劉志剛 向本銀 劉宗輝 王澤惠 翟中波

摘要： 柴油機在運行過程中，油門拉桿在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)高頻抖動，低于或高于這一轉(zhuǎn)速范圍，抖動現(xiàn)象消除。此故障現(xiàn)象有的通過調(diào)整調(diào)速器可以解決，有的調(diào)整后仍然無法解決。針對這一問題，我們從操縱桿系的連接、調(diào)速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、調(diào)速器座安裝方式、調(diào)速器驅(qū)動結(jié)構(gòu)等多方面進行分析，找到了主要因素，制定了相應的解決措施。

Abstract： During the operation of diesel engine， throttle rod in a certain range of high frequency jitter， lower or higher than this range of speed， jitter phenomenon eliminated. Some of these faults can be solved by adjusting the governor， and some can't be solved after adjustment. In view of this problem， we analyze the connection of the joystick system， the internal structure of the governor， the installation mode of the governor seat， the driving structure of the governor and so on， find out the main factors and make corresponding solutions.

關(guān)鍵詞： 油門拉桿;調(diào)速器;推力軸承間隙;調(diào)速彈簧;錐齒輪間隙

Key words： throttle rod;governor;thrust bearing clearance;speed-regulating spring;bevel gear clearance

中圖分類號：U262.11 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）04-0167-03

0 ?引言

某船用中速機在市場驗證中，遇到一個比較棘手的問題。多臺柴油機在500r/min-750r/min工況運行過程中，控制噴油泵的操縱桿系手柄（油門拉桿）存在劇烈抖動現(xiàn)象（高頻），但柴油機轉(zhuǎn)速沒有明顯變化，功率和輸出扭矩也很穩(wěn)定，沒有波動。當柴油機轉(zhuǎn)速低于或高于此轉(zhuǎn)速段時，油門拉桿抖動現(xiàn)象消失，柴油機正常運轉(zhuǎn)。雖然此現(xiàn)象不會影響發(fā)動動力性、經(jīng)濟性和可靠性，但給客戶造成了不好的使用體驗，對產(chǎn)品口碑有一定的影響。針對這一問題，我們對柴油機的整個油門控制系統(tǒng)，進行了深入分析，排查。

1 ?原因分析

柴油機的轉(zhuǎn)速是由裝在靠近飛輪端操縱側(cè)的調(diào)速器來控制的。調(diào)速器的動力來源是通過曲軸旋轉(zhuǎn)帶動正時齒輪系轉(zhuǎn)動，正時齒輪系的凸輪軸齒輪再驅(qū)動調(diào)速器座錐齒輪組件，然后經(jīng)直齒圓錐齒輪變速后帶動調(diào)速器傳動軸工作。調(diào)速器通過輸出軸與噴油泵控制裝置的調(diào)速搖臂相連接，操縱桿系在連接到噴油泵供油齒條上，將調(diào)速器輸出的角行程，轉(zhuǎn)換為噴油泵齒條的直行程，來控制噴油泵油量增減，進而控制柴油機轉(zhuǎn)速變化。如圖1所示。

調(diào)速器是柴油機的轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)。柴油機在一定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行的條件是輸出的功率必須與外界負荷相平衡，而外界負荷的變化必將引起柴油機轉(zhuǎn)速的相應變化。柴油機的輸出功率直接與噴油泵送入氣缸的燃油量有關(guān)。如果噴油泵供油量保持不變，那么外界負荷減小時轉(zhuǎn)速就會升高;外界負荷增加時，轉(zhuǎn)速就會降低。調(diào)速器的作用是當柴油機轉(zhuǎn)速降低時，自動增加噴油泵的供油量;轉(zhuǎn)速升高時自動減少噴油泵的供油量，使噴油泵的供油量始終與外界負荷相適應，從而來保證柴油機的穩(wěn)定運行。

