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主推進(jìn)齒輪箱軸瓦高溫?zé)龎姆治黾罢?/h1>
2018-03-28 15:04周春雨周二紅
設(shè)備管理與維修 2018年3期
關(guān)鍵詞:滑油軸瓦供油

周春雨,周二紅

(上海振華重工(集團(tuán))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(nèi)置推力軸承和離合器)、滑油系統(tǒng)、控制箱(含操縱面板)、儀表板、電動(dòng)備用泵(滑油)、控制箱(滑油電動(dòng)備用泵)組成。

齒輪箱通過(guò)高彈與主機(jī)相連,將主機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)檎{(diào)距槳所需的轉(zhuǎn)速,同時(shí)承受螺旋槳產(chǎn)生的正、倒車推力及扭矩,同時(shí)將主機(jī)的轉(zhuǎn)速變?yōu)檩S發(fā)電機(jī)和對(duì)外水泵所需的轉(zhuǎn)速,通過(guò)PTO(Power Take Off,軸帶發(fā)電機(jī))軸輸出至軸發(fā)電機(jī)和對(duì)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(jìn)輸出和消防泵PTO輸出帶離合器。

電動(dòng)備用泵組(滑油)控制設(shè)有機(jī)旁手動(dòng)、自動(dòng)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(jù)潤(rùn)滑系統(tǒng)油壓自動(dòng)啟停備用泵。主機(jī)提供一組運(yùn)行信號(hào)(無(wú)源開(kāi)關(guān)量)給齒輪箱備用泵控制箱。提供遠(yuǎn)程控制接口。

控制離合器(集成在齒輪箱機(jī)旁操作箱上)設(shè)有機(jī)旁手動(dòng)/遠(yuǎn)程控制,在機(jī)旁可對(duì)離合器進(jìn)行應(yīng)急接脫排控制,提供集控室和駕駛室遠(yuǎn)程控制接口。提供離合器的接、脫排狀態(tài)在集控室和駕駛室提供顯示信號(hào)接口。電磁記憶閥支配離合器的結(jié)合或分開(kāi),并帶有手動(dòng)機(jī)旁應(yīng)急操縱功能。

1 失效過(guò)程描述

油田守護(hù)供應(yīng)船為雙機(jī)雙槳,且舵機(jī)平臺(tái)位于水線以下,舟山海域航行試驗(yàn),在標(biāo)定主機(jī)負(fù)荷100%時(shí),發(fā)現(xiàn)右齒輪箱透氣管冒煙,立即停車檢查。從標(biāo)定100%負(fù)荷到發(fā)現(xiàn)透氣管冒煙前后間隔約20 min。經(jīng)過(guò)服務(wù)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(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn),右齒輪箱輸入軸中間位置處前軸瓦端面發(fā)藍(lán)。在船廠將故障輸入軸部件拆卸,返回設(shè)備廠家進(jìn)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(fā)藍(lán),應(yīng)為高溫所致。根據(jù)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(dǎo)致端面的巴氏合金在高溫下局部融化。

(2)拆除徑向滑動(dòng)軸承,發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(dòng)軸承,檢查軸承推力瓦與內(nèi)孔以及軸徑,零件完好,無(wú)明顯磨損跡象。

(4)重新復(fù)檢故障件及相關(guān)零件復(fù)檢齒面硬度,硬度檢測(cè)結(jié)果為60.1 HRC,符合圖紙和(58~62)HRC技術(shù)要求。

通過(guò)上述檢查分析,判定此次故障為輸入軸前滑動(dòng)軸承推力瓦燒死。故障點(diǎn)位于推力瓦靠近內(nèi)徑處,軸承合金有局部融化現(xiàn)象,最終導(dǎo)致軸瓦燒死。

3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較,均沒(méi)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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較,沒(méi)有超出允許范圍。

