重庆交大柴油机曲轴故障分析和修复工艺.doc

英 文 摘 要轮机工程专业论文 专 业： 轮机工程 学生姓名： 冯宏伟 指导教师： 罗缨 重庆交通大学航海学院2013年摘 要船舶柴油机曲轴是船舶重要的运动部件，并且在运行的同时，面临着众多的复杂恶劣的工作环境。通过分析船舶柴油机曲轴的各种故障现象：连杆轴颈的磨损、曲轴烧蚀现象、曲轴的弯曲与扭曲、曲轴的裂纹和折断、连杆轴颈表面缺陷等常见故障，研究柴油机曲轴故障分析和修复工艺，以保证柴油机曲轴在工作中高质量、高安全、高稳定的运行，避免重大事故的发生，保护人身财产安全。关键词：柴油机曲轴；故障诊断；修复与对策AbstractDiesel engine crankshaft is one of the most important components of the marine diesel engine. It can make the link reciprocation of the piston into rotary motion . The writing of this thesis Subject is through the analysis of a variety of marine diesel engine crankshaft failure phenomenon : the wear and tear of the connecting rod journal crankshaft ablation phenomenon, the crankshaft crack and break, connecting rod journal surface defects common failure to study the diesel engine crankshaft failure analysis and repair process , promote and continuously improve the technical level, in order to ensure that the diesel engine crankshaft in the work of high quality , high security , high and stable operation ,avoiding the occurrence of major accidents , to protect personal and property safety .Key Words：Diesel Engine Crankshaft；Fault Diagnosis；Repair And Countermeasures目 录目 录第1章 前 言1第1章 船舶柴油机曲轴故障诊断和修复对策的概况21.1 船舶柴油机曲轴以及曲轴的作用21.2 船舶柴油机曲轴的工作环境3第2章 船舶柴油机曲轴常见的故障诊断方法和产生原因42.1 简述船舶柴油机曲轴的故障诊断42.2 轴颈的磨损现象52.3 轴颈表面缺陷现象72.4 曲轴的弯曲与扭曲现象82.5 曲轴的裂纹和折断现象102.6 曲轴烧蚀现象13第3章 船舶柴油机曲轴故障的对策153.1 简述船舶柴油机曲轴的故障对策153.2 轴颈磨损现象的对策153.3 轴颈表面缺陷现象的对策153.4 曲轴的弯曲与扭曲现象的对策153.5 曲轴的裂纹和折断现象的对策153.6 曲轴烧蚀现象的的对策15第4章 目前国内外先进的船舶柴油机曲轴故障诊断方法164.1金属磁记忆在线诊断技术164.2 激光熔覆技术164.3 曲轴系统动态特性分析方法16结 论17致 谢18参 考 文 献19附录 附录内容20I2013届轮机工程专业毕业论文前 言船舶柴油机曲轴是船舶柴油机的最重要的运动部件之一，它的作用是汇集柴油机各缸的功率，然后向外输出。曲轴工作条件十分恶劣，在这种工作条件下，曲轴就会发生一系列的故障和问题。本篇论文的主题，就是分析船舶柴油机曲轴故障和它的修复，完善该方面的研究水平，加强诊断和修复技术，介绍当前国内外先进的曲轴故障诊断和分析技术以及工艺等等。曲轴的工作条件恶劣表现在：曲轴受到很大的交变扭力、弯曲力、压力、离心力和拉力的共同作用。同时，曲轴的各轴颈要在很高的比压下作高速旋转运动，使轴颈和轴承受到高强度的磨损。