新聞主題	柴油機曲軸臂距差影響因素和測量方法

 

摘要：曲軸承受著(zhù)各種交變載荷的作用，其造價(jià)占柴油機總價(jià)的10%-30%，是柴油機中最重要的零件之一。曲軸的技術(shù)狀態(tài)直接影響柴油機的可靠性、使用壽命和經(jīng)濟性。實(shí)踐與理論表明，對于各種曲軸，彎曲疲勞是曲軸斷裂的主要因素。曲軸臂距差（或叫拐檔差）的測量就是為了知道主軸承的磨損和曲軸的彎曲程度，同時(shí)臂距差測量與分析也是維修人員理論及柴油機拆裝考核的重要內容?？得魉构驹诒疚闹袣w納了影響曲軸臂距差測量的各種因素以及測量分析與調整時(shí)需要注意的要點(diǎn)。因此，在日常管理中，對曲軸臂距差的測量應給予特別注意，并應極力使曲軸臂距差符合規范要求，以保證曲軸經(jīng)常處于良好的運動(dòng)狀態(tài)。

 

一、曲軸臂距差的影響因素

 

      曲軸臂距差要按照說(shuō)明書(shū)規定或船級社要求的各種檢驗規定進(jìn)行測量。影響曲軸臂距差變化的主要因素如下：

1、柴油機機座對臂距差的影響

      在柴油機與尾軸調配對線(xiàn)安裝時(shí)，墊塊是重要部件，起到固定柴油機機座和調節機座位置的作用。一般柴油機機座的墊塊由金屬材料制成，形狀多樣,加工時(shí)需留0.1～0.2mm的研磨余量，且墊塊與機座的間隙不可插入規格為0.05mm的塞尺。由于金屬材料具有良好的延展性、導熱性，易熱脹冷縮,因此金屬墊塊長(cháng)期處在高溫、高頻振動(dòng)的環(huán)境中易引起柴油機機座發(fā)生形變，從而導致曲軸臂距發(fā)生變化。

2、主軸承不均勻磨損對臂距差的影響

      柴油機在運行過(guò)程中，因為每缸工況存在差異，所以曲軸的每個(gè)軸承所承受的應力不一致，磨損也不盡相同。如果曲軸潤滑油中含有固態(tài)雜質(zhì)且在各主軸承上分布不均，也會(huì )造成相應主軸承磨損加劇。主軸承磨損不均，就會(huì )引起曲軸各主軸頸的不均勻下沉，從而造成曲軸軸線(xiàn)彎曲，曲軸臂距差發(fā)生變化。

3、飛輪對臂距差的影響與對策

      柴油機曲軸上都裝有飛輪，飛輪通常為鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼制成的輪緣形結構，其大部分質(zhì)量集中在輪緣處。由于飛輪質(zhì)量較大，靠近飛輪端的曲軸會(huì )發(fā)生下垂,對曲軸臂距差產(chǎn)生較大影響。

4、缸內氣體壓力對臂距差的影響

      柴油機在運行過(guò)程中，氣缸內的油氣混合物在高溫高壓的環(huán)境中發(fā)生燃燒，且氣體體積迅速膨脹，高壓氣體通過(guò)活塞、連桿等連接件將推力傳遞給曲軸。在這個(gè)高頻且巨大的推力作用下,曲軸會(huì )產(chǎn)生中線(xiàn)向下彎曲的現象。

 

二、曲軸臂距差測量

 

1、測量點(diǎn)的確定

      曲軸臂結構如圖1所示。曲軸臂距值測量點(diǎn)一般均設在距曲柄銷(xiāo)中心線(xiàn)（S+D）/2處，S為活塞行程，D為主軸直徑。

       A點(diǎn)作為固定的測量點(diǎn)。有的大型柴油機為了便于測量或避開(kāi)軸孔套合處，將測量點(diǎn)設在曲柄臂下邊緣B點(diǎn)。B點(diǎn)的△g換成A點(diǎn)的△A值后方可使用標準?？砂聪率綋Q算：