輸入前軸承的進(jìn)油孔為M26×1.5 mm。油管規(guī)格Φ22 mm×2 mm,通徑Φ18 mm,0.25 MPa時(shí)理論供油量可達(dá)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(wèn)題原因,相關(guān)專業(yè)人員做了充分討論辨析,并根據(jù)軸瓦失靈的可能原因,繪制問(wèn)題分析樹(shù),對(duì)故障原因進(jìn)行逐一分析、排查。

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

(2)油品清潔度低。齒輪箱滑油系統(tǒng)設(shè)有精濾器,潤(rùn)滑油經(jīng)精濾器后分配至齒輪箱各個(gè)滑動(dòng)軸承供油,因此可以排除潤(rùn)滑油清潔度的影響。

(3)潤(rùn)滑不充分。查齒輪箱出廠試驗(yàn)時(shí)的潤(rùn)滑油壓力數(shù)值記錄,額定轉(zhuǎn)速時(shí)齒輪箱潤(rùn)滑油壓力為0.281 MPa,滿足齒輪箱技術(shù)要求,與其他同型齒輪箱的潤(rùn)滑油壓力相比,無(wú)明顯差異。該齒輪箱在船廠試航階段監(jiān)測(cè)的潤(rùn)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(shí)軸向間隙滿足要求。由于推力瓦已經(jīng)燒損,實(shí)際的軸向間隙已經(jīng)無(wú)法驗(yàn)證。

(5)軸瓦質(zhì)量問(wèn)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(wèn)題。關(guān)于合金成份問(wèn)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(chǎn)生問(wèn)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(wèn)題,因?yàn)榱慵呀?jīng)損壞,所以無(wú)法驗(yàn)證。

(6)箱體變形。雖然該齒輪箱在工廠試驗(yàn)時(shí)經(jīng)負(fù)荷試驗(yàn)驗(yàn)證,負(fù)荷試驗(yàn)后拆檢觀察齒面,齒輪嚙合正常,目測(cè)推力瓦也并未發(fā)現(xiàn)發(fā)藍(lán)變色現(xiàn)象。實(shí)船試驗(yàn)后經(jīng)過(guò)齒面嚙合面積拓印檢查,符合設(shè)計(jì)要求,表明箱體的微變形量對(duì)齒輪箱的結(jié)構(gòu)和性能不產(chǎn)生影響。

(7)異物進(jìn)入。雖然軸瓦的潤(rùn)滑油是經(jīng)精濾器過(guò)濾后提供的,但是如果后端管路中有異物粘連,在潤(rùn)滑油的沖刷下,存在異物脫落的風(fēng)險(xiǎn),異物卡滯也會(huì)造成軸瓦燒損。通過(guò)對(duì)故障軸瓦的外觀檢查,未發(fā)現(xiàn)明顯的異物滯留現(xiàn)象。

(8)止推板表面粗糙度問(wèn)題。由于發(fā)生故障的推力瓦與止推板已經(jīng)發(fā)生干摩擦,原始表面質(zhì)量已經(jīng)被破壞,無(wú)法判定止推板的表面質(zhì)量,但是通過(guò)檢測(cè)另一側(cè)完好推力板的表面質(zhì)量,其表面粗糙度是滿足設(shè)計(jì)圖面要求的。

(9)使用不當(dāng)。該齒輪箱安裝有備用泵,在主機(jī)開(kāi)啟前要求開(kāi)啟備用泵,對(duì)齒輪箱各個(gè)軸瓦進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑,避免主機(jī)啟動(dòng)瞬間軸瓦的干摩擦。按正常操作程序,齒輪箱不應(yīng)存在軸瓦干摩擦工況。但是根據(jù)軸瓦故障件分析,不排除使用過(guò)程中存在軸瓦瞬時(shí)干摩擦的工況。

