二沖程柴油機(jī)主軸承座損傷原因分析及修理工藝
2009-09-14
陳阿貴；張凱峰
（大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司）
（大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司）
摘要：文章探討了船舶主機(jī)主軸承座損傷的原因及修理方法，通過實(shí)例介紹了同類柴油機(jī)在拆裝主軸承中應(yīng)注意的問題和出現(xiàn)損傷問題的修理工藝和經(jīng)驗(yàn)，供同行借鑒。
關(guān)鍵詞：主軸承座；損傷；分析；修理工藝。
Abstract: In this paper, the reason and workmanship of M/E main bearing seat scratch probed, what should be pay attention when the same kind diesel engine main bearing taking out & fitting back and the experience of repairing are introduced and referenced.
Key words: Main bearing seat；damage; Analysis；Repairing technique
前言
修船工作中常常遇到一些疑難的問題, 剛剛發(fā)現(xiàn)時(shí)令人感覺難以處理, 或者說難度很大,無從下手,但是從工作原理和設(shè)計(jì)規(guī)范要求入手研制輔助修理的工裝工具， 往往會找到解決的辦法, Z近在某船廠修理的船舶中就遇到了一件這樣的工程。
主軸承座損傷的基本情況
那是一條八萬噸級的希臘籍散裝船, 其中主機(jī)有船檢項(xiàng)目:第七道主軸承拆檢. 這種工程屬于常規(guī)工程. 但是意外就在這次作業(yè)中發(fā)生. 其主機(jī)機(jī)型是B&W 6L80GBE, 缸徑φ800mm, 轉(zhuǎn)速106rpm,功率18400KW，行程1950mm. 施工人員按說明書要求分解主軸承, 1）從主管上拆下滑油管，2）盤車使曲臂朝向主機(jī)排氣側(cè)；在螺栓上安裝定距環(huán)和液壓拉伸器借助液壓拉伸器，松開主軸承螺栓上的螺母；3）在機(jī)架壁板上安裝帶有鋼絲和吊具的導(dǎo)向滑輪將吊具安裝到軸承蓋上，安裝兩個(gè)滑輪，交替使用滑車拆卸軸承蓋和上軸承襯，4）將軸承蓋吊離螺柱并放到相鄰的螺栓上；5）在軸承蓋上安裝帶有兩根繩索的吊具，交替地使用滑輪將軸承蓋從主機(jī)內(nèi)吊出；6）將橫梁放在機(jī)座內(nèi)，其兩端靠在中間體橫梁上，把液壓千斤頂放在橫梁和曲臂之間；7）將液壓千斤頂連接到高壓油泵上，泵壓直到曲軸抬高0.2mm；8）導(dǎo)向輪內(nèi)按鋼絲，拉轉(zhuǎn)下軸承襯直到它轉(zhuǎn)到主軸頸上方；9）按與拆上軸承襯相同的辦法從機(jī)上拆出下軸承襯。船檢檢驗(yàn)上下主軸瓦外觀和磨合面合金情況都在正常范圍內(nèi)。重新安裝主軸承時(shí)，檢查間隙和放入必須的墊片，然后用液壓工具把緊主軸承蓋，這要分三個(gè)步驟：先把緊前兩個(gè)螺柱上的螺帽，然后把緊后兩個(gè)，Z后重新把緊前兩個(gè)螺柱的螺帽。注意在下軸襯重新裝入前，不要移開抬升曲軸的工具。按部就班地檢查完上下軸承，之后又重新測量軸承的間隙如下：
此間隙不正常，此機(jī)型主軸承和主軸承間隙為0.35-0.45mm, 因此我們又把軸承打開，發(fā)現(xiàn)上面滑油管折斷，定位銷將下軸承表面拉出寬10mm，深3-4mm，相距70mm的兩道溜子。
原因分析
根據(jù)上述情況分析軸承是在沒把緊的時(shí)候有人盤車，上下軸承隨著主軸轉(zhuǎn)動(dòng)造成的。軸承是厚壁瓦，材料為中碳鋼（35#）表面澆注錫銻軸承合金（ZChSnSb11-6），瓦背與瓦座接觸是鋼與鋼接觸，其摩擦系數(shù)為0.10-0.15；曲軸與軸承接觸為鋼與軸承合金接觸，其摩擦系數(shù)是0.2。在軸承上蓋沒有把緊的情況下，盤車機(jī)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲軸與軸承的摩擦力大于軸承與軸承座的摩擦力，同時(shí)根據(jù)扭矩公式
M=30P/πn
式中P------軸功率（w）
n------軸轉(zhuǎn)速（r/min）
已知軸功率P=15000w，軸轉(zhuǎn)速n=0.5r/min，計(jì)算得M=286624.2N.m