Δ_A=Δ_Β•（OA/OB）mm

      式中：OA為測量點(diǎn)A至曲柄銷(xiāo)中心線(xiàn)的距離，mm；OB為測量點(diǎn)B至曲柄銷(xiāo)中心線(xiàn)的距離，mm。

2、測量步驟

（1）測量工具如圖2所示。檢查臂距表的好壞及靈敏度。用手指按動(dòng)表端頂尖部位數次，看大指針能否回到原位，能回到原位的，臂距表一般來(lái)說(shuō)是好的；大指針回來(lái)的速度越快，說(shuō)明表的靈敏度越好。

（2）從曲臂寬度中心線(xiàn)上尋找，并仔細清潔兩曲臂上的沖孔。

（3）根據臂距選擇測量桿的長(cháng)度，在曲柄銷(xiāo)下止點(diǎn)后150裝表，需要說(shuō)明的是下止點(diǎn)后150°位置裝表部位不需要精確的角度，以裝表后，正車(chē)盤(pán)車(chē)時(shí)不碰連桿螺母為原則，隨著(zhù)裝表點(diǎn)的變化，與其對應的165°測量點(diǎn)也要對應變化。a、e兩個(gè)測量點(diǎn)越接近下止點(diǎn)，其L_下=（La+Le）/2值越精確。調節測量桿的長(cháng)度，使之比臂距大1-2 mm（可以看小指針在1或2處）。然后擰好鎖緊螺母。

（4）裝上配重塊，用手將表來(lái)回擺動(dòng)幾次，看大指針有無(wú)擺動(dòng)，若不動(dòng)，說(shuō)明安裝妥當，可以進(jìn)入下個(gè)步驟。若動(dòng)了，一般來(lái)說(shuō)有可能是下面幾種情況引起：

① 有可能臂距表是壞的；

② 沖孔有垃圾或不正；

③ 測量桿上螺母沒(méi)擰緊；

④ 測量桿不直。在排除以上故障，確認安裝良好后，轉動(dòng)表盤(pán)，使大指針到“0”位。

（5）正車(chē)依次盤(pán)車(chē)到以下測量點(diǎn)：當曲軸未裝活塞連桿時(shí)，測量0°、90°、180°、270四個(gè)位置的臂距值，可自其中任一位置裝表完成測量；當曲軸已安裝活塞連桿時(shí)，測量0°、90°、165°、195°、270°五個(gè)位置的臂距值，自195°位置裝表完成測量。

（6）臂距值正負的確定。與臂距表頂尖向內壓大指針偏轉方向一致的讀作“-”，與此偏轉方向相反的讀作“+”。

 

圖1  柴油機曲軸臂結構示意圖

圖2  柴油機曲軸測量?jì)x示意圖

 

3、測量記錄方法

      當以曲柄銷(xiāo)位置為準記錄讀數時(shí)，稱(chēng)為銷(xiāo)位法；當以臂距表所在位置為準記錄讀數時(shí)，稱(chēng)為表位法。推薦銷(xiāo)位法記錄如圖1所示。

4、臂距差計算

      臂距值，用L表示，俗稱(chēng)拐檔值。臂距差，俗稱(chēng)拐檔差，用符號△表示：

Δ_⊥=L_上-L_下

△_=L_左-L_右

      裝活塞連桿組時(shí)，參照圖2所示，L_下=（La+Le）/2，其中Δ_⊥、△_分別為垂直平面、水平平面內的臂距差。

5、臂距差標準

      CB/T3544-94規定；柴油發(fā)電機整體式和組合式曲軸臂距差應符合圖2的要求。圖中橫坐標表示垂直臂距差Δ_⊥，縱坐標表示沖程S。

      圖中Ⅰ線(xiàn)在左上方為在車(chē)床或平臺上測量的最佳值；在Ⅰ、Ⅱ線(xiàn)之間為曲軸安裝中的優(yōu)良值；在Ⅱ、Ⅲ線(xiàn)之間為柴油機運轉中的合格值；Ⅲ線(xiàn)為柴油機運轉中的最大允許值。而對活塞行程小于200 mm的小型柴油機，因曲軸剛性較好則不必檢驗其臂距差。

