果的穩(wěn)定性、有效性，確保曲軸的工作狀態(tài)穩(wěn)定，使得船舶柴油機(jī)安全可靠地運(yùn)行。