通過研究柴油機整個油門控制系統(tǒng)零部件組成，排查各零部件的功能，觀測各零部件在柴油機試驗過程中狀態(tài)，查閱調(diào)速器使用說明書，分析造成油門拉桿抖動的可能原因有以下幾點：①調(diào)速器一致性差異，主要表現(xiàn)在滑閥系統(tǒng)（柱塞和滑閥套）間隙超差;球頭、推力軸承磨損，組件配合間隙超差;調(diào)速彈簧彎曲;動力齒輪嚙合齒隙超差;傳動軸油封損壞;調(diào)速器系統(tǒng)中有空氣等。②調(diào)速搖臂安裝不合理。③彈性連接機構(gòu)彈簧設(shè)計不合理。④調(diào)速器用油不合理。⑤調(diào)速器傳動速比不合。⑥調(diào)速器驅(qū)動不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在調(diào)速器座傳動齒輪系的安裝，齒隙超差;傳動齒輪齒形、粗糙度超差;齒輪軸彎曲;調(diào)速器驅(qū)動軸受扭轉(zhuǎn)力;調(diào)速器連接螺栓松動。⑦油門拉桿組件卡滯。詳見圖2故障樹。

2 ?制定驗證計劃

根據(jù)以上原因故障樹分析，結(jié)合試驗中心柴油機臺架試驗故障現(xiàn)象表現(xiàn)，聯(lián)合廠內(nèi)質(zhì)量、技術(shù)、工藝，共同制定表1驗證計劃。

3 ?驗證并確定根本原因

3.1 調(diào)速器一致性差異驗證

柴油機在試驗過程中，有的故障現(xiàn)象可以通過調(diào)整調(diào)速器的補償調(diào)整解決。例如，①調(diào)整補償指針，柴油機起動后，松開固定補償指針的螺母，把指針放到刻度板上最大位置處，然后旋緊螺母;②調(diào)整補償針閥開度，打開底座上的補償節(jié)流針閥2～3圈，讓柴油機游車幾分鐘，使調(diào)速器油路中的空氣排出，然后松開補償指針螺母，把補償指針放到刻度板上最小位位置，旋緊螺母;③慢慢關(guān)小針閥開度直至游車恰好終止，不要超過這個位置;調(diào)完關(guān)閉針閥，確認針閥開度大于1/4圈，補償指針小于80%刻度，調(diào)速器工作正常。調(diào)速器結(jié)構(gòu)原理圖詳見圖3。

有的故障現(xiàn)象調(diào)整調(diào)速器補償后，仍然無法解決，但更換調(diào)速器后故障消除。這種情況主要是調(diào)速器一致性差異造成。針對此情況，我們將有故障現(xiàn)象的調(diào)速器和無故障現(xiàn)象的調(diào)速器進行單獨拆檢，對主要零部件尺寸，裝配后尺寸進行對比分析。發(fā)現(xiàn)影響調(diào)速器輸出軸穩(wěn)定工作的因素有：滑閥系統(tǒng)間隙，球頭和飛錘質(zhì)量，推力軸承裝配間隙，調(diào)速彈簧形狀、動力齒輪嚙合齒隙等。通過多次試驗、測量分析確定，關(guān)鍵因素是推力軸承裝配間隙是否超差，調(diào)速彈簧剛度一致性是否穩(wěn)定。以上兩點如能保證，調(diào)速器的一致性就能得到基本保證，就不會造成調(diào)速器輸出軸抖動，進而帶動油門拉桿抖動。

3.2 調(diào)速搖臂安裝不合理驗證

通過查閱調(diào)速器說明書，要求發(fā)動機齒條全行程占調(diào)速器輸出軸全行程80%，最大、最小位置各留10%的余量，空載到滿載占調(diào)速器輸出軸全行程約60%，如圖4所示。通過調(diào)整搖臂安裝位置尺寸L，如圖5所示，可以滿足調(diào)速器的使用要求。經(jīng)過試驗查證，適當縮小L的長度，有利于降低油門抖動，但不能完全解決。說明調(diào)速搖臂安裝位置可以一定程度緩解抖動現(xiàn)象，但不能完全消除，不是主因。