曲轴在工作过程中面临着受力复杂，应力集中，轴颈磨损严重等众多难题。由于曲轴的工作环境是极其恶劣的，曲轴一旦损坏，不仅影响柴油机的动力性、经济性，对船舶柴油机产生致命的破坏，还可能直接威胁到船舶的航行安全。发动机运行一定时间后, 曲轴连杆轴颈表面会产生划痕、烧伤、硬度下降等缺陷。这些情况与曲轴工作条件和修理装配情况有关。连杆轴颈表面会产生划痕, 是润滑油不清洁、滤清效果不好造成的。大、中型柴油机的曲轴较细长，刚性较低。安装后，自重使主轴颈座贴于主轴承下瓦表面。因此各主轴承孔的中心连线就是各主轴颈中心的连线实际轴线。当各主轴承中心高低不一时，安装后的曲轴中心线就不是一根平直线而是呈弯曲弧线。曲轴断裂是机械破坏的最终结果，其最初表现为裂纹。弯曲疲劳裂纹多开始于曲柄臂与轴颈的过度圆角处，然后向曲柄臂发展。扭曲疲劳裂纹则往往从园孔、圆角部位开始 ，与轴心线呈 45方向向轴颈发展。而许多裂纹往往是两种应力复合作用破坏的结果。本篇论文的写作主旨就是通过分析船舶柴油机曲轴的各种故障现象：连杆轴颈的磨损、曲轴烧蚀现象、曲轴的弯曲与扭曲、曲轴的裂纹和折断、连杆轴颈表面缺陷等常见故障，研究柴油机曲轴故障分析和修复工艺，以保证柴油机曲轴在工作中高质量、高安全、高稳定的运行，避免重大事故的发生，保护人身财产安全。第1章 船舶柴油机曲轴故障诊断和修复对策的概况船舶柴油机曲轴是船舶柴油机中最重要的运动部件之一，把功率传给螺旋桨，带动螺旋桨旋转，然后促使船舶前进或者后退。1.1 船舶柴油机曲轴以及曲轴的作用船舶柴油机曲轴是船舶柴油机的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下（往复）运动变成循环（旋转）运动。它是船舶柴油机上的一个重要的机件。（如图1.1）主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑。柴油机曲轴是柴油机当中的主要旋转机件，它是船舶柴油机最主要的部件之一，造价高，它的造价占整部柴油机总造价的1/4左右，主要有主轴颈、曲柄臂和曲柄销组成1。 （图 1.1）1.2 船舶柴油机曲轴的工作环境曲轴由于在工作过程中受力复杂，应力集中，严重附加应力大，轴颈磨损严重等，并且受到运动机件的惯性和离心力的作用，使曲轴产生扭转、弯曲、剪切和拉伸、压缩等复杂的交变应力，同时受到海浪、风力、负荷的影响，曲轴的工作环境是极其恶劣的。曲轴是柴油机的重要运动件之一, 它是由主轴颈、曲柄臂和曲柄销等组成的。曲轴是一根弯曲刚度较大、扭转刚度较低的零件, 它所受的力和力矩为:( 1) 周期变化的燃气压力作用于各轴颈上, 对其进行快速冲击;(2) 活塞连杆组上、下往复的运动质量惯性力;（3) 曲柄销、曲柄臂、连杆旋转质量和曲轴平衡块的离心力;( 4) 由各曲柄传递来的扭矩及反扭矩, 相互作用于曲轴不同转角位置上, 具有不同的大小和方向;( 5) 主轴承对主轴颈作用的支座反作用力;(6) 机体轴承孔的不同心度, 轴颈和轴承磨损、变形产生的阶梯度以及机体变形引起的附加应力;( 7) 扭振引起的附加应力等。因此, 要求曲轴必须具有足够的疲劳强度、较高的弯曲强度和刚度以及扭转刚度和加工精度, 并具有一定的自振频率; 同时, 也要求曲轴轴颈必须耐磨, 以提高使用寿命2。第2章 船舶柴油机曲轴常见的故障诊断方法和产生原因故障诊断技术是20世纪六七十年代产生并发展起来的一门综合性边缘科学，是研究机器或者机组运行状态在诊断信息中的反应，其研究内容包括对机器运行现状的识别诊断，对其运行过程的检测以及运行发展趋势的预测等三个方面。2.1 船舶柴油机曲轴的故障诊断船舶机械故障诊断是针对船舶机械特点研制专门用于船上的故障诊断装置或监控系统。比如船舶柴油机运转状态下的性能参数：温度、压力、转速，零件尺寸变化，振动和噪声，滑油中的磨损产物等均是故障诊断的部位、原因和后果等做出正确的诊断。应用船舶故障诊断技术能有效的防止和减少故障，最大限度的缩短停机时间，具有操作方便、分析容易、诊断迅速和经济可靠的特点3。2.2 轴颈的磨损现象一、曲轴轴颈的磨损现象的原因分析：曲轴轴颈表面轻微磨损表现为表面擦痕，划痕变粗糙。发生轴颈的磨损原因有润滑油含杂质、表面不清洁或轴承粗糙等原因所致。它的处理方法有伤痕时应用砂布，油石或修磨夹具加以去除，并应抛光，以减少造成应力集中源的可能。 