船舶柴油機(jī)曲軸臂距差影響因素及策略

易丁

摘 要：在復(fù)雜的工況下，船舶柴油機(jī)曲軸極易發(fā)生故障，進(jìn)而影響柴油機(jī)的正常運(yùn)行，為了確保曲軸工作的耐久性與持久性，必須保證船舶運(yùn)行過程中曲軸臂距差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。本文主要分析了曲軸臂距差的一系列影響因素，并對其變化規(guī)律及相應(yīng)的解決策略進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，確保船舶航行安全。

關(guān)鍵詞：船舶 柴油機(jī) 曲軸 臂距差 影響因素

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，船舶工業(yè)也得到了快速的興起，柴油機(jī)在運(yùn)行過程中，受力不當(dāng)?shù)那S不但會(huì)造成活塞受到損壞，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致曲軸發(fā)生裂紋甚至斷裂等，造成柴油機(jī)不能正常運(yùn)行。

1.研究背景與研究目的

曲軸的工作條件要求其必須保證軸線呈直線狀態(tài)，然而曲軸具有相對較差的剛性，在靜止?fàn)顟B(tài)下，曲軸因軸承不同程度的磨損承受了相對較大的彎曲力矩，若在此情形下曲軸持續(xù)較長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)形成反復(fù)作用的附加應(yīng)力，進(jìn)而曲軸的折斷損壞風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)極大的增加。所以，為實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的正常安全運(yùn)行，必須確保曲軸臂距差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

因此，本文對船舶柴油機(jī)曲軸臂距差的影響因素進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決策略。

2.曲軸臂距差的影響因素及策略

2.1 柴油機(jī)機(jī)座填充墊塊對臂距差的影響與策略

柴油機(jī)機(jī)座填充墊塊作為柴油機(jī)中一個(gè)至關(guān)重要的部件，其對柴油機(jī)機(jī)座起到了固定的作用并且實(shí)現(xiàn)了機(jī)座位置的調(diào)節(jié)作用。一般情況下，金屬材料作為制作形狀多樣的柴油機(jī)機(jī)座墊塊的主要材質(zhì)，需要注意的是在加工過程中，需留出適當(dāng)?shù)难心ビ嗔?，約為0.1～0.2 mm，并保證0.05 mm 的塞尺不能插入機(jī)座與墊塊的間隙中。導(dǎo)熱性、延展性以及易熱脹冷縮是金屬材料所獨(dú)具的特征，因而長期處在高頻振動(dòng)、高溫的環(huán)境中的金屬墊塊很容易導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)座發(fā)生形變，最后造成曲軸臂距的變化。

綜上分析，若選擇金屬材料來制作柴油機(jī)機(jī)座的墊塊，為了避免機(jī)座的變形需要精確加工接觸表面，并且還要確保墊塊與柴油機(jī)機(jī)座的接觸面積超過70%以上。所以，金屬已不再是柴油機(jī)墊塊的主要材質(zhì)，環(huán)氧樹脂高聚物代替了原來的金屬，其所制作的墊塊不僅可以實(shí)現(xiàn)與機(jī)座的完全接觸，而且與金屬材質(zhì)的墊塊相比，其具有相對較差的導(dǎo)熱性，優(yōu)良的隔振性能有效地保障了曲軸臂距差控制在標(biāo)準(zhǔn)合理的范圍內(nèi)。

將柔性的泡沫塑料條切割成相應(yīng)的尺寸，通常泡沫圍條的高度應(yīng)比環(huán)氧樹脂墊塊的厚度要高出5mm～6mm。將泡沫圍條塞入機(jī)座與底座平面之間，緊密貼合上、下平面，形成墊塊澆注的模殼（見圖1、圖2）。

2.2 船舶傳動(dòng)系統(tǒng)安裝對臂距差的影響及策略

為了減小船舶傳動(dòng)系統(tǒng)安裝給臂距差帶來的影響，在安裝船舶尾軸傳動(dòng)系統(tǒng)中需要注意安裝的先后順序，首先安裝開始于螺旋槳軸，然后中間軸、推力軸、齒輪箱是以螺旋槳軸法蘭作為基準(zhǔn)軸來進(jìn)行安裝的，最后進(jìn)行安裝的是柴油機(jī)。由于傳動(dòng)軸系是通過法蘭與曲軸進(jìn)行剛性連接的，這會(huì)導(dǎo)致曲軸臂距產(chǎn)生曲折和偏移。船舶的規(guī)范要求是曲折值不得超過 0.1 mm/m，偏移值不得超過0.1 mm，當(dāng)曲折值與偏移值超過規(guī)范要求時(shí)，曲軸主軸承就會(huì)產(chǎn)生較大程度的磨損。所以，需要對傳動(dòng)軸系與曲軸的中心線高低加以調(diào)節(jié)來進(jìn)行矯正。