3.3 彈性連接機構(gòu)彈簧設(shè)計不合理驗證

故障發(fā)生初期，懷疑是彈性連接機構(gòu)彈簧共振造成抖動現(xiàn)象。設(shè)計新彈簧，提升彈簧剛度，剛度是原來彈簧的10倍，然后進行裝機驗證。多次試驗后，發(fā)現(xiàn)，彈性連接機構(gòu)彈簧提升剛度后，對緩解油門拉桿抖動，有一定效果（抑制調(diào)速器輸出軸抖動），但不能完全消除抖動現(xiàn)象。因此認為，不是共振造成的，彈性連接機構(gòu)彈簧剛度值，不是油門拉桿抖動的主要原因。

3.4 調(diào)速器用油不合理

對調(diào)速器用油進行排查，調(diào)速器油符合相關(guān)標準（46# L-TSA汽輪機油，GB-11120-1989）要求;柴油機運行過程中，油溫也未超限值（限值：80℃）。對潤滑油品質(zhì)進行質(zhì)量檢測，成分、粘度等指標符合標準;油品中未見雜質(zhì)，未變色，滿足調(diào)速器說明書使用要求。

3.5 調(diào)速器傳動速比不合適

對調(diào)速器速比進行校核計算，柴油機運行的轉(zhuǎn)速段乘以速比（1.5）算出的調(diào)速器工作轉(zhuǎn)速，滿足調(diào)速器工作轉(zhuǎn)速推介范圍（500r/min-1500r/min）。與同類機型對比，速比差異不大，也在統(tǒng)計學范圍內(nèi)。詳見表2。

3.6 調(diào)速器驅(qū)動不穩(wěn)定

經(jīng)過梳理，影響調(diào)速器驅(qū)動的主要因素有：花鍵套、錐齒輪組、齒輪軸、調(diào)速器座軸孔等零件加工質(zhì)量，錐齒輪嚙合間隙，軸向間隙等，詳見圖6。通過對零部件質(zhì)量檢測，以及對比同類機型齒輪傳動嚙合間隙，發(fā)現(xiàn)錐齒輪嚙合間隙對齒輪驅(qū)動的穩(wěn)定性影響很大。對故障件進行實地測量，發(fā)現(xiàn)在個別方向上錐齒輪齒隙超差達到0.46mm。圖紙與工藝要求，錐齒輪齒隙0.12mm-0.24mm。重新選裝配對錐齒輪，裝配后控制齒隙范圍在0.16mm-0.23mm，重新試車，油門拉桿抖動現(xiàn)象消除。因此，齒隙超差造成調(diào)速器驅(qū)動不穩(wěn)定，是產(chǎn)生油門拉桿抖動的主要原因之一。

3.7 油門拉桿組件卡滯

通過與油門拉桿組件配合間隙對比分析，傳動軸與軸承孔隙間控制合理。對有油門抖動故障的和沒有抖動故障的柴油機傳動軸與軸承孔隙間進行實測，測量結(jié)果滿足圖紙要求。用彈簧秤拉動操縱桿系，顯示阻力相當，受理均小于4Nm，滿足設(shè)計要求。

4 ?總結(jié)

通過以上原因分析、改進、驗證，確定了此船用柴油機油門拉桿抖動的主要原因是：①調(diào)速器中的推力軸承裝配間隙超差;②調(diào)速器中的調(diào)速彈簧質(zhì)量超差;③調(diào)速器傳動座錐齒輪嚙合間隙超差。改進措施：①嚴格控制調(diào)速器推力軸承裝配間隙、指定調(diào)速彈簧供應商，保證調(diào)速彈簧質(zhì)量一致性;②出廠試驗時，加嚴了調(diào)速器在700r/min-1100r/min范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動考核;③嚴格控制調(diào)速器座錐齒輪嚙合間隙、保證間隙滿足要求。本次對同一型號不同柴油機表現(xiàn)出相同故障現(xiàn)象的問題進行了分析總結(jié)，為今后工作中遇到類似問題，提供了分析思路和解決問題的辦法。

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