相似原理在大功（gōng）率柴油發電機（jī）主軸承座維修中的應用
2012-11-20
作者：吳楠
1 故障概述
2000年（nián），塘廈電力有限（xiàn）公司一（yī）台NIGATA（日本新瀉鐵工所）18PC2-6V柴油發電機組在運行（háng）過（guò）程中出現主軸（zhóu）承溫度過高自動停（tíng）機，拆檢結果為（wéi）柴油機第四道（dào）主（zhǔ）軸承下軸瓦嚴（yán）重燒損，軸承（chéng）座有高溫變形，軸頸表麵經探傷檢查未發現裂紋。
由於軸承（chéng）座變形嚴重，無法直接修複使（shǐ）用。經向生產廠家谘詢，對方沒有保（bǎo）存該機主軸承（chéng）座（zuò）的加工數（shù）據，無法提供新件更換。
主軸承座變形（xíng）情況如圖1a所示。
由於同軸度要求極高，大功率多缸柴油機主軸承座孔是采用與機體配合加工而成，這決定了各軸承座不（bú）具有互換性。其圓弧麵中心軸線O與機體貼合平麵P並不一定重合，各主（zhǔ）軸承座半圓弧麵深度H不盡相同（參見圖1b）。因此在發生變形後，如果設（shè）備生產廠未保留原始加（jiā）工紀錄，則很難確定其變形前的（de）原始數據，必須采取其（qí）它方法來滿足實際裝配要求。
為盡快恢複生產，在對變形的主軸承座進行測量分析後，決定對變形的主軸承（chéng）座進行（háng）現場修複。
2 修複加工步驟
2.1軸瓦貼合麵的修（xiū）複
加工一（yī）個工藝假軸，研磨（mó）加工圓弧（hú）表麵，以恢複其幾何形（xíng）狀。
2.2上（shàng）平麵（miàn）的修複
采用平麵磨床磨削加工，修正主軸承座上（shàng）平麵。
加工後的主軸（zhóu）承座如圖1b所示。注意在加（jiā）工中應盡量減少磨削量，同時必須盡量保證上平麵P對半圓柱麵軸線O的平行度；半圓柱麵軸線O對側麵B的平行度以（yǐ）及上平麵P對側麵（miàn）B（主軸承座安裝（zhuāng）橫向定位麵）的垂直度。加工後半圓弧麵深度H會小（xiǎo）於原始值，這（zhè）一尺寸將在安裝（zhuāng）時通過加裝調整墊片來恢複（見圖2，⑤）。由於受力大，調整墊片使用不鏽鋼材料以保（bǎo）證（zhèng）墊片（piàn）具有足夠的剛度。
3 安裝調整
安裝中Z困難的問題是確定正確的調整（zhěng）墊片（piàn）厚度。
由於（yú）柴油機結（jié）構複雜，拆卸主軸工程浩大，非萬不得已是不考慮的。由於曲臂遮擋，很難用常規方法準確測量安裝（zhuāng）後主軸承孔在垂（chuí）直方向的直徑，這導致難以（yǐ）準（zhǔn）確確定（dìng）調整墊片厚度。為此，先後采用了兩種不同的方法。
3.1壓鉛塊厚度測量法
次安裝按照日本專家的方法進（jìn）行。將直徑10mm，厚5mm鉛塊放置於下軸瓦安裝部位，鎖（suǒ）緊軸承（chéng）座緊固（gù）螺栓，拆除（chú）後測（cè）得鉛塊厚度（dù），用軸瓦厚度減去鉛（qiān）塊厚度，得出的墊片厚（hòu）度為0.10mm。按此厚（hòu）度加裝墊片後裝複，測量曲軸開檔差在允（yǔn）許（xǔ）範圍。開機（jī）運行帶90%負荷時，該道軸承溫度為79℃，高於其他軸承3~5℃，但基本穩定。日方專家確（què）認修複成功。
但到（dào）2001年，機組運行6000h後大（dà）修拆檢（jiǎn）發現，該道主軸瓦合金鍍層磨損嚴重（chóng），雖然沒有偏磨現象，但合（hé）金鍍層磨損麵積超過2/3，而其他主（zhǔ）軸瓦磨損麵積均不超過1/3。由（yóu）於當時（shí）急於開機，就直接更換新（xīn）軸瓦後開機，運行不到（dào）24h即出現主（zhǔ）軸承升溫報警，停機拆檢發現新軸瓦已損壞。為減（jiǎn）少配件損失，臨時更（gèng）換一道舊軸瓦後再次開機，帶90%負荷時溫度維持在79℃，情況穩定。