6、繪制曲軸軸線(xiàn)狀態(tài)圖

      根據各缸的Δ_⊥值繪制曲軸軸線(xiàn)狀態(tài)圖，具體見(jiàn)實(shí)例分析調整。

7、臂距差的分析調整

      曲拐運轉時(shí)變形一般出現兩種情況。為了便于分析曲軸的變形，簡(jiǎn)化問(wèn)題，對運轉中的曲軸進(jìn)行以下假定：

（1）曲軸設計時(shí)，主軸頸直徑≥曲柄銷(xiāo)直徑，因此可以假設主軸頸與曲柄臂之間為剛性連接，夾角為90°并保持不變。

（2）由于曲軸結構的對稱(chēng)性，因此可以假設曲軸轉動(dòng)時(shí)曲柄銷(xiāo)與兩曲軸臂之間夾角相等。歸納如表1所示。

      另外在水平平面內，當曲柄的臂距差值△為正值時(shí)，說(shuō)明曲柄的兩個(gè)主軸承位置偏右；當曲柄的臂距差值△為負值時(shí)，說(shuō)明曲柄的兩個(gè)主軸承位置偏左。

      測出各曲柄的臂距差后，雖然可以根據正負值來(lái)判斷曲軸軸線(xiàn)的撓曲程度，但是并不能說(shuō)明引起曲軸軸線(xiàn)撓曲的真正原因是各道主軸承磨損不均勻，還是由于船體的變形所致。因此，還需要橋規測出各道主軸承的下沉量。若臂距值與所測的下沉量相互吻合，則說(shuō)明曲軸軸線(xiàn)撓曲變形時(shí)由于主軸承磨損引起；若兩者互相矛盾，則說(shuō)明機座已經(jīng)變形。因為當機座變形時(shí)，各軸頸的橋規值時(shí)不變的，而臂距差變化很大。當機座中部下榻時(shí)，整個(gè)軸線(xiàn)也隨著(zhù)塌下，而曲軸的下沉量并不變化。所以，在測量臂距差前，應先檢查機身、機座等各接合處有無(wú)松動(dòng)。

 

圖3  柴油機曲軸臂距差測量記錄方法

圖4  柴油機曲軸臂距差標準坐標圖

 

三、實(shí)例分析調整

 

      測得康明斯某型柴油機曲軸臂距值如圖5所示。曲軸臂距差計算匯總如表2所示：

表1    臂距差計算結果（1/100 mm）

缸號	1	2	3	4	5	6
垂直臂距差	-7	+5	+21	+38	+27	+12
水平臂距差	+6	-2	-4	+5	-2	+7

 

      作曲軸軸線(xiàn)狀態(tài)圖，如圖6所示。主機活塞行程S=1600 mm，根據圖4標準可知該主機運行時(shí)垂直臂距差Δ⊥應該在0.16 mm~0.32 mm之間，取算術(shù)平均值為0.24 mm。因此該機第四缸曲軸臂距差超過(guò)標準，需要調整。

      按照由簡(jiǎn)單到復雜的檢修原則，對引起曲軸臂距差因素逐一排查，最后確定引起軸臂距差過(guò)大的主要原因是柴油機長(cháng)期振動(dòng)使地鐵過(guò)度磨損。檢修方案實(shí)施如下：

（1）拆卸第V道主軸承位置及與它相鄰的第IV道主軸承位置和第VI道主軸承位置的所有地腳螺栓。

（2）由圖6可見(jiàn)，其中第V道主軸承最低。取出第V道主軸承位置左右的地鐵，測量它的原始厚度并記錄下來(lái)。用經(jīng)驗估算法來(lái)計算地鐵的增厚量。經(jīng)驗估算法（適用于缸徑為600-800 mm的低速柴油機）。主軸承刮低或抬高量γ=（1.3-1.6）△a，其中△a為相鄰兩個(gè)曲柄臂距差變化的數值（mm）。取△a=0.38-0.24=0.14（mm），因此第V道主軸承位置地鐵的增厚量γ=（1.3~1.6）△a，=0.18~0.22（mm）。

