利用曲軸臂距差判斷柴油機軸承磨損狀況
2011-10-26
作者：戈志雄 王靜亞
（西安市北二環西段29號西安市市政設施管理局）
當柴油機曲軸曲拐的兩個主軸承低于相鄰軸承時，曲拐的兩段主軸頸彎曲成塌腰形。若此時曲柄銷轉至上止點（見圖1a），曲拐的兩臂向外張開，會使兩臂的距離（L上）增大；若曲柄銷轉至下止點（見圖1b），兩臂則向內收攏，兩臂之間的距離（L下）減小。當曲拐的兩個主軸承高于相鄰軸承時，曲拐的兩段主軸頸彎曲成拱腰形。若此時曲柄銷轉至上止點（見圖1c），兩臂收攏，臂距（L上）減小；曲柄銷轉至下止點（見圖1d）時，兩臂伸開，臂距（L上）增大。當曲軸坐落在高低不等的軸承上時，曲軸軸線將向下或向上彎曲，而且當曲軸回轉一周時，臂距都會發生一次周期性變化。曲拐兩臂之間的距離稱為臂距值，就是通常所說的拐檔值。曲柄銷在上下死點（或左右水平位置）時的臂距值之差就是臂距差或拐檔差。常用Δ表示，即Δ垂直= L上－L下，Δ水平=L左－L右，在實際使用中，多用Δ垂直。由圖1可以看出，當曲拐的兩段主軸頸彎曲成塌腰形時，L上> L下，Δ垂直>0，反之，若兩段主軸頸彎曲成拱腰形，Δ垂直<0。所以，測量各曲柄的拐檔差，就可以根據它的正負值和值的大小確定主軸承的高低程度。（西安市北二環西段29號西安市市政設施管理局）
圖1 拐檔差的周期性變化
拐檔差無法避免，受諸多因素影響，如機座變形或下沉、活塞安裝與否、軸系的連接誤差等。它的存在，會使曲柄臂和曲柄銷連接的過渡圓角處產生時拉時壓的交變應力，導致疲勞裂紋而損壞。拐檔差的測量均使用專門的拐檔表。將拐檔表安放在兩曲柄臂之間的固定位置（一般都在出廠時已打好測量用的凹痕）上進行測量。在CAT3500型柴油機次大修時，需要在現場選擇銃點，銃出凹痕以便測量，根據經驗，可以大致定在一個水平位置上的兩個點，標準的位置是距曲柄銷軸線（S+D）/2（S為活塞行程，D為主軸頸直徑）處。
拐檔差的測量有兩種情況：活塞部件在曲軸上安裝和不安裝。不安裝時分別測量4個位置即0°、90°、180°和270°，一般取0°和180°兩個位置的數值使用。安裝時分別測量5個位置即0°、90°、165°、195°和270°，下死點取165°和195°兩個位置的平均值。
圖2是以曲柄銷位置為準記錄讀數的例子，采用A→B→C→D→E的順序測量記錄。那么該道主軸承的拐檔差在垂直方向是－4－[0+（－0.5）]/2=－3.75（即0.0375 mm），在水平方向是（－3）－（－1）=－2（即0.02 mm）。以上數字可以判斷該主軸承的相對位置較高，水平方向向左偏較大。可以參考經驗值近似查看拐檔差的極限范圍：新機或大修后的柴油機一般約為S/10000，運行至2S/10000則必須重新大修或換新曲軸。
圖2 拐檔差的測量
根據拐檔差可以了解曲軸軸線的狀態和判斷主軸承的高低，從而可以調整主軸承的高低以控制曲軸的變形，使其在允許的范圍內。在理論上可以用作圖的方法判斷，下面介紹一種曲軸中心線的簡單作圖法，利用上、下止點的拐檔差值做垂直平面內曲軸軸線狀態圖。如圖3所示，取橫坐標為各缸中心線所在位置，縱坐標表示拐檔差值，將附表中各缸曲柄拐檔差標于相應汽缸中心線上，連接汽缸中心線上各點所得的折線可近似表示出垂直平面內的曲軸軸線的狀態。由圖3可以看出，第4道主軸承Z高，第3道主軸承Z低。因此需要調整第4道主軸承下瓦使之位置降低，從而調整曲軸中心線狀態。
圖3 主軸承位置與拐檔差的關系
特別需要注意的是，曲柄拐檔差變化的原因不只是主軸承高低，還可能是機座變形等。所以僅僅依靠拐檔差是無法確定曲軸變形原因的。若在測取各曲柄拐檔差的同時，用橋規或測深千分尺測出各道主軸承的下沉量，即可判明曲軸變形的原因。若拐檔差與軸承下沉量相互吻合，則說明曲軸軸線變形是由于軸承磨損、軸承中心線不正所致。若二者互相矛盾，則說明機座變形。因為當機座變形時，各軸頸的橋規值是不變的，而拐檔差變化可能很大。所以，在對拐檔差進行例行測量之前，應先檢查機身、機座、機架等各接合處有無松動。實際工作中，作圖使用較少，一般都是依據經驗，根據拐檔差的符號和大小直接判斷曲軸的狀態和主軸承的高低；若曲軸相鄰兩個曲柄拐檔差值為正，則它們中間的主軸承一般偏低，拐檔差值越大則越低，反之偏高。曲軸自由端曲柄或飛輪的輸出端曲柄，若其拐檔差值為正，則一般表示端部主軸承較相鄰主軸承位置偏高，反之偏低。
拐檔差的測量在具體操作時的要求是：安裝拐檔表時鑿的凹坑大小、深度及位置要合適，兩凹坑盡可能在同一水平線上；測量探針要可靠落位；拐檔表要留有一定的壓縮余量，并進行表盤調零；順、逆時針各測一次再取其平均值。