再根據(jù)F=M/R
式中F------作用在曲軸外圓的扭力（N）
R------曲軸半徑（m）
已知曲軸半徑R=0.4m，計(jì)算得F=716560.5N
再根據(jù)F/πｒ２≤σ
式中ｒ------定位銷Z大直徑ｍｍ
σ------材料屈服極限Ｎ／mm２
已知 : σ=480Ｎ／mm２，計(jì)算得r≥21.8mm.其截面積S=1492.8 mm２大于兩只Φ10的定位銷和Φ22×2的滑油管的截面積222.9 mm２，當(dāng)盤車機(jī)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上下軸承隨著主軸轉(zhuǎn)動(dòng)折斷定位銷和滑油管，折斷的定位銷將主軸承座表面拉出了溜子。
主軸承座損傷的修理工藝方法
現(xiàn)在問題明確了，即主軸承座表面拉痕損傷的處理。主軸軸徑φ730，主軸承座孔φ815mm，那麼就是要在直徑φ815mm，42.5mm寬的弧面中來現(xiàn)場作加工和刮磨的工作。這種情況比較少見，找不到現(xiàn)成的方法修理，我們便試著自己研制工具進(jìn)行加工修理。主軸瓦寬度420mm，拉痕寬度70mm，將拉痕處理后使用面積是總面積的83.3%大于標(biāo)準(zhǔn)的75%，那麼這個(gè)拉痕是可以修理的。
首先，為了確定拉痕凸起的高度，加工了外徑為φ42.50mm，φ42.25mm, φ42mm, φ41.75mm, φ41.50mm, φ41.25mm長度200mm的尼龍?zhí)坠?用細(xì)尼龍繩分別從中間串起,把尼龍?zhí)坠軓拇蟮叫∫来畏旁谙峦咦颓S之間,從第七道軸承兩側(cè)拉細(xì)尼龍繩使尼龍?zhí)坠芡ㄟ^,測得φ41.50mm剛好通過，而φ41.75mm不能通過，則凸起在0.75-1.00mm之間。通常機(jī)座材料為30#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,其化學(xué)成分和機(jī)械性能如下:
化學(xué)成分(%)
原因分析
根據(jù)上述情況分析軸承是在沒把緊的時(shí)候有人盤車，上下軸承隨著主軸轉(zhuǎn)動(dòng)造成的。軸承是厚壁瓦，材料為中碳鋼（35#）表面澆注錫銻軸承合金（ZChSnSb11-6），瓦背與瓦座接觸是鋼與鋼接觸，其摩擦系數(shù)為0.10-0.15；曲軸與軸承接觸為鋼與軸承合金接觸，其摩擦系數(shù)是0.2。在軸承上蓋沒有把緊的情況下，盤車機(jī)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲軸與軸承的摩擦力大于軸承與軸承座的摩擦力，同時(shí)根據(jù)扭矩公式
M=30P/πn
式中P------軸功率（w）
n------軸轉(zhuǎn)速（r/min）
已知軸功率P=15000w，軸轉(zhuǎn)速n=0.5r/min，計(jì)算得M=286624.2N.m
再根據(jù)F=M/R
式中F------作用在曲軸外圓的扭力（N）
R------曲軸半徑（m）
已知曲軸半徑R=0.4m，計(jì)算得F=716560.5N
再根據(jù)F/πｒ２≤σ
式中ｒ------定位銷Z大直徑ｍｍ
σ------材料屈服極限Ｎ／mm２
已知 : σ=480Ｎ／mm２，計(jì)算得r≥21.8mm.其截面積S=1492.8 mm２大于兩只Φ10的定位銷和Φ22×2的滑油管的截面積222.9 mm２，當(dāng)盤車機(jī)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上下軸承隨著主軸轉(zhuǎn)動(dòng)折斷定位銷和滑油管，折斷的定位銷將主軸承座表面拉出了溜子。
主軸承座損傷的修理工藝方法
現(xiàn)在問題明確了，即主軸承座表面拉痕損傷的處理。主軸軸徑φ730，主軸承座孔φ815mm，那麼就是要在直徑φ815mm，42.5mm寬的弧面中來現(xiàn)場作加工和刮磨的工作。這種情況比較少見，找不到現(xiàn)成的方法修理，我們便試著自己研制工具進(jìn)行加工修理。主軸瓦寬度420mm，拉痕寬度70mm，將拉痕處理后使用面積是總面積的83.3%大于標(biāo)準(zhǔn)的75%，那麼這個(gè)拉痕是可以修理的。
