主推進齒輪箱軸瓦高溫燒壞分析及整改

周春雨，周二紅

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

某船采用的齒輪箱由齒輪箱本體（內置推力軸承和離合器）、滑油系統、控制箱（含操縱面板）、儀表板、電動備用泵（滑油）、控制箱（滑油電動備用泵）組成。

齒輪箱通過高彈與主機相連，將主機轉速變為調距槳所需的轉速，同時承受螺旋槳產生的正、倒車推力及扭矩，同時將主機的轉速變為軸發電機和對外水泵所需的轉速，通過PTO（Power Take Off，軸帶發電機）軸輸出至軸發電機和對外水泵。配油器法蘭連接口位于齒輪箱輸出軸的前端，主推進輸出和消防泵PTO輸出帶離合器。

電動備用泵組（滑油）控制設有機旁手動、自動控制兩種工作模式：前者只能就地使用控制箱操作備用泵啟停；后者則可以根據潤滑系統油壓自動啟停備用泵。主機提供一組運行信號（無源開關量）給齒輪箱備用泵控制箱。提供遠程控制接口。

控制離合器（集成在齒輪箱機旁操作箱上）設有機旁手動/遠程控制，在機旁可對離合器進行應急接脫排控制，提供集控室和駕駛室遠程控制接口。提供離合器的接、脫排狀態在集控室和駕駛室提供顯示信號接口。電磁記憶閥支配離合器的結合或分開，并帶有手動機旁應急操縱功能。

1 失效過程描述

油田守護供應船為雙機雙槳，且舵機平臺位于水線以下，舟山海域航行試驗，在標定主機負荷100%時，發現右齒輪箱透氣管冒煙，立即停車檢查。從標定100%負荷到發現透氣管冒煙前后間隔約20 min。經過服務商和船廠檢查，初步判斷右齒輪箱輸入前軸承燒壞。船舶返回船廠后進一步檢查發現，右齒輪箱輸入軸中間位置處前軸瓦端面發藍。在船廠將故障輸入軸部件拆卸，返回設備廠家進行拆檢、分析。

2 故障拆檢分析

（1）故障輸入部件前軸瓦的端面與推力板的顏色發藍，應為高溫所致。根據零件表面的顏色，從高溫色變程度判斷，軸瓦端面為高溫源，導致端面的巴氏合金在高溫下局部融化。

（2）拆除徑向滑動軸承，發現該軸瓦靠近推力瓦處的徑向巴氏合金也有向軸向融化的跡象。該軸瓦內孔表面巴氏合金層也已損壞，且與輸入軸粘連。

（3）拆檢輸入軸后滑動軸承，檢查軸承推力瓦與內孔以及軸徑，零件完好，無明顯磨損跡象。

（4）重新復檢故障件及相關零件復檢齒面硬度，硬度檢測結果為60.1 HRC，符合圖紙和（58～62）HRC技術要求。

通過上述檢查分析，判定此次故障為輸入軸前滑動軸承推力瓦燒死。故障點位于推力瓦靠近內徑處，軸承合金有局部融化現象，最終導致軸瓦燒死。

3 產品設計可靠性分析

右齒輪箱前軸承的徑向圓柱面比壓為3.4 MPa，間隙比1.6‰，油膜厚度最小0.026 mm，平均溫升22℃。軸承許用比壓4 MPa，油膜許用溫度100℃。與設計數據比較，均沒有超出允許范圍。

右齒輪箱前軸承的止推面比壓為1.8 MPa，油膜厚度最小0.034 mm，平均溫升6.9℃。軸承許用比壓4 MPa，油膜許用溫度100℃。與設計數據比較，沒有超出允許范圍。

輸入前軸承的進油孔為M26×1.5 mm。油管規格Φ22 mm×2 mm，通徑Φ18 mm，0.25 MPa時理論供油量可達201 L/min。而輸入前軸承的圓柱面和止推面所需油量分別為3.4 L/min和14.1 L/min。理論上供油量充足。

4 故障原因分析

為了查找問題原因，相關專業人員做了充分討論辨析，并根據軸瓦失靈的可能原因，繪制問題分析樹，對故障原因進行逐一分析、排查。

（1）軸瓦錯裝。該軸瓦為平面瓦，具有雙向可工作特性，故排除推力瓦錯裝的可能性。

（2）油品清潔度低。齒輪箱滑油系統設有精濾器，潤滑油經精濾器后分配至齒輪箱各個滑動軸承供油，因此可以排除潤滑油清潔度的影響。

（3）潤滑不充分。查齒輪箱出廠試驗時的潤滑油壓力數值記錄，額定轉速時齒輪箱潤滑油壓力為0.281 MPa，滿足齒輪箱技術要求，與其他同型齒輪箱的潤滑油壓力相比，無明顯差異。該齒輪箱在船廠試航階段監測的潤滑油壓力為0.245 MPa，也在正常合理范圍。

