康明斯柴油發(fā)電機(jī)組軸不對(duì)中的危害及對(duì)策

倪家南 上海鐵路局上海動(dòng)車客車段

上海動(dòng)車客車段昆山檢修車間，是上海鐵路局車輛系統(tǒng)檢修發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組的唯一基地，每年檢修柴油發(fā)電機(jī)組140多臺(tái)次,其中康明斯柴油發(fā)電機(jī)組(見圖1)占98%以上。

圖1 康明斯柴油發(fā)電機(jī)組

檢修后的柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)主軸聯(lián)結(jié)的檢測(cè)，過去主要采用直尺法、塞尺法或千分表法，容易發(fā)生柴油機(jī)主軸與發(fā)電機(jī)主軸聯(lián)結(jié)后軸對(duì)中存在一定的問題。要么是水平方向軸不對(duì)中，要么是垂直方向軸不對(duì)中，要么是軸角度不對(duì)中。而這種種軸不對(duì)中的情況，都會(huì)引發(fā)機(jī)組大部分旋轉(zhuǎn)配件的許多故障。為此，我們專門組織技術(shù)骨干進(jìn)行攻關(guān)，在參考同行業(yè)的先進(jìn)做法的基礎(chǔ)上，專門研制了適應(yīng)解決康明斯柴油發(fā)電機(jī)組軸不對(duì)中問題的激光對(duì)中儀。

1 故障情況調(diào)查分析

昆山檢修車間售后服務(wù)人員2004～2008年分別赴福州、廈門、杭州、阜陽、合肥、南京等單位上門服務(wù)199批次，處理康明斯柴油發(fā)電機(jī)組各類故障325個(gè)，其中屬于柴油機(jī)部分的故障199個(gè)。在199件柴油機(jī)故障中，與旋轉(zhuǎn)主軸密切相關(guān)的故障73件，達(dá)36%（詳見如圖2）。

圖2 故障分析圖

故障統(tǒng)計(jì)情況和現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員、技師多年的研究證明，柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)主軸聯(lián)結(jié)后不對(duì)中，是產(chǎn)生故障的主要因素。它導(dǎo)致配件提前損壞，使用壽命縮短；機(jī)組反復(fù)檢修，耗時(shí)、耗油、耗力；增加停機(jī)時(shí)間，加大了發(fā)電車正常運(yùn)用調(diào)配的壓力。

2 激光對(duì)中儀的研究與運(yùn)用

2.1 總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分。第一部分為激光對(duì)中儀器，第二部分為精確調(diào)整伺服裝置。其中激光對(duì)中儀包括以下幾個(gè)主要組成部分：⑴軸對(duì)中主機(jī)（帶顯示屏的PC或手持設(shè)備）；⑵激光發(fā)射裝置；⑶激光接收裝置；⑷激光部件安裝固定器、固定桿等連接件。飼服系統(tǒng)是在對(duì)中儀檢測(cè)后進(jìn)行自動(dòng)（或手動(dòng)）調(diào)整的一套機(jī)械裝置。

2.2 測(cè)量與安裝方法

2.2.1 安裝

伺服機(jī)構(gòu)固定安裝于操作臺(tái)上（見圖3），正常使用中不需要移動(dòng)，測(cè)量時(shí)僅需要安裝激光對(duì)中儀。

圖3 操作臺(tái)

柴油發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)連軸器處裝有防護(hù)裝置，無法直接將儀表安裝在連軸器上。因此，系統(tǒng)將儀表安裝于發(fā)電機(jī)組兩端。具體安裝步驟如下：

（1）將發(fā)電機(jī)組基本放置到位。

（2）安裝激光發(fā)射裝置。在柴油機(jī)外端軸外露部分使用固定器與連桿安裝對(duì)中儀激光發(fā)射裝置，保證激光發(fā)射裝置與柴油機(jī)軸的剛性連接。

（3）安裝激光接收裝置。打開發(fā)電機(jī)軸外端的端蓋，在軸上使用固定器與連桿安裝對(duì)中儀激光接收裝置，保證激光接收裝置與柴油機(jī)軸的剛性連接。

（4）連接設(shè)備。使用連接線連接好設(shè)備，確保激光發(fā)射裝置、接收裝置與主機(jī)之間的通訊正常。完成后即可開始進(jìn)行測(cè)量（如圖 4）。

圖4 激光發(fā)射設(shè)備與接收設(shè)備的安裝示意圖

2.2.2 測(cè)量

具體測(cè)量步驟如下：

（1）用卷尺測(cè)量三個(gè)機(jī)械尺寸并輸入設(shè)備;

（2）將軸轉(zhuǎn)到三個(gè)不同的位置，轉(zhuǎn)角不能過小，否則影響精度;

（3）儀表自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)前對(duì)中情況以及校正數(shù)據(jù);