首先，為了確定拉痕凸起的高度，加工了外徑為φ42.50mm，φ42.25mm, φ42mm, φ41.75mm, φ41.50mm, φ41.25mm長度200mm的尼龍?zhí)坠?用細(xì)尼龍繩分別從中間串起,把尼龍?zhí)坠軓拇蟮叫∫来畏旁谙峦咦颓S之間,從第七道軸承兩側(cè)拉細(xì)尼龍繩使尼龍?zhí)坠芡ㄟ^,測得φ41.50mm剛好通過，而φ41.75mm不能通過，則凸起在0.75-1.00mm之間。通常機(jī)座材料為30#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,其化學(xué)成分和機(jī)械性能如下:
化學(xué)成分(%)
機(jī)械性能
根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)如圖車刀夾具：
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加工程序是先用圖中1所示刀槽，選擇高速鋼刀具W18Cr4V尺寸為：8mm×8mm×80mm，其化學(xué)成分和機(jī)械性能：
化學(xué)成分（%）
機(jī)械性能
把刀條點(diǎn)焊到刀槽上，使刀露出刀架3mm，將刀架用螺栓把緊到主軸上，這樣刀口剛好距主軸表面1mm, 盤車一圈，然后每一次在主軸和刀架之間加0.05mm銅墊用來進(jìn)刀,這樣反復(fù)操作直到刀口距瓦座表面0.20mm停止.此時(shí)考慮到主軸和軸承座孔的中心相對位置相差0.20mm,且為了不碰到軸承座本體,此時(shí)換用浮式刮刀,即取下圖1中使用的刀條,使用圖2中刀槽,先在2個(gè)φ7的孔中安2個(gè)彈簧,彈簧中徑φ5mm,鋼絲直徑2.5mm,長度36mm，彈簧剛度262N/mm,選用80#彈簧鋼絲；再將刀架把緊到主軸上，安上刀條，反復(fù)盤車依靠彈簧的彈力進(jìn)刀，將剩下的0.20mm凸起刮掉，且不傷到本體。浮式刮刀及主軸和軸承座孔的相對位置如圖所示：
按照制造要求主軸承座內(nèi)表面應(yīng)達(dá)到表面出粗糙度Ra=32µm，公差等級IT6, 配合方式H6/s5。為了達(dá)到這個(gè)要求我們又制做了哈夫胎，內(nèi)徑735mm,外徑815mm,寬80mm,外面裹一層150#砂布，用兩個(gè)特制的撐桿來回推動(dòng)放到軸承座上的哈夫胎，靠砂布來對軸承座上表面進(jìn)行拋光。Z后用φ42.50mm的尼龍?zhí)坠軝z測，剛好可以通過，接下來安裝軸承，按要求把緊螺栓后，測量主軸承間隙如圖說示：主軸間達(dá)到了使用要求。
結(jié)束語
通過以上實(shí)例可以了解到常規(guī)工程中也會隱藏著疑難的問題，我們在做常規(guī)工程中要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)程序來進(jìn)行。同時(shí)在我們遇到難題時(shí)，只要能把問題調(diào)查清楚，開闊思路，善于思考，終會找到解決問題的方法。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第三版. 成大先主編. 化學(xué)工業(yè)出版社. 1994年.
[2] 《輪機(jī)工程手冊》. 《輪機(jī)工程手冊》編委會 人民交通出版社. 1994年.
[3] 《船用柴油機(jī)修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》. 中國船舶工業(yè)總公司發(fā)布. 1994年.
[4] 《簡明機(jī)械加工工藝手冊》.徐圣群編 上海科學(xué)技術(shù)出版社. 1994年2月
通過以上實(shí)例可以了解到常規(guī)工程中也會隱藏著疑難的問題，我們在做常規(guī)工程中要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)程序來進(jìn)行。同時(shí)在我們遇到難題時(shí)，只要能把問題調(diào)查清楚，開闊思路，善于思考，終會找到解決問題的方法。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第三版. 成大先主編. 化學(xué)工業(yè)出版社. 1994年.
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[3] 《船用柴油機(jī)修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》. 中國船舶工業(yè)總公司發(fā)布. 1994年.
[4] 《簡明機(jī)械加工工藝手冊》.徐圣群編 上海科學(xué)技術(shù)出版社. 1994年2月
