某船主机凸轮轴异响故障的排查与修理.docxVIP

一、故障的发现

某船柴油主机,德国哈尔伯斯塔机器制造厂生产,型MAN-KZ60/105E。

某次航行时发现,进五(150r/min)工况下,左主机各种工作参数正常,唯齿轮箱上部操纵侧出现不连续异常声音。

降速,异常声音消失。

相同工况的右主机,同一部位没有这种异常声音。

为了船舶安全和执行任务,立即开始探查原因。

航行中,首先用听诊器和铜棒探听柴油机机架振动情况,确认没有明显变化,排除主机本体振动剧烈引发异响的可能;继而观察转速以及转速调节机构各元件和极限式调速器传动齿轮,未发现明显异常,排除转速导致异响的可能。

抵港后,检查定时齿轮(曲轴上的主齿轮、两个中间齿轮、凸轮轴上的齿轮等共四个齿轮)的固定和啮合,发现:

★各齿轮在机架的上固定螺栓保险完好;

★齿轮无松动;

★四只齿轮的啮合面正常;

★齿隙,用塞尺测量,由上而下分别为:?

第一对0.38mm,第二对0.35mm,第三对0.40mm,符合说明书最大间隙0.45mm的使用要求。

然后,再检查凸轮轴。

凸轮轴由三段组成。

曲轴通过齿轮驱动带换向机构的中段凸轮轴,再通过夹壳式联轴节带动前后两段凸轮轴,如图1所示。

图1凸轮轴示意图

拆检发现,后段凸轮轴联轴节,与上下二块罩壳内壁碰擦。

打开联轴节进一步检查,发现:

★中凸轮轴后端和后凸轮轴前端的键槽处,均有局部裂纹,长度约20mm;

★传动键明显松动,有磨损。

由此可以初步判断,异常声音源于三段凸轮轴对中偏差过大,引起键槽损坏,键磨损松动,连轴节碰擦罩壳,且加剧运转中凸轮轴的振动。

二、确定修理方案

为进一步确诊故障和确定修理方案,逐个排查以下可能的影响因素。

(1)中段凸轮轴两端轴承间隙

压铅法测量中段凸轮轴两端轴承间隙,结果如表1,均未超过极限间隙0.2~0.3mm。

(2)前、后两段凸轮轴轴承磨损程度

塞尺测量前、后两段凸轮轴的轴承间隙,数据如表2,证实轴承磨损在极限间隙0.2~0.3mm范围内。

(3)前、后两段凸轮轴中心线的偏移

由于磁性千分表安装位置的限制,分别在前、后两段凸轮轴上固定磁性千分表,表打中段凸轮轴外圆,盘车测量前后段凸轮轴的中心线,数据如图2。

图2左轮凸轮轴中心线测量

结果显示,三段凸轮轴轴线对中偏差严重:

★前段凸轮轴比中段凸轮轴,偏高0.55mm,偏右0.23mm;

★后段凸轮轴比中段凸轮轴,偏低0.58mm,偏左0.15mm。

由此得出结论:

(1)从轴承间隙和轴承工作表面看,凸轮轴轴承磨损在允许范围。

(2)从中间齿轮的齿隙和齿工作表面看,中段凸轮轴工况正常。

(3)从结构看,前后两段凸轮轴的轴承座通过螺栓和定位销固定在机架上。

由于凸轮反复驱动高压油泵产生的反作用力和力矩作用在轴承座上,而且柴油机运转时强烈振动,使轴承座产生上下方向的移动,造成了三段凸轮轴中心线的偏差。

过大的偏差产生的交变挤压应力,损坏了键,键槽局部裂纹,并导致凸轮轴连接块与罩壳碰擦,产生异常声音。

所以,调整方案是,以中段凸轮轴中心线为基线,调整前后两段凸轮轴中心线。

三、修理与调整

1、修复被损坏的零件

(1)修理罩壳

调整罩壳位置,消除碰擦现象。

调整后测量,罩壳与凸轮轴单向最小间隙2~3mm。

(2)修理凸轮轴联轴节环槽

中段凸轮轴后端,因为裂纹较大,并存在局部剥落,所以:

①拆下;

②剥落和裂纹部位堆焊,保温冷却消除热应力;

③机加工恢复原始尺寸。

后段凸轮轴前端,因为拆装难度大,且裂纹较小,

所以:

①裂纹两端钻止裂孔,直径6mm;

②现场补焊,打磨。

两段凸轮轴修理后,着色探伤,未再发现裂纹。

(3)重配传动平键

①新做平键,用45#钢;

②现场修正键槽,兰油验证接触面超过60%。

2、调整三段凸轮轴中心线

以上工作都是治“标”,消除故障的最终措施在于治“本”,即调整三段凸轮轴的中心线,使其偏差减小到允许范围。

经反复研究,按以下步骤实施。

(1)解除前、后两段凸轮轴的约束

①拆除高压油泵、部分高压油管、空气分配器、换向油缸、控制空气管系等妨碍施工的相关部件;

②拆下前、后两段凸轮轴的轴承上盖。

③取出前、后两段凸轮轴各轴承座与机架间的定位销,旋松各轴承座的固定螺栓。

(2)调整三段凸轮轴的中心线

①利用轴承座下的楔块,调整轴线的上下位置;利用黄铜皮,调整轴线的左右位置:

★前段凸轮轴调低0.55mm,调左0.23mm;

★后段凸轮轴调高0.58mm,调右0.15mm。

②调整结束,紧固各轴承座的固定螺栓。

③初步测量,符合要求。

(3)验证轴和轴承状况

①连接凸轮轴中段与前后两段的联轴节;

②兰油检查前、后两段凸轮轴与各轴承轴瓦,接触良好;

③测量前、后两段凸轮轴的径向跳动,良好;

④测量四道轴承间隙,良好。

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