按照（zhào）生產廠提（tí）供的維修（xiū）手冊，主（zhǔ）軸瓦的正常使用壽命為24000~28000h，且在磨損麵積不超（chāo）過2/3時可（kě）繼續使用。上述狀況顯然達不到設計標準。從上述（shù）現象分析（xī），該（gāi）道主軸承負（fù）荷偏高，是造成軸瓦異常磨（mó）損的主（zhǔ）要原因，而負荷偏（piān）高是由於調整墊片厚度不夠，造（zào）成（chéng）該道主軸承底麵高（gāo）度（dù）高於（yú）其它（tā）軸承所致（zhì）。基於以上分析，決定對該道主軸承座（zuò）調整墊片厚度進行重新確定。而為修（xiū）正次安（ān）裝的（de）誤差，須采用（yòng）更為精確（què）的方（fāng）法來確定調整墊片厚度。
3.2主軸提升量測量法
除兩端和第十道主軸承外，在結構相似、受力相似（sì）、變形相似的情況下，第二至第九（jiǔ）道主軸承在靜態下對（duì）主軸頸的支撐力應該是相等的（de）。在拆卸主軸承時，對應的主軸頸會因為自重產生彎曲變形（xíng）而下沉（已拆除對應活塞連杆及平衡塊），在安裝主軸承座時，其支撐力對主軸頸的提升量也（yě）是相等的。
根據這一分析，決定選擇與第四道主軸承Z為相似的第六道主（zhǔ）軸承作為比照依據（jù）。使用百分表實測第（dì）六道主軸（zhóu）承安裝前後主軸頸的提升量為0.03mm，第四道主軸承在（zài）加0.10mm調整墊片時，安（ān）裝（zhuāng）前後主軸頸的提升量為0.05mm，高出0.02mm，據（jù）此決定將調（diào）整墊片（piàn）增加相應尺寸（cùn），Z終確（què）定調整墊片厚度為0.12mm（實際使用兩片0.06mm墊（diàn）片代替（tì）），安裝前後（hòu）主軸（zhóu）頸的提升量為0.03mm，開機（jī）運行帶（dài）90%負荷時，溫度穩定在76℃，情（qíng）況正常。
運行24000h拆檢，實際磨損麵積不足（zú）50%，與其它（tā）軸瓦相（xiàng）當，完全達到設計標準，證實修複完全成功。
4 分析
壓鉛塊厚度測量法在實際檢修工作中用途甚廣，例如（rú）測量齒輪間隙等，但在本（běn）例中卻出（chū）現了較大的（de）誤（wù）差，究其原（yuán）因，主要由下述因素所造成。
由於存在徑向間隙，主軸頸在靜態時其頂（dǐng）部處於自由狀態。當鉛塊（kuài）受壓時，其對（duì）主軸頸有較大的反作用力，當此作（zuò）用力超過該段主軸自重時，會（huì）使主軸產生向上彎曲。雖然主軸直徑較大，具有（yǒu）較大的（de）抗彎能力，但（dàn）第三道至第五道主軸承之間的跨度近1000mm，加上4個長度400mm的（de）曲臂，總長度超過2000mm，如此大的跨距造成主軸向（xiàng）上的彎曲變形量超過了預（yù）期（qī）的誤差，再加（jiā）上（shàng）主軸承座的向下彎曲變形，測量中出現0.02mm的誤差是可以理解的（de）。
主軸提升量測量法使用了相似原理（lǐ），以結構和受力均極其相似的第六道主軸承作為比照對象，其精確度在不考慮表計（jì）誤差的情況下，完全取決於比照對象與待測對象的相（xiàng）似程（chéng）度，從而（ér）避（bì）免了各種變形對測量結果的影響。在本例（lì）中其精確度達到了0.01mm以上，效果理想。
5 結論
在實際設備（bèi）檢修工作（zuò）中，受（shòu）現場條件、檢測加工等條件的限製，常（cháng）常出現常規檢測手段無法應用的情（qíng）況（kuàng）。而由於設備製造誤差、運行（háng）磨損（sǔn）量及受力變形等因素（sù）的不確定性，使得在研究設計中常用的一些計（jì）算方法同樣無法精確使用。
利用（yòng）相似原理，通過對設備結構、受力情況等因素的周密分析，找到可作為比照依據的參考點，間接（jiē）測量確定所需的關鍵數據，是一種經濟便捷、行之有（yǒu）效的方法。
在選擇測量方法時，必須對待測對象進行全麵細致地分析，綜合考慮可能的影響因素，確定Z佳的直接或間接待測量，按照不同測量方法的特點，正確選擇和應用測量方法。隻有這樣，才能達到理想的效果。
來源：《柴油機》2006年（nián）第03期
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