5 輸出前軸承損壞而軸承溫度傳感器無(wú)報(bào)警的原因分析

查看臺(tái)架的記錄,油溫55℃時(shí),潤(rùn)滑油壓0.28 MPa。試航時(shí),油溫55℃,潤(rùn)滑油壓 0.25 MPa?!褒X輪箱出廠試驗(yàn)規(guī)范”要求,齒輪箱潤(rùn)滑油壓為(0.1~0.4)MPa,滿足出廠要求。對(duì)于齒輪箱整機(jī),潤(rùn)滑油量是充分。輸入前軸承進(jìn)油孔為M26×1.5 mm,油管規(guī)格為Φ22 mm×2 mm,通徑Φ18 mm,0.25 MPa時(shí)理論供油量可達(dá)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(shí),因潤(rùn)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(shí),未達(dá)到報(bào)警溫度。

6 結(jié)論

根據(jù)上述分析,造成軸瓦燒損的最大可能原因?yàn)閷?shí)際工作時(shí)間隙偏小或缺油所致,修復(fù)后軸瓦需要重新測(cè)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(jìn)一步判定是否存在缺油可能性。

在齒輪箱修復(fù)過(guò)程中檢查各檢驗(yàn)要點(diǎn),并通過(guò)試航驗(yàn)證,對(duì)產(chǎn)生故障的原因作進(jìn)一步分析判定。

(1)對(duì)相關(guān)零件的實(shí)物質(zhì)量重新進(jìn)行確認(rèn),零件尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

(2)對(duì)軸瓦的裝配間隙進(jìn)行復(fù)檢,實(shí)測(cè)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(duì)濾器清進(jìn)行了拆檢,無(wú)異物堵塞現(xiàn)象。

(4)齒輪箱按圖紙要求進(jìn)行復(fù)裝,不涉及技術(shù)狀態(tài)變更。

通過(guò)以上分析與航行試驗(yàn)證明,對(duì)造成軸瓦故障的各影響因素可總結(jié)為4點(diǎn)。

(1)齒輪箱修復(fù)后的技術(shù)狀態(tài)與出廠時(shí)的原始技術(shù)狀態(tài)一致,不涉及產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)變更,經(jīng)航試驗(yàn)證,齒輪箱工作正常,排除產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷。

(2)通過(guò)查閱齒輪箱出廠裝配記錄以及齒輪箱修復(fù)后的推力瓦間隙再次測(cè)量數(shù)據(jù),軸瓦修復(fù)前間隙調(diào)整均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求,軸瓦修復(fù)后間隙調(diào)整偏向設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的大值,經(jīng)再次航試驗(yàn)證,齒輪箱軸瓦在間隙調(diào)整后無(wú)高溫發(fā)生。

(3)對(duì)齒輪箱濾器重新進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,修復(fù)前后潤(rùn)滑油供油壓力也保持一致,因此排除系統(tǒng)供油不足造成軸瓦故障的因素。

(4)在機(jī)組備車時(shí)啟動(dòng)備用泵對(duì)機(jī)組內(nèi)部進(jìn)行潤(rùn)滑,并在齒輪箱接排時(shí),先把主機(jī)轉(zhuǎn)速降到約500 r/min,以保護(hù)機(jī)組的合排安全。該操作流程符合船用齒輪箱說(shuō)明中的主機(jī)啟動(dòng)要求。排出操作不當(dāng)?shù)囊蛩兀?/p>

綜合以上試驗(yàn)分析與試驗(yàn)驗(yàn)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。

[1]周曉梅,黃將興,戴宏長(zhǎng),沈先.某近海供應(yīng)船齒輪箱PTO軸斷裂分析及改進(jìn)[J].機(jī)電工程,2013,30(2):175-178.

[2]丁康,朱小勇,陳亞華.齒輪箱典型故障診斷特性與診斷策略[J].機(jī)電工程 2001,20(3):7-12.

[3]蘭彥軍.淺談齒輪箱的失效和原因[J].科技論壇,2015(1):4.

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