轴颈磨损不均匀的影响因素：1) 曲柄销因受作用力比主轴颈大，故曲柄销磨损量大于主轴颈。 2) 曲轴中间主轴颈因受两个相邻气缸作用，故磨损量比两端的大些。3) 因活塞不正、连杆弯曲或曲轴油道杂质在出口后沿长度方向分布不均等原因都会造成曲柄销长度方向磨损不均。二、6135柴油机曲轴磨损故障分析：我国的大部分国内中小型船舶, 大都采用135系列柴油机作为发动机, 特别是6135 柴油机机用量比例更大, 现就6135 柴油机曲轴故障及修理做一简述。6135 柴油机曲轴为球墨铸铁、圆盘式组合曲轴，其特点是: 每个曲拐单独制造, 然后用螺栓联成一根完整的曲轴。这种曲轴制造方便，使用中若发现某曲拐损坏, 可单独更换损坏的曲拐, 而无需将整根曲轴报废。由于发动机的磨损及安装、调整维修不当等原因，造成发动机曲轴轴瓦与曲轴轴颈之间配合间隙过大，引起发动机振动冲击、噪声加剧的故障，简称为大瓦响故障当该故障发生时，它不仅影响发动机的动力性，同时还影响发动机的经济性及可靠性严重时能导致曲轴轴承烧毁和曲轴断裂等严重损坏所以对其进行早期预测，视情修理是保证发动机良好运行的必要条件。6135 柴油机的主轴承采用滚动轴承, 主轴颈无磨损; 连杆轴承采用滑动轴承, 轴颈磨损严重,而且很不均匀。其磨损的主要部位, 在连杆轴颈彼此相对的内侧表面上。2.3 轴颈表面缺陷现象一、6135柴油机连杆轴颈表面磨损分析原因和分析：6135船用发动机运行一定时间后, 曲轴轴颈表面会产生划痕、烧伤、硬度下降等缺陷。这些情况与曲轴工作条件和修理装配情况有关。轴颈表面会产生划痕, 是润滑油不清洁、滤清效果不好造成的。因此, 6135 柴油机在工作200 h( 或相应的公里数) 后, 应拆洗刮片或粗滤器的滤芯和离心式细滤器的转子。轴颈表面烧伤, 是配合间隙过小或润滑油不足而造成的。因此, 修理时必须留有合适的间隙, 并保证运行时有足够的润滑油流量, 以带走因摩擦而产生的热量。轴颈表面硬度下降的原因, 主要是曲轴烧伤抱轴产生的高温使轴颈退火, 以及多次修磨使硬度高的热处理表面层减薄或修磨时受热退火而引起的8。2.4 曲轴的弯曲与扭曲现象 曲轴的基本工作载荷是弯曲载荷和扭转载荷；对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施的曲轴还可能承受着幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效是主要破坏形式。曲轴是内燃机曲柄连杆机构的主要组成部分、三大运动件之一，是主要传力件。它的功用是把气缸中所作的功，通过活塞连杆汇总后以旋转运动形式输出。此外，曲轴还传动保证内燃机正常工作需要的机构和系统附件(如配气机构、燃油泵、水泵、润滑油泵等)，因此曲轴工作的可靠性和寿命在很大程度上影响内燃机工作的可靠性和寿命。大、中型柴油机的曲轴较细长，刚性较低。安装后，自重使主轴颈座贴于主轴承下瓦表面。因此各主轴承孔的中心连线就是各主轴颈中心的连线实际轴线。当各主轴承中心高低不一时，安装后的曲轴中心线就不是一根平直线而是呈弯曲弧线。 若存在挠曲，曲轴在回转一周中，两个曲柄臂之间的距离（简称臂距）就会发生变化。当轴线呈下塌挠曲时，曲柄销在上止点时臂距就会比曲柄销在下死止点时的臂距大。若曲轴轴线呈上拱挠曲，则情况相反5。 （图2.4）挠曲与臂距差（图2.4.1）a)下弧线弯曲；b)上弧线弯曲曲柄臂扩张收拢变形主要发生在曲柄臂与曲柄销连接处，造成曲柄臂与曲柄销连接过度圆角处产生交变的弯曲应力。由于这种弯曲应力与气缸内气体压力无直接关系，故称附加弯曲应力，其数值大小难以精确计算与控制，但其反复作用是引起曲轴产生弯曲疲劳断裂的主要起因，所以在安装、管理中应该严加监视和严格限制。 通过测量曲柄销在不同位置时的曲柄臂距进行比较，即可判断该曲柄的轴线挠曲的情况16 。6135柴油机曲轴根据臂距差判断主轴承的高低实例定性判断方法主要有：1） 分析法对臂距差、轴线状态和轴承位置基本关系分析轴承高度：当测得臂距差0该曲柄轴线呈塌腰形状态，两主轴承低于相邻轴承；0轴线呈拱腰形状态，两主轴承高于相邻轴承。利用基本关系判断主轴承高低是最基本的方法，可以根据臂距差值迅速做出判断，生产中普遍应用。2） 桥规法 （1）以机座上平面为基准，测取主轴颈距桥规的距离； 将曲柄转至上止点测量， （或测取0、90、180、270值后取平均值）。