2.3 主軸承不均勻磨損對臂距差的影響與策略

運(yùn)行中的柴油機(jī)在每缸都會(huì)有不同的工作狀況，因此，曲軸的每個(gè)軸承會(huì)承受不同的應(yīng)力，因而造成不同程度的磨損。曲軸的各主軸頸會(huì)因?yàn)椴痪鶆虻闹鬏S承磨損程度而發(fā)生不均勻的下沉，進(jìn)而導(dǎo)致曲軸軸線發(fā)生形變，引起曲軸臂距差不同程度的變化。雖然主軸承磨損原因看似復(fù)雜并且沒有合理的規(guī)律，然而，對于長期運(yùn)行的柴油機(jī)而言，存在一定的規(guī)律。因此，在對曲軸臂距差進(jìn)行調(diào)整的過程時(shí)，若發(fā)現(xiàn)曲軸臂距差數(shù)值超出了正常規(guī)律的范圍，應(yīng)對曲軸軸線狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，可以應(yīng)用測量臂距差值和橋規(guī)值的方法。假如通過兩種方法所測的結(jié)果不相一致，那么可以說明柴油機(jī)機(jī)座發(fā)生的塑性形變是導(dǎo)致臂距差過大的主要原因。

2.4？缸內(nèi)氣體壓力對臂距差的影響與策略

柴油機(jī)曲軸在安裝過程中先將曲軸安裝于柴油機(jī)基座上，然后吊裝活塞運(yùn)動(dòng)裝置部分。在安裝過程中即使在安裝活塞運(yùn)動(dòng)裝置部分之前，也會(huì)由于曲軸體積、質(zhì)量過大，曲軸自重的原因發(fā)生曲軸中心線下沉的狀況。當(dāng)在安裝活塞運(yùn)動(dòng)裝置部分之后，活塞運(yùn)動(dòng)裝置和曲軸自重疊加，會(huì)使柴油機(jī)曲軸中心線下沉的情況更加嚴(yán)重。從另外一個(gè)方面來說，柴油機(jī)在工作過程中，燃燒室中的油氣混合物發(fā)生燃燒，體積迅速增大，會(huì)對活塞運(yùn)動(dòng)裝置部分產(chǎn)生巨大的推力，這個(gè)推力通過活塞運(yùn)動(dòng)組件中的連桿傳遞給柴油機(jī)曲軸，曲軸會(huì)同樣產(chǎn)生軸線下沉的不良結(jié)果。

對于前一種影響因素，我們可以在生產(chǎn)柴油機(jī)曲軸的過程中充分考慮、計(jì)算曲軸自重和柴油機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)裝置部分的重量，提前對柴油機(jī)曲軸做好反方向中心線預(yù)變形，從而在一定程度上抵消該因素對柴油機(jī)臂距差的影響。對于后一種影響因素，雖然我們可以采用調(diào)節(jié)柴油機(jī)單個(gè)汽缸燃油供給量的方法進(jìn)行避免，但是這種做法將嚴(yán)重影響柴油機(jī)各個(gè)汽缸功率輸出的均勻性，采取這種預(yù)防措施對柴油機(jī)的損害更加嚴(yán)重。目前行業(yè)內(nèi)對第二種影響因素尚未有較好的對應(yīng)措施，需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.5 飛輪對臂距差的影響與策略

通常為輪緣形結(jié)構(gòu)的飛輪一般都是安裝在柴油機(jī)的曲軸上，其材質(zhì)一般都是由鑄鋼、鑄鐵或鍛鋼，輪緣處作為飛輪的主要質(zhì)量部位。然而曲軸會(huì)因?yàn)檩^大的飛輪質(zhì)量極易發(fā)生形變，從而造成曲軸臂距差產(chǎn)生較大影響。為了確保曲軸臂距差控制在規(guī)定范圍內(nèi)，需要對軸承高度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其中較為普遍的方法主要有以下兩種：一是對外伸軸承的高度進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳撸ㄈ鐖D3），進(jìn)而可以使曲軸臂距差負(fù)值減小，保證其控制在規(guī)定允許的范圍內(nèi)；二是對靠近飛輪的主軸承進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳撸ㄈ鐖D4），此種方法雖然可以減小曲軸臂距差負(fù)值，但相比第一種方法來說存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2.6 船體的形變對臂距差的影響與策略

目前，鋼板作為船舶的主要建造材料，彈性是船體所具有的特征。船體會(huì)因?yàn)椴煌难b載貨物位置而產(chǎn)生不同程度的彈性形變。與此同時(shí)，船體的形變也會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)座的變形，進(jìn)而造成曲軸發(fā)生形變。鑒于此，為了避免船舶因?yàn)樨浳锏募醒b載而給船體帶來較大的形變，在裝貨的過程中，應(yīng)注意均勻合理的裝載，確保曲軸臂距差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。值得注意的是具有較大船齡的船舶，要充分檢驗(yàn)裝貨前后的曲軸臂距差的大小，若發(fā)現(xiàn)其超出規(guī)定允許的范圍，應(yīng)進(jìn)行重新調(diào)整配載。

3.結(jié)束語

在柴油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，通過上文的分析可以發(fā)現(xiàn)有很多的影響因素對曲軸臂距差帶來不同程度的影響。因此，為了保證船舶柴油機(jī)的正常安全運(yùn)行，相關(guān)人員需根據(jù)船舶柴油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行，采取相應(yīng)的解決策略來減小積曲軸臂距差。

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