船舶柴油機連桿故障分析

張亮亮　劉衛勇

摘 要：連桿作為船舶柴油機的主要傳力機構，主在機械動作運行過程中，收到往復運動產生的慣性力及自身汽缸壓力的多重因素制約，導致連桿在船舶柴油機中經常受到沖擊載荷及疲勞載荷的影響，很容易在運轉過程中容易產生可靠性差、疲勞斷裂的現狀，從而造成了較為嚴重的后果。鑒于此，筆者為了保障柴油機正常運轉，以船舶柴油機中的連桿為具體研究對象，對其故障產生的現狀進行分析，提出造成船舶柴油機故障的多重因素，從而提出相應的對策，這在很大程度上有利于保障船舶柴油機連桿的穩定性，增強對于螺栓的保障效應，使得性能柴油機的性能發揮到最佳程度。

關鍵詞：船舶柴油機；連桿；斷裂；原因

中圖分類號：U672 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0047-02

船舶柴油機作為船舶裝置的動力系統，在機械組件中扮演著重要的角色。連桿作為傳力機構，主要將船舶柴油機活塞內的往復運動模式通過傳力機構傳遞至曲軸層面，從而對外部進行做功。連桿在機械動作運行過程中，收到往復運動產生的慣性力及自身汽缸壓力的多重因素制約，導致連桿在船舶柴油機中經常受到沖擊載荷及疲勞載荷的影響，很容易在運轉過程中容易產生可靠性差、疲勞斷裂的現狀，從而造成了較為嚴重的后果。筆者基于調研分析發現目前連桿斷裂是船舶柴油機故障產生的重要影響因素，因此為了保障柴油機正常運轉，本文以船舶柴油機中的連桿為具體研究對象，對其故障產生的現狀進行分析，從而提出相應的對策，這在很大程度上有利于保障船舶柴油機連桿的穩定性，增強對于螺栓的保障效應，使得性能柴油機的性能發揮到最佳程度。

1 船舶柴油機連桿故障的現象分析

筆者結合自身的經歷對船舶柴油機的連桿故障進行系統分析。具體船舶柴油機的型號為HYUNDAI-MANB&W6S70MC;，轉速為每分鐘700轉，結合本人對該柴油機的實習經歷發現，該柴油機在大約連續運行500小時后連桿在大端位置出產生疲勞斷裂，內部曲軸箱連續發出異常聲音運轉，在整體過程中出現明顯的金屬撞擊聲音，并且這一聲音循序漸進，呈現逐步增強的發展趨勢。同時增壓器經過運轉后產生超速運行的狀況，當時輪機操作員立即對機器進行斷電處理，啟動備用的發電裝置，機艙機械維修人員對船舶柴油機進行故障檢查，發現整個氣缸套已經破碎，連桿的連接部位產生不規則的裂縫，碎片在內部呈現散狀分布，斷裂部分的連桿與船舶柴油機整機及曲軸進行相互裝置，最終導致整套連桿機構產生功能性故障。

2 船舶柴油機連桿故障的成因探討

筆者結合自身經驗，發現船舶柴油機出現的連桿故障并非偶然性，而是在周期性規律中的一回而已。造成本次船舶柴油機連桿產生的故障原因主要是源于連桿自身斷裂在缸體的轉動下產生撞擊從而導致產生缸體故障，失去了設計的原本功能。結合設備負責的輪機人員反饋，該船舶柴油機嚴格按照產品的設計說明書進行運轉及維護，對現場發生故障的設備進行分析發現，船舶柴油機內部潤滑油充足，各個部件之間無摩擦產生故障的痕跡，各個部件的潤滑特性良好，油底位置沒有產生銅末現象；角接觸球軸承無咬死及明顯的竄動現象；增壓器運行正常；船舶柴油機活塞與缸體的表面十分光潔等，通過對上述影響船舶柴油機運轉的因素分析，發現造成故障的原因可以排除潤滑不足及油水質量問題[1]。