（2）主轴颈的下沉量 测取的桥规值与初始的桥规值之差为下沉量。（忽略了轴颈的磨损）（3）利用桥规值作曲轴轴线状态图 拂刮位置较高的轴承，更换磨损较大的轴承进行调整。 3） 臂距差法（1）经验判断法以端部曲柄开始(自由端、或拆去飞轮的飞轮端)。 若0，表示1主轴承位置较相邻2主轴承高； 若0 ，表示1主轴承位置较相邻的2主轴承低；当相邻两缸如1或3的臂距差均为“”，则中间的“2”主轴承最低； 若1或3的臂距差均为“”，则中间的“2”主轴承最高。 （2）简单作图法 以7号缸机为例，其臂距差值为：曲柄号+0.12+0.02+0.14-0.17-0.12+0.07+0.05作图步骤：图中，第5道主轴承位置最高，第2、7道主轴承位置最低。（3）较精确的作图法（MAN-BW型柴油机作图法）臂距差法：确定基准线的方法：(根据基准线，判断各道主轴承的位置高低) 利用桥规值作基准线。 过首、尾端主轴承中点画主轴承中线分别与曲轴轴线相交于一点，自该点分别向上截取线段等于各自的桥规值，连接首、尾桥规值线段终点的直线即为基准线。它相当于机座上平面，依其确定各道主轴承位置准确、合理。以曲轴轴线上位置最低的两道主轴承处的连线作基准线 图中以第2、7道主轴承的连线XX作为基准线，各主轴承位置均较高，第5道主轴承最高，即磨损最小，此法简便、合理。用首、尾主轴承中线与曲轴轴线的交点连线作为基准线。 此法简便，为近似方法。2.5 曲轴的裂纹和折断现象 曲轴断裂是机械破坏的最终结果，其最初表现为裂纹。弯曲疲劳裂纹多开始于曲柄臂与轴颈的过度圆角处，然后向曲柄臂发展。扭曲疲劳裂纹则往往从园孔、圆角部位开始， 与轴心线呈 45方向向轴颈发展。而许多裂纹往往是两种应力复合作用破坏的结果8。曲轴疲劳裂纹（图2.5）弯曲疲劳损坏多发生于使用时间较长的柴油机上。扭曲疲劳损坏一般出现在柴油机运转初期。弯曲疲劳损坏多于扭曲疲劳损坏6。（图2.5.1）一、引起曲轴产生裂纹的实际原因主要有：主轴承磨损不均，船体及机座变形等造成曲轴挠曲变形，运转中使曲轴在较大的附加弯曲应力下交变变形破坏。由于产生扭转共振（在临界转速下）使曲轴承受过大的附加扭曲应力而破坏。由于爆发压力太高或因轴承烧熔，使曲轴受到过大的弯曲载荷或过大扭曲载荷。在柴油机长期超负荷运转，主机多次发生拉缸、咬缸等事故时，曲轴更易产生裂纹。曲轴坯材中存在白点、夹渣等缺陷或因锻造工艺不良，使轴颈表面高应力区产生缺陷，或因热处理不良产生裂纹源。工作中，在交变负载下，这些地方首先破坏并向外扩展。由于设计、制造质量低，使轴颈与曲柄过度圆角处或油孔圆角处过度圆角半径太小或太粗糙，故使应力集中加剧，加快圆角处破坏。由于润滑油变质，酸性物质或水分对轴表腐蚀，使抗疲劳强度下降。轴表面被磨成粗糙划痕，则亦会加快裂纹产生。 二、6135船舶柴油机曲轴裂纹及断裂的分析实例 ： 曲轴是船舶柴油机最主要的部件之一，它的作用是汇集柴油机各缸所做的功，并以回转运动的方式传递出去由于曲轴受到数值很大且是周期性变化的扭转、弯曲和压缩等多种载荷的作用，工作条件非常恶劣，所以不仅对它的加工精度要求非常高，材料也要求具有良好的综合机械性能和疲劳强度曲轴造价特别高，一旦损坏，不仅直接影响柴油机的正常运转和船舶的安全航行，还会造成巨大的经济损失目前，人们通常是在设计阶段对曲轴进行应力的核算，或者在事故发生之后对曲轴进行检查然而由于安装调试误差、柴油机各缸发火不均匀、机件的磨损、老化，以及船舶轴系振动失中等原因，曲轴实际应力状态难于维持在理论设计状态 柴油机曲轴断裂事故虽不是特别常见，但曲轴出现裂纹的事故却时有发生对曲轴裂纹及断裂的原因、表现、及预防措施进行研究，可以有效地避免机毁事故，极大地降低事故损失6。6135船用柴油机曲轴裂纹及断裂故障多属疲劳破坏。因为曲轴是一个弹性轴，在回转中受到各缸交变的气体压力、往复惯性力和离心力， 以及由此引起的弯矩和扭矩的作用，发生强迫扭转振动，形成复杂的交变应力和扭转或弯曲振动附加应力，加之曲轴形状复杂。疲劳破坏一般可分为三种类型：扭转疲劳破坏、弯曲疲劳破坏和扭转弯曲疲劳破坏。对于6135船用柴油机曲轴，扭转疲劳破坏一般产生在柴油机使用的初期，发生损坏的部位，一般从应力集中严重的油孔或轴颈过渡圆角处开始出现裂纹，并逐渐沿与轴线约成45。角的两个方向在轴颈上延伸，直至发生断裂扭转疲劳断裂的特征是断面与轴线成45。