（4）安裝間隙不符合要求。齒輪箱推力瓦安裝后要求軸向間隙控制在0.2 mm左右。查齒輪箱裝配記錄表，齒輪箱裝配時軸向間隙滿足要求。由于推力瓦已經燒損，實際的軸向間隙已經無法驗證。

（5）軸瓦質量問題。主要考慮合金成份是否滿足要求和推力瓦平面與軸線不垂直問題。關于合金成份問題，該軸瓦一次訂貨多套，合金成分具有一致性，目前僅1件推力瓦產生問題，基本可以排除合金成份的影響。另外，推力瓦與軸線的垂直度問題，因為零件已經損壞，所以無法驗證。

（6）箱體變形。雖然該齒輪箱在工廠試驗時經負荷試驗驗證，負荷試驗后拆檢觀察齒面，齒輪嚙合正常，目測推力瓦也并未發現發藍變色現象。實船試驗后經過齒面嚙合面積拓印檢查，符合設計要求，表明箱體的微變形量對齒輪箱的結構和性能不產生影響。

（7）異物進入。雖然軸瓦的潤滑油是經精濾器過濾后提供的，但是如果后端管路中有異物粘連，在潤滑油的沖刷下，存在異物脫落的風險，異物卡滯也會造成軸瓦燒損。通過對故障軸瓦的外觀檢查，未發現明顯的異物滯留現象。

（8）止推板表面粗糙度問題。由于發生故障的推力瓦與止推板已經發生干摩擦，原始表面質量已經被破壞，無法判定止推板的表面質量，但是通過檢測另一側完好推力板的表面質量，其表面粗糙度是滿足設計圖面要求的。

（9）使用不當。該齒輪箱安裝有備用泵，在主機開啟前要求開啟備用泵，對齒輪箱各個軸瓦進行預潤滑，避免主機啟動瞬間軸瓦的干摩擦。按正常操作程序，齒輪箱不應存在軸瓦干摩擦工況。但是根據軸瓦故障件分析，不排除使用過程中存在軸瓦瞬時干摩擦的工況。

5 輸出前軸承損壞而軸承溫度傳感器無報警的原因分析

查看臺架的記錄，油溫55℃時，潤滑油壓0.28 MPa。試航時，油溫55℃，潤滑油壓 0.25 MPa。“齒輪箱出廠試驗規范”要求，齒輪箱潤滑油壓為（0.1～0.4）MPa，滿足出廠要求。對于齒輪箱整機，潤滑油量是充分。輸入前軸承進油孔為M26×1.5 mm，油管規格為Φ22 mm×2 mm，通徑Φ18 mm，0.25 MPa時理論供油量可達到 201 L/min。輸入前軸承的圓柱面和止推面所需油量分別為3.4 L/min，供油量是充分的。目前軸承損壞的部位非易高溫部位，在此部位高溫時，因潤滑油供油量比較充分，部分熱量被滑油帶走，使溫度傳到軸承溫度傳感器位置時，未達到報警溫度。

6 結論

根據上述分析，造成軸瓦燒損的最大可能原因為實際工作時間隙偏小或缺油所致，修復后軸瓦需要重新測量軸瓦工作間隙，間隙盡量控制在上限，檢查供油量是否充分，進一步判定是否存在缺油可能性。

在齒輪箱修復過程中檢查各檢驗要點，并通過試航驗證，對產生故障的原因作進一步分析判定。

（1）對相關零件的實物質量重新進行確認，零件尺寸符合設計要求。

（2）對軸瓦的裝配間隙進行復檢，實測推力瓦軸向間隙為0.27 mm，與齒輪箱原始裝配間隙基本一致。

（3）對濾器清進行了拆檢，無異物堵塞現象。

（4）齒輪箱按圖紙要求進行復裝，不涉及技術狀態變更。

通過以上分析與航行試驗證明，對造成軸瓦故障的各影響因素可總結為4點。

（1）齒輪箱修復后的技術狀態與出廠時的原始技術狀態一致，不涉及產品技術狀態變更，經航試驗證，齒輪箱工作正常，排除產品設計缺陷。

（2）通過查閱齒輪箱出廠裝配記錄以及齒輪箱修復后的推力瓦間隙再次測量數據，軸瓦修復前間隙調整均滿足設計標準要求，軸瓦修復后間隙調整偏向設計標準要求的大值，經再次航試驗證，齒輪箱軸瓦在間隙調整后無高溫發生。

（3）對齒輪箱濾器重新進行檢查，未發現堵塞現象，修復前后潤滑油供油壓力也保持一致，因此排除系統供油不足造成軸瓦故障的因素。

（4）在機組備車時啟動備用泵對機組內部進行潤滑，并在齒輪箱接排時，先把主機轉速降到約500 r/min，以保護機組的合排安全。該操作流程符合船用齒輪箱說明中的主機啟動要求。排出操作不當的因素；

綜合以上試驗分析與試驗驗證，齒輪箱軸向間隙偏小是造成此次齒輪箱軸瓦燒壞故障的主要原因。

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