淺談船舶主機曲軸臂距差影響因素與對策

徐寧

摘要：在復雜的工況下，船舶主機曲軸極易發生故障，進而影響主機的正常運行，為了確保曲軸工作的耐久性與持久性，必須保證船舶運行過程中曲軸臂距差控制在規定范圍內。本文主要分析了曲軸臂距差的一系列影響因素，并對其變化規律及相應的解決策略進行了系統的研究，確保船舶航行安全。

關鍵詞：船舶；主機；曲軸；臂距差

1.研究背景與研究目的

曲軸在軸線呈直線狀態下工作，同時曲軸的剛性比較差，導致安裝時主軸時，由于微變形產生承高低程度不一致現象，工作時曲軸呈周期回轉運動，對主軸承造成不同程度的磨損，導致曲軸變形、軸線彎曲，產生附加彎曲應力。經過實際測量，曲軸臂距差越大，表明曲軸彈性彎曲越大，運轉時曲臂與曲柄銷的過渡圓角處所受的交變應力也越大，使圓角處更易產生疲勞裂紋，引發曲軸斷裂事故。

曲軸的工作條件要求其必須保證軸線呈直線狀態，然而曲軸具有相對較差的剛性，在靜止狀態下，曲軸因軸承不同程度的磨損承受了相對較大的彎曲力矩，若在此情形下曲軸持續較長時間的運轉，就會形成反復作用的附加應力，進而曲軸的折斷損壞風險就會極大的增加。所以，為實現主機的正常安全運行，必須確保曲軸臂距差控制在規定范圍內。

為了保證曲軸工作可靠性和耐久性，設計和安裝過程中須保證曲軸臂距差不宜過大。但由于發動機運轉的復雜性和曲軸自身工作條件與環境，曲軸臂距差所受的變化因素影響較多。本文將對影響臂距差的幾種主要因素進行分析，試圖了解其變化規律，并提出解決方案，確保曲軸處于良好工作狀態，延長曲軸和主軸承的使用壽命，確保船舶的安全。伴隨著我國經濟的飛速發展，船舶工業也得到了快速的興起，主機在運行過程中，受力不當的曲軸不但會造成活塞受到損壞，嚴重情況下還會導致曲軸發生裂紋甚至斷裂等，造成主機不能正常運行。

2.活塞連桿組件對曲軸臂距差的影響與對策

低速主機活塞連桿機構具有重量重、功率大的特點，因此對曲軸臂距差的影響程度更大。活塞連桿組件的重力作用更無法改變對臂距差的影響。塞連桿組件的重量延垂直方向作用，使臂距差正值增加、負值減少并趨向于零。主機運轉，燃料在氣缸內燃燒會產生巨大的氣體力，這種內力通過活塞連桿機構作用在曲軸上，也使垂直方向上的曲軸臂距差正值增加，負值減少并趨于零。氣體力的影響雖然可以通過調節各缸的供油量從而改變單缸功率來影響臂距差，但會導致主機各缸功率的不均衡性。但是如果在主機安裝時，發現活塞連桿組件裝上前后臂距差有很大變化，則說明主軸頸與主軸承沒有貼合，有脫空現象。

3.影響的曲軸臂距差因素及策略

3.1傳動系統與臂距差

船舶尾軸傳動系統的安裝順序對臂距差有著重要影響，不同的安裝順序使曲臂差的范圍也不一樣，經驗告訴我們，以下安裝順序可以最大限度的降低曲臂差：首先安裝螺旋槳軸，然后中間軸、推力軸、齒輪箱是以螺旋槳軸法蘭作為基準軸來進行安裝的，最后進行安裝主機。安裝過程盡量避免剛性連接，這會導致曲軸臂距產生曲折和偏移。但不可避免的傳動軸系是通過法蘭與曲軸進行剛性連接，船舶安裝規范要求是曲折值不得超過0.1mm/m，偏移值不得超過0.1mm，當曲折值與偏移值超過規范要求時，曲軸主軸承就會產生較大程度的磨損。所以，需要對傳動軸系與曲軸的中心線高低加以調節來進行矯正。