（3）在第V道主軸承位置地鐵原始厚度基礎上增加0.2 mm制作地鐵，現場(chǎng)配制使其接觸面達到每平方厘米3點(diǎn)以上的技術(shù)要求，然后地鐵現場(chǎng)鉆孔。

（4）擰緊第V道主軸承位置地腳螺栓。拆卸與其鄰近的松動(dòng)地鐵，現場(chǎng)測量地鐵位置的高度并記錄，在此基礎上增加0.03 mm-0.05mm厚度制作地鐵，然后現場(chǎng)配置，使其符合技術(shù)要求。

（5）擰緊所有的地腳螺栓后，測得曲軸臂距差如表3所示：

表2    調整后曲軸臂距差（1/100 mm）

 

      由此可見(jiàn)，曲軸臂距差得到改善，符合該機運行規范要求。調整結束后，要對曲軸軸心線(xiàn)和氣缸中心線(xiàn)不垂直相交度和導板工作面的不平行度進(jìn)行必要的檢驗和修整，與曲軸所附帶的齒輪、鏈條、軸系等進(jìn)行檢查和調節。

      如果用改變軸承厚度的方法來(lái)調節曲軸臂距差時(shí)，當各道軸承高低相差不大，可以最低軸承為基準修刮偏高軸承；若各道軸承高低偏差較大時(shí)，一般應按修刮偏高軸承和更新偏低軸承的辦法來(lái)調整軸線(xiàn)狀態(tài)。但對于任何一道軸承的修刮或換新，不僅對相鄰兩缸的拐檔差有影響，而且對其他各缸的拐檔差也會(huì )產(chǎn)生一定的影響。所以在確定修刮量或更新軸承時(shí)，需要綜合考慮這些因素。

      無(wú)論是對需要修刮的軸承或是換新的軸承，均需要將軸承取出后測量其厚度，以便更好地確定軸承的修刮量。在進(jìn)行每次修刮時(shí)，其修刮量不應太大，刮低軸瓦時(shí)應比計算值刮得小點(diǎn)（抬高則相反）。軸承經(jīng)初步修刮或換新后，還需要再重新測取各拐檔差值，繪取軸線(xiàn)狀態(tài)圖，檢查軸線(xiàn)狀態(tài)的變化，進(jìn)一步確定軸承的修刮量。這需要經(jīng)過(guò)幾次反復直至拐檔差值達到許用范圍，軸線(xiàn)狀態(tài)恢復正常為止。

 

圖3  柴油機曲軸臂距值記錄銷(xiāo)位法

圖4  柴油機曲軸軸線(xiàn)狀態(tài)作圖

 

四、總結

 

（1）曲軸臂距差值的大小比較只有在相同的條件下（如冷態(tài)和熱態(tài)、氣溫高低、裝載情況、海里和塢內等）才有意義。

（2）主軸瓦和曲軸的磨損是需要一段時(shí)間的，在柴油機油壓、油溫都正常的情況下，曲軸臂距差突然變大，首先要考慮外在因素影響的可能性。

（3）可以用公式（L_上+L_下）-（L_左+L_右）<±0.03mm，來(lái)估計曲軸臂距值測量的準確性，如果幾次測量都超標說(shuō)明曲軸存在嚴重變形。

（4）調整時(shí)不要盲目追求某一缸曲軸臂距差值最小，要整體考慮使每各缸曲軸臂距差值符合規范要求。

（5）刮低或抬高某道主軸承時(shí)，要考慮引起其它相鄰兩缸臂距差的變化。

（6）調整臂距差過(guò)程中，不但要保證臂距差達到要求，同時(shí)要保證主軸頸與主軸瓦接觸良好。

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