角的倾斜状，断面上的裂纹近似为螺旋线。6135船用柴油机曲轴的扭转疲劳断裂虽然在曲轴的设计和制造过程中一般都会采取多种措施，调整曲轴的固有自振力矩的变化频率，但共振现象仍有可能发生。这是因为激振力矩中包括气缸中气体力产生的周期性变化的力矩、曲柄连杆机构的重力和惯性力的周期性变化的力矩以及曲轴所驱动的各机构的周期性变化的阻力矩等。其中气缸中气体力产生的周期性变化的力矩是使曲轴产生扭振的主要激振力矩。在多缸发动机上，各缸的气体压力产生的周期性变化力矩的大小是否均衡，对激振力矩的变化频率有着直接的影响，是发生曲轴共振的潜在威胁。当各缸气体压力大小不等时，会在原有的扭振谐波中出现一个因各缸周期性变化的力矩振幅不等而形成的低频谐波(各缸气体压力大小不等的扭振波形变化每工作循环重复一次，即这种低频谐波的变化周期为720度，正常的变化周期与发火间隔角相等，为720。)。实践证明，对曲轴有威胁的是那些振幅值较大、频率较低的交变力矩。多数柴油机由于燃油系统使用柱塞式喷油泵对各缸供油，正常情况下，各缸的供油量就存在一定程度的不均匀度(额定转速下的供油量不均匀度应不大于3，怠速时供油量不均匀度应不大于30)在柱塞偶件经过长时间磨损后，供油量不均匀现象更为严重，因而使各缸最大爆发压力大小不均，所产生的周期性变化的力矩大小也不等，出现严重的功率不平衡现象。其后果是加剧了曲轴扭转振动的附加应力，容易发生曲轴扭转疲劳破坏。同时，各缸功率大小不均又使得各道主轴承的磨损不均匀，导致曲轴轴线弯曲变形，使曲轴回转时，产生过大的附加交变弯曲应力，这是发生曲轴弯曲疲劳破坏的主要原因之一。由于曲轴的第一道和最末一道主轴承的磨损要比中间其它几道的磨损要小一些，所以交变弯曲应力沿其长度方向的分布是中间和两端曲柄有较大值，使得曲轴弯曲疲劳破坏经常出现在曲轴中间或两端的曲柄上。一般情况下， 曲轴的弯曲疲劳破坏远多于扭转疲劳破坏。这是由于曲轴的弯曲应力集中系数比扭转应力集中系数大，但更主要的是因为曲轴的弯曲应力难于精确计算。柴油机在运转中由于各道主轴承磨损不均匀致使曲轴轴线弯曲，曲轴变形，产生很大的附加弯曲应力。运转中的曲轴各道主轴承磨损量是难以掌握和控制的，因此所致的附加应力也就难以计算和控制。相反，曲轴的扭转应力可以通过扭振计算很准确地获得，并且可以采取有效的减震措施，在柴油机运转中避免扭转过载，因此， 曲轴的扭转疲劳破坏相对的少些。2.6 曲轴烧蚀现象 曲轴烧蚀，主要由曲轴轴颈与轴瓦间未能形成有效润滑油膜，使得曲轴轴颈与轴瓦直接摩擦所 致。当柴油机发生曲轴烧蚀时，会冒白烟，发出金属撞击异响声，甚至会造成曲轴与轴瓦抱死在一起 而无法转动。一、发生曲轴烧蚀现象的原因和分析：1 机油品质差HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网1)机油品质低劣。选用的机油质量等级和粘度等级较低，或不同牌号机油进行掺兑使用，造成机 油的使用性能达不到要求 ；机油使用过程中混入了大量灰尘，以及因柴油机工作温度过高等使机油氧化变质。氧化变质的机油呈黑色、无光泽，浓度增大，用两手指捻机油，感觉机油里有粉尘、杂 质等。若发现所用机油呈现以上现象时，必须及时更换。2)机油变稀。由于一部分柴油机喷油泵润滑采用压力润滑方式，一旦喷油泵与润滑油道密封失 效。柴油进入润滑油腔，将会使柴油机润滑油稀释变质。此外，若水套有裂纹或有砂眼气孔，使冷却 水渗入机油里也会使得机油变稀。可检查柴油机上部零件(缸盖上平面、气阀机构、缸盖罩壳)是否有水蒸气或水珠。若发现使用中 机油容量增加，浓度下降，粘度降低，并有生油味则说明机油中混入柴油。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网2 机油存量不够、机油压力较低HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网机油存量不够、机油压力较低，会造成柴油机润滑机油流量不足，进而不能保证柴油机曲轴轴颈 与轴瓦之间形成润滑油膜。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网可检查油底壳内机油的数量和机油压力表的读数，进一步检查机油管路中有无堵塞、泄漏等异常 现象。