3.2主軸承不均勻磨損與臂距差

主機有多種工況，包括正常的和特殊的，每根曲軸在主機各種工況下承受不同的應力和磨損，所受浦東應力不同導致每根曲軸的磨損程度也不同。因此，曲軸的各主軸頸會因為不均勻的主軸承磨損程度而發生不均勻的下沉，進而導致曲軸軸線發生形變，引起曲軸臂距差不同程度的變化。對于長期運行的主機而言，可以觀察到一定的規律。因此，在對曲軸臂距差進行調整的過程時，了解曲軸臂距差的變化規律，可以對曲軸臂距差數值超出了正常規律的范圍，應對曲軸軸線狀態進行檢驗，同時可以應用測量臂距差值和橋規值的方法。

3.3主機機座填充墊塊與臂距差

主機機座填充墊塊作為主機中一個至關重要的部件，其對主機機座起到了固定的作用并且實現了機座位置的調節作用。通過試驗發現，主機機座填充快對臂距差影響很大，因為填充快會與主機機座有70%以上的連接面積，在長期處在高頻振動、高溫的環境中填充快會導致主機機座發生形變，最后造成曲軸臂距的變化。過去的填充快一般選擇金屬材料作為制作形狀多樣的主機機座墊塊的主要材質，在加工過程中，研磨余量約為0.1～0.2mm，并保證0.05mm的塞尺不能插入機座與墊塊的間隙中。導熱性、延展性以及易熱脹冷縮是金屬材料所獨具的特征，因而若選擇金屬材料來制作主機機座的墊塊，會很快導致填充塊的變形。所以，金屬已不再是主機墊塊的主要材質，環氧樹脂高聚物代替了原來的金屬，其所制作的墊塊不僅可以實現與機座的完全接觸，而且與金屬材質的墊塊相比，其具有相對較差的導熱性，優良的隔振性能有效地保障了曲軸臂距差控制在標準合理的范圍內

3.4缸內氣體壓力與臂距差

缸內氣體壓力屬于內力，往往在安裝過程中會被忽視，主機曲軸在安裝過程中先將曲軸安裝于主機基座上，然后吊裝活塞運動裝置部分。在安裝過程中即使在安裝活塞運動裝置部分之前，也會由于曲軸體積、質量過大，曲軸自重的原因發生曲軸中心線下沉的狀況。當在安裝活塞運動裝置部分之后，活塞運動裝置和曲軸自重疊加，會使主機曲軸中心線下沉的情況更加嚴重。從另外一個方面來說，主機在工作過程中，燃燒室中的油氣混合物發生燃燒，體積迅速增大，會對活塞運動裝置部分產生巨大的推力，這個推力通過活塞運動組件中的連桿傳遞給主機曲軸，曲軸會同樣產生軸線下沉的不良結果。所以在調節臂距差時要考慮燃料燃燒值以及活塞做功夠缸內氣體產生的內力對臂距差造成的力。

4.機座變形對曲軸臂距差的影響與對策

主機機座在設計階段會著重考慮其屈服強度，以保證其在運轉狀態下不變形，但特殊情況下船舶由于擱淺、觸礁等原因可能導致主機基座變形。主機在運行過程中，由于震動也可致使機座地腳螺栓松動、貫穿螺栓松動或上緊程度不均衡，包括機座墊塊磨損變薄等都可能導致機座變形。機座變形對曲軸臂距差的影響很大，有些事故甚至就是由于主機機座變形引起的。曲軸中心線狀態將隨機座的凸凹變形而變化，導致機座變形時各道主軸頸橋規值保持不變，而臂距差卻變化很大。現有的測量方法，一般是測量橋規值和臂距差值的方法檢查機座是否變形：用測出的橋規值和臂距差值作圖，如兩條曲線基本一致，則說明機座沒有變形，如果兩條曲線互相矛盾則說明機座有變形。日常檢查，及早找出主機機座變形位置是預防曲軸臂距差的一項關鍵工作。

5.結束語

目前對影響曲軸臂距差變化的各種因素只能做定性的分析，定量分析還無法找到適用于所有機器的通用公式和經驗數值。作為輪機管理人員，只能從某一類型船舶或某一機型船舶出發，找出曲軸臂距差變化的規律性，采取有效的預防措施，使曲軸臂距差符合規范及主機說明書的要求，保證船舶的航行安全。

參考文獻：

[1]周明德.微型計算機系統原理及應用[M]（第3版）.清華大學出版社

[2]艾德才.80386/80486原理及應用[M].天津大學出版社，1992

[3]張雪蘭.匯編語言程序設計[M].清華大學出版社，2006.