基于對船舶柴油機的連桿進行分析，發現斷裂的連桿外形口處符合疲勞斷裂的形式。斷裂的位置主要呈現出放射狀的分布形式，并且逐步朝向內部進行延伸，最終導致連桿部位發生斷裂，引發了船舶柴油機的運行故障。為了對船舶柴油機的連桿故障進行深入分析，給出了研究的連桿結構，具體如圖1所示。

筆者經過對連桿機構進行系統分析，發現造成連桿出現故障的原因主要呈現在五個層面[2]。

2.1 載荷受力不均勻

連桿連接處的螺栓承受載荷不均勻所致。力矩過大在很多程度上導致連桿的運轉超過了自身材料所具有的屈服極限強度，導致產生彎曲變形現象，在載荷的有效沖擊模式下，發生了斷裂狀況。如果連桿連接處螺栓的預緊力不足，則容易導致船舶柴油機在整體運轉過程中，容易導致在連接面處產生連接縫隙的現象，螺栓受到船舶產生的沖擊力影響導致產生斷裂狀況。

2.2 維護保養方式缺乏科學性

基于調研發現在使用過程中維修保養的方式不科學也是導致問題出現的主要根源。在對船舶柴油機進行日常維護時，缺乏對于螺栓的檢驗，由于船舶柴油機經常受到沖擊載荷的影響，因此在進行維護時必須擦用扭力扳手對螺栓的受力進行分析，但是目前的工作過程中，工作人員對連接螺栓地方的預緊力缺乏研究，從而使得穩定性缺乏缺乏理論支撐，產生一系列的失效反應。

2.3 工藝處理不合理

針對于柴油機連桿而言，其工藝不合理主要體現在裝配及熱處理等兩個層面。連桿在進行運轉的過程中，由于作為主要的傳力部件，需要對其材料及熱處理的特性嚴格按照設計人員的要求進行，但是根據筆者的調研發現，船舶柴油機在連桿在進行現場時，缺乏專業設備對材料的特性及熱處理的功效進行檢驗，同時裝配時缺乏裝配作業指導書的指引，導致連桿在運行過程中出現問題。如船舶柴油機內部的活塞銷整體運行質量較差，在連接處容易差生裂紋，同時由于加工公差的超差導致活塞銷經常產生軸向竄動的現象，最終導致連桿發生斷裂。

2.4 現場裝配不合理

連桿組件現場安裝錯誤。安裝過程中連桿螺栓與大端無法進行緊固處理，導致在具體裝配過程中產生連桿面連接松動的現象發生，進而發生柴油機在具體運行過程中由于連桿蓋的松動導致連接螺栓位置發生斷裂現象。此外，在具體裝配過程中，由于連桿螺栓在安裝過程中存在裂口及劃傷的現象，導致螺母與螺栓無法進行預緊，造成連桿螺栓的直接失效。

2.5 “燒死”現象

活塞在缸體內部運行中產生“燒死”現象。船舶柴油機在整個運轉過程中，由于活塞在氣缸內部出現故障容易產生“飛車”現象，導致連桿螺栓經常出現運轉過大出現斷裂的狀況。

3 預防船舶柴油機連桿故障的對策建議

筆者基于自身的工作經歷，通過系統分析發現船舶柴油機在運行期間出現的連桿故障是多因素作用的結果。經過分析發現產生故障的因素主要與螺栓受載不均勻、活塞“燒死”、維護不合理及安裝不正確等所致，鑒于此，為了在后續對船舶柴油機的連桿故障進行消除，筆者從下述幾個層面提出預防性的措施，從而保障船舶柴油機的正常運轉，提升工作效率，降低運維成本[3-5]。

3.1 提升沖擊載荷

螺栓是船舶柴油機連桿機構的主要連接部件，承載著沖擊載荷。在時間的運轉過程中，只有增強螺栓的連接緊固性，建立裝配常態化監控的嚴格作業制度，在進行柴油機緊固件整體裝配之前，盡可能排除存在的安全隱患。采用對螺栓進行可靠性及功能性實驗，確保運行過程中的穩定。在船舶柴油機進行日常維護時，應采用橡皮錘來敲打螺栓，根據發生的聲音來判斷螺栓是否產生疲勞運轉的缺陷，尤其是針對螺栓頂部與螺紋的連接位置處，如果產生細微的聲音變化則很容易導致產生故障，因此對于螺栓的質量嚴格把控是確?？蓪崿F配套生產的第一步。