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网3 曲轴轴颈与轴瓦间隙太大或太小HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网1)曲轴轴颈与轴瓦因间隙太大，致使柴油机机油压力较低，无法形成足够润滑油膜。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网2)曲轴轴颈与轴瓦因间隙太小，曲轴轴颈与轴瓦之间油膜厚度不够或无润滑油膜。当出现间隙过大或过小时，可用千分尺、量缸表检查轴颈、轴承孔、轴瓦尺寸，计算其配合间隙， 也可用塞尺直接测量配合间隙。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网4 曲轴或缸体的几何尺寸超差HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网1)曲轴径向跳动超差较大，使轴颈与轴瓦间隙小或无间隙，润滑油膜厚度不够或无润滑油 膜。2)缸体主轴承孔同轴度超差，致使主轴颈与轴瓦间隙太小或无间隙，润滑油膜厚度不够或无润滑油膜。3)汽缸与主轴承孔垂直度超差，致使连杆轴颈、主轴颈间隙太小或无间隙，润滑油膜厚度不够 或无润滑油膜。在新机或大修后柴油机投入使用时间不长的情况下，往往会形成上述现象。确定几何尺寸超差部 位可以先用手摇把摇转柴油机曲轴(旋转费力)，然后逐缸松卸柴油机主轴承盖和连杆轴承盖，再转动 曲轴。根据其旋转曲轴力矩大小，变化差异来具体确定(但确定超差值的大小，则需解体柴油机，用专用检具测定)。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网5 曲轴主轴颈、连杆轴颈形状尺寸超差HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网曲轴主轴颈、连杆轴颈或缸体主轴承孔、连杆大头孔圆柱度 或锥度差较大，均会使轴颈与轴瓦间隙断续(间断)或呈锥形。不能保证形成较好的润滑油膜。在新机或大修后柴油机投入使用时间不长，易发生上述现象，可对轴颈尺寸进行测量。若被测轴 颈烧蚀，可测相邻相应轴颈(因常规下相邻相应轴颈采用同一设备、同一刃具加工，从而可代表烧蚀 轴颈的形状误差)。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网6 曲轴主轴颈、连杆轴颈表面粗糙度超差HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网由于粗糙度差，在轴颈表面上存在许多金属棱峰，它破坏了轴颈与轴瓦之间润滑油膜的完整性和 连续性。金属棱峰直接与轴瓦摩擦，造成曲轴烧蚀。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网故障常发生在新机或大修后柴油机投入使用时间不长。若被测轴颈烧蚀，可用粗糙度检测仪测 量相邻相应轴颈(因一般情况下，相邻相应轴颈采用同一设备、同一刃具加工，从而所测粗糙度可代表其烧蚀轴颈粗糙度)。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网7 曲轴、飞轮、离合器动平衡超差HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网动平衡超差时，曲轴高速旋转产生惯性力，会使曲轴轴颈与轴瓦配合间隙受到破坏，严重时会使 轴颈与轴瓦直接摩擦而造成曲轴烧蚀。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网故障一般发生在机械行驶10000km以后，曲轴烧蚀后可清除轴颈上残留的杂物，重新校检动平 衡，其不平衡量基本上可表示其烧蚀轴颈动平衡超差量。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网8 维护保养不当HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网柴油机运行一段时间后若不及时进行合理的维护与保养，将造成机油泵限压阀等零件发生磨损、 失效变形。机油滤清器滤芯会被油污、油泥堵塞，使机油压力降低，引起曲轴烧蚀。曲轴烧蚀，主要由曲轴轴颈与轴瓦间未能形成有效润滑油膜，使得曲轴轴颈与轴瓦直接摩擦所致。