（4）記錄并打印測(cè)量數(shù)據(jù)，以獲得校正數(shù)據(jù)記錄。

2.2.3 調(diào)整

使用軸對(duì)中工具可進(jìn)行精確的對(duì)中。計(jì)算機(jī)控制調(diào)整機(jī)組實(shí)際位置達(dá)到精度后，顯示裝置可實(shí)時(shí)顯示需要校正的位置不對(duì)中值。使用伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整機(jī)器時(shí)，當(dāng)看到顯示單元上的數(shù)字減小到0，說明精確對(duì)中了。

通過這種簡(jiǎn)單的三步法（即測(cè)量－對(duì)中－調(diào)整），可不需要重新檢驗(yàn)。在垂直和水平方向分別采用這種方法進(jìn)行平行和角度對(duì)中。

在實(shí)際對(duì)中操作中，進(jìn)行縱向角度和平行對(duì)中操作時(shí)，需要在機(jī)組安裝角上適當(dāng)加些墊片，既當(dāng)誤差較大時(shí)，需要人工輔以伺服機(jī)構(gòu)操作。

3 技術(shù)指標(biāo)

3.1 對(duì)中儀

3.1.1 功能

（1）9-12-3時(shí)鐘法水平機(jī)械對(duì)中;

（2）軟腳測(cè)試;

（3）熱膨脹值預(yù)置;

（4）允差提示;

（5）濾波器:0～99級(jí)任選（消除測(cè)量環(huán)境影響，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的重復(fù)性）;

（6）可存儲(chǔ)1000組測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.1.2 技術(shù)指標(biāo)

（1）測(cè)量距離：10m（遠(yuǎn)大于需要的有效距離）;

（2）相對(duì)濕度：10－95%;

（3）最大顯示誤差：顯示值的1%±1digit（顯示值的1%±最后1位）。

3.2 測(cè)量單元

（1）制作材料：鋁合金;

（2）激光器類型：半導(dǎo)體激光器;

（3）激光波長(zhǎng)：635～670nm，紅色可見光;

（4）激光安全等級(jí)：Class2;

（5）光輸出功率：<1mw;

（6）光束直徑：4mm;

（7）測(cè)量精度：0.001mm;

（8）探測(cè)器窗口尺寸：10×10mm;

（9）水平儀精度：0.50;

（10）保護(hù)：不受周圍環(huán)境光線的干擾。

3.3 顯示單元

（1）制作材料：氧化鋁/ABS工程塑料;

（2）顯示器類行：帶背光的圖形點(diǎn)陣液晶;

（3）篩選器：0～30級(jí)任選（消除測(cè)量環(huán)境影響，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的重復(fù)性）;

（4）顯示屏尺寸：73×73mm;

（5）顯示精度:可選，0.1，0.01，0.001mm，5，0.5，0.005mils/thou;

（6）電池：4節(jié)2號(hào)電池;

（7）操作時(shí)間：24－48h;

（8）輸出接口:RS232接口。

3.4 其它

（1）多功能數(shù)字鍵盤;

（2）存儲(chǔ)能力：可存儲(chǔ)1000組測(cè)量數(shù)據(jù);

（3）設(shè)置：可設(shè)置日期、時(shí)間、測(cè)量單位等參數(shù)。

4 結(jié)論

采用塞尺法和直尺法進(jìn)行主軸對(duì)中，雖然實(shí)施起來比較簡(jiǎn)單快速，但是不能為被測(cè)物提供必須的精度。即便采用千分表測(cè)量法，雖然能得到比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，但需要專業(yè)操作人員去完成，耗費(fèi)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，且對(duì)于列車用柴油發(fā)電機(jī)組，由于連軸器有保護(hù)裝置，故傳統(tǒng)對(duì)中校準(zhǔn)方法無法實(shí)際使用。

采用激光對(duì)中儀精確對(duì)中的好處顯而易見。首先，它能極大地降低了機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪聲；其次，聯(lián)軸器上的應(yīng)力小，過熱和斷裂的危險(xiǎn)性少；第三，機(jī)組主軸軸承的使用壽命可以更長(zhǎng)；第四，由于機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)低

，所以密封件磨損小，漏油和污染的危險(xiǎn)程度低、工作能耗也隨之降低，機(jī)組的使用壽命隨之延長(zhǎng)。

本激光對(duì)中校準(zhǔn)系統(tǒng)，是利用非接觸式精確激光技術(shù)來測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸對(duì)中狀況（平行不對(duì)中和角度不對(duì)中）。對(duì)中需要的修正量可以直接從顯示器上讀出，通過精確伺服系統(tǒng)修正后，實(shí)際達(dá)到的對(duì)中狀況以標(biāo)準(zhǔn)格式顯示出來，達(dá)到了簡(jiǎn)單、高效、實(shí)用的目標(biāo)。