3.2 科學合理設計

螺栓頭部、螺母及軸承等的接觸要確保符合設計要求。軸承空的加工應按照現代量具來進行位置及行為公差的測定，同時對于加工毛刺等也應進行檢查，安裝軸承完畢后，采用專用工裝來檢測軸向的竄動量；螺栓孔及螺栓的配合間隙應按照設計指標進行控制，不能進行過緊的“傳統思維”操作，定位銷要進行調整，否則會產生直接磨損的現象，連接桿按照拆卸的順序進行操作，確保各個組建應按照制定的順序確保，確保軸承表面及墊片應保持清潔，接觸面實現緊密貼合。

3.3 螺栓放松處理

采取螺栓防松措施，正確的固緊與鎖緊是避免發生斷裂的有效措施。擰緊后的螺栓要有防松措施，科學的防松措施是依賴螺紋的自鎖能力，因此在高速柴油機上采用細牙螺紋，減小導程角，使導程角遠小于摩擦角，對螺紋部分鍍銅，以增加螺紋間的貼合度及摩擦系數，提高防松效果。目前在一些新產品中不采取任何防松措施，而是靠提高細牙螺紋的精度，確保預緊力來達到防松目的。實踐表明，正確的固緊與鎖緊是避免發生斷裂的有效措施。在高速柴油機上采用細牙螺紋，減小導程角，使導程角遠小于摩擦角，對螺紋部分鍍銅，以增加螺紋間的貼合度及摩擦系數，提高防松效果.目前在一些新產品中不采取任何防松措施，而是靠提高細牙螺紋的精度，確保預緊力來達到防松目的。

3.4 嚴格執行說明需求

眾多案例證實，柴油機在運轉過程中發生重大安全事故，其中螺栓在運轉過程中的斷裂至造成的主要原因，究其根源發現是裝配上對于螺栓上的失誤導致。螺栓作為緊固件，機械設計上已經給出了明確的安裝要求及具體的安裝方法，針對重要部位的螺栓應采用扭力扳手，按照標定的數值進行安裝。在進行螺栓安裝時，必須嚴格按照圖示的安裝順序進行安裝，保障在拆卸及安裝過程中不得出現二次安裝、螺絲、錯位安裝等現象；墊片在進行安裝時保證安裝面的正確性；按照設計型號來進行安裝，不得采用違背于設計長度的安裝方式；螺栓要嚴格采用正規廠商提供的，基于國標的貨物。除此之外，針對于多沖程的柴油機而言，要確保整體使用壽命控制在相應的時間壽命范疇之內，超出則需要進行更新。

4 結語

筆者通過對型號為HYUNDAI-MANB&W6S70MC;的船舶柴油機的連桿故障事故進行綜合分析發現，認為導致連桿產生直接斷裂的原因主要是由于螺紋預緊力不足、維護時缺乏對螺紋預緊力的檢查、拉缸或咬缸現象頻繁、加工公差不匹配、裝配缺乏指導文件等多因素的結果導致連桿在運轉過程中產生故障，因此為堅決防止此類事故的頻繁發生，在裝配過程及操作體系中應嚴格按照船舶柴油機的運轉規范來進行保護，最大程度的保障船舶柴油機的安全有效。

參考文獻

[1]錢耀南.船舶柴油機[M].大連：大連海事大學出版社，2010.

[2]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]齊發致，劉國棟，李偉杰.氣閥斷裂故障分析[J].船舶與海洋工程，2014，（1）：50-52.

[4]宿靖波.輪機管理[M].大連：大連海事大學出版社，2013.

[5]徐筱欣.船舶動力裝置[M].上海：上海交通大學出版社，2015.