当柴油机发生曲轴烧蚀时，会冒白烟，发出金属撞击异响声，甚至会造成曲轴与轴瓦抱死在一起 而无法转动。因此，必须对其故障产生的原因进行正确地分析与判断。HCk铁甲工程机械网-挖掘机网-工程机械网二、6135船用柴油机曲轴磨损和烧蚀的分析实例：“桂油193” 轮是在发生海上搁浅事故后进厂修理的，主要工程是部分船体换板， 主机(德国产6NVD48A一2U，735kW)仅做清洁保养，在修后的试航中，测定主机爆炸压力完毕时，发现各缸排气温度急剧上升， 即刻停车检查 在未查明原因情况下又重新启动，温度再次急剧上升，再次停车进行检查，发现2主轴承上盖断裂，曲轴烧毁，因无配件，主机报废。现就此次事故的原因做出分析，总结经验教训。该类型曲轴故障的原因大多数是由管理操作不当引起的。综合分析有以下几点：(1)柴油机长期超负荷工作使曲轴长期处于疲劳状态，或柴油机起动后没使柴油机过度运转，立即加大油门高速运转，极易产生故障。因为曲轴原处于静止状态，由于曲轴本身及活塞连杆组件的重量作用，使曲轴紧压着轴瓦，轴瓦中原含有的滑油大多被从曲轴与轴瓦的间隙中挤压出去。当曲轴处于高速运转时，因为滑油少，不能形成油膜，曲轴与轴瓦之间不能产生液体磨擦，只能处于半干或干磨擦状态，致使轴瓦在高温下熔化，即“烧瓦”，形成“瓦抱曲轴”的现象。(2)曲轴和轴瓦磨损异常主要是润滑系统的故障造成的。油压低或滑油含水变稀，若曲轴轴瓦烧瓦后在即将死机时，因气缸内活塞还在往复运动做功，加之飞轮的惯性，曲轴会继续转动一个转角。但此时轴瓦已与曲轴抱在一起了，于是轴瓦在瓦座内也转动了一个转角，操作人员强行转动曲轴或重新起动，使瓦座磨损加剧。(3)滑油中含有机械杂质，或其他杂质颗粒，致使曲轴锥度和椭圆度的产生，因为曲轴的轴颈不圆，使润滑油的分布不均，从而使润滑性能下降，轴瓦温度升高，导致“烧瓦”。(4)连杆轴瓦间隙过大，滑油不易储存，间隙过小，滑油不足，轴瓦会咬住轴颈形成“烧瓦”。(5)柴油机在运行一段时间后，若不及时进行合理的维修保养，将造成滑油泵限压阀、滑油泵等零件磨损失效变形。滑油过滤器滤芯被油污、油泥堵塞，使滑油压力降低，引起曲轴轴瓦“烧瓦”。事故原因的结论：修理前由于主轴承上盖产生裂痕，导致主轴承间隙变化过太和主轴承螺挂松动，在航行试验中易产生曲轴振动，测定爆炸压力时， 由于有停缸时刻，致使曲轴各轴颈负荷在某一时刻发生不平衡，曲轴的振动撞击加大，润滑油膜的形成遭到破坏，从而引起主轴承和主轴颈烧坏(主轴承烧伤后，使附加负荷突增，排气温度和油温急剧上升)。由于主机从高速状态下紧急停车而非缓慢降速，产生的巨大惯性加剧了曲轴损伤程度， 而重新启动的结果是造成更大程度的破坏。-31 -第3章 船舶柴油机曲轴故障的对策3.1 简述船舶柴油机曲轴的故障对策柴油机在长时间使用后其曲轴的修复, 也即柴油机使用寿命的恢复, 是一个众所周知的实际问题。柴油机修理厂在执行交通部有关节约资源和进口产品国产化的任务时, 这一问题就更为突出。但是在许多修理厂中, 由于曲轴修复比较复杂和修理成本较高, 所以未能进行这项工作。目前，国内研究水平关于曲轴修复的主要方法有:如擦伤、划痕; 镀复法修复被磨损之轴颈的直径; 堵焊法消除曲轴长期使用中产生的剩余应力等等。3.2 轴颈磨损现象的对策一、轴颈磨损现象的对策：1、加大给油量来改善润滑。由于润滑油的质量下降或者乳化之后，严重影响曲轴的润滑效果，那么就会加速曲轴的磨损。2、保证柴油机的曲轴的温度在合适的范围之内。如果柴油机曲轴的温度过高或者是过低，都会直接影响各个部件的性能，加速柴油机曲轴的表面磨损。由于机油温度升高，机油压力下降明显，容易造成机油加速老化，因此在内燃机日常运行中应将机油温度控制在合适的范围之内。3、保证油压力正常。如果压力过小，会使轴颈与轴瓦之间的润滑油流量小，不能形成正常的润滑油膜，导致轴瓦烧损。如压力过大，会使柴油机曲轴的负荷过载。增加了曲轴的磨损。4、保证曲轴和轴瓦的间隙。在船舶日常航行检查的项目中，检查柴油机曲轴和轴瓦的间隙是必要的。间隙过大或者过小，关系到滑油的厚度，会降低润滑油的的润滑性能，加速柴油机曲轴的表面缺陷的产生。二、修复方法：轴颈圆度、圆柱度超差时，应及时修正，一般采用车床光车，如果条件允许，最好采用曲轴磨床进行磨削到要求尺寸。但修理较大的曲柄销颈时，由于设备条件限制，一般都采用硬模手工修复。轴颈表面擦伤与腐蚀的修理。轴颈表面有较浅的伤痕用油石磨削，然后抛光处理，较深伤痕用油光锉锉削，然后油石磨削，最后抛光处理。3.3 轴颈表面缺陷现象的对策一、轴颈表面缺陷现象的对策：1、保证润滑油的质量和数量。由于润滑油的质量下降或者乳化之后，严重影响曲轴的润滑效果，那么就会加速曲轴的磨损。使用过程中混入了大量灰尘，以及因柴油机工作温度过高等使润滑氧化变质。氧化变质的油呈黑色、无光泽，浓度增大，用两手指捻，感觉机油里有粉尘、杂 质等。若发现所用机油呈现以上现象时，必须及时更换。润滑油数量减少，也会加速磨损，所以要保证选用优质的润滑油和保证润滑油的数量充足。2、保证柴油机的曲轴的温度在合适的范围之内。如果柴油机曲轴的温度过高或者是过低，都会直接影响各个部件的性能，加速柴油机曲轴的表面磨损。由于机油温度升高，机油压力下降明显，容易造成机油加速老化，因此在内燃机日常运行中应将机油温度控制在65以下。这就要求操作时经常检查低温冷却风扇运转状态及低温冷却水箱循环情况，发现温度高时及时处理。3、机油压力过低，会使轴颈与轴瓦之间的润滑油流量小，不能形成正常的润滑油膜，导致轴瓦烧损。引起机油压力过低的原因很多，在维修中有两点应引起注意：一是内燃机修理时在清洁和安装的过程中，用棉纱擦拭，致使一些线毛粘附在零件上，工作中被机油冲洗下来后吸附在过滤器的滤网上。二是机油滤清器在更换密封垫圈时粗心大意将油孔堵住，这样均会人为地使机油压力偏低，以致出现烧瓦事故。4、保证曲轴和轴瓦的间隙。在船舶日常航行检查的项目中，检查柴油机曲轴和轴瓦的间隙是必要的。间隙过大或者过小，关系到滑油的厚度，会降低润滑油的的润滑性能，加速柴油机曲轴的表面缺陷的产生8。3.4 曲轴的弯曲与扭曲现象的对策 一、曲轴的弯曲和扭曲的处理方法：1、弯曲的修理: 当曲轴的弯曲度较小时，一般采用机加工主轴颈的方法解决; 弯曲较大时，为了减化主轴颈的加工工艺，可先用机械校直法、加热校直法、加热机械校直法进行校直。2、扭曲的处理。扭曲主要发生在整体式曲轴上，会使曲柄夹角发生变化，超过10应予以报废。小于10则不必修理，可适当改变柴油机的配气定时和降低功率继续使用。待修的曲轴均存在不同程度的弯曲变形, 必须进行矫直处理。矫直的要求有如下两点:(1) 恢复曲轴的同轴度和跳动量, (2) 矫直后的曲轴不允许对其性能产生任何影响。 不能用损失曲轴的有效承载面积的方法进行矫直, 如磨削的方法。因为此法对消除塑性变形产生的应力无济于事, 反而削弱了承载面积, 使传递功率受到损失。首先分析弯曲变形的轴颈表面的受力状态, 在小范围的塑性变形中, 其凸弯面上产生了张力, 即拉应力, 而在凹弯面上产生了压应力。关键的问题是如何将上拉下压的应力消除。我们知道, 任何一个应力场都是一个能量场, 矫直的过程就是如何使不正常的应力场能量释放的过程。具体有如下两种矫直方法:1) 自然时效法。即将弯曲的曲轴, 按其弯曲的状态固定位置存放, 在重力场的作用下, 逐渐将其应力场抵消, 进行慢速的能量释放, 可以达到预期效果, 但所需时间较长。2) 应力场能量消除法。或称之为手槌敲击振动能量消除法。对具有良好的冲击韧性和小范围的塑性变形而言, 此法最适宜改变曲轴的变形。其振动敲击的部位不同于人们一般相象的部位, 绝不是哪里弯凸就敲击哪里, 而是一种特殊的工艺方法, 通过此法消除凸部的拉应力和凹部的压应力,使拉压应力场蓄积的能量消除, 可以达到十分理想的效果。3.5 曲轴的裂纹和折断现象的对策 一、曲轴的裂纹和折断现象的对策针对影响曲轴断裂的上述因素，应从三个方面人手加以控制和改进：第一，正确选材，保证其机械性能和使用性能，提高毛坯的锻造工艺水平，杜绝工件过烧等现象的发生；第二，对曲轴的加工工艺作适当调整；第三，规范柴油机的安全操作。其中工艺调整和安全操作应注意的问题如下：1、工艺调整1）严格控制R弧的各项参数在加工过程中通过对砂轮圆弧的修整来严格控制R弧的形状、粗糙度及尺寸要求，使圆角能圆滑过渡且粗糙度均高于图纸要求。2）中频改高频曲轴在热处理过程中，因为中频淬火淬硬层较深，单面达348ram淬火应力特别大，自回火又不能完全消除淬火应力，在发动机工作时，就很难保证曲轴不发生断裂。根据实际情况和机械部的内燃机曲轴技术条件(JBT6727 93)，我们把连杆轴颈的中频淬火改为高频淬火，在淬硬层变浅的同时，也减少了淬火应力，提高了疲