徐歡 俞劍 徐飛

摘 要 作為船舶的主要動力來源，柴油機是否能夠正常工作直接決定著船舶的安全性。但是，在船舶運行過程中難免會發(fā)生各種故障。比如：拉缸就是船用柴油機最常見的故障，在該故障出現(xiàn)后柴油機無法正常工作，進而影響到船舶的安全行駛。基于此，本文就船用柴油機拉缸故障進行深入的研究，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞 船舶 柴油機 拉缸

中圖分類號：U664.121 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0031-03

對船用柴油機而言，拉缸是比較常見的故障，且會影響船舶的正常行駛。從柴油機拉缸故障角度來看，其形成的主要原因為缸套和活塞間的油膜變薄或者發(fā)生破損，導(dǎo)致潤滑效果較差，更有甚者還會產(chǎn)生干摩擦狀況，引起缸套與活塞間溫度的急劇上升，造成其工作表面出現(xiàn)顯微熔化、撕裂或者是黏著，若油膜緩慢恢復(fù)或者難以恢復(fù)，則會引起大規(guī)模的異常磨損，活塞、缸套內(nèi)壁將會造成嚴(yán)重破損，在缸壁外表產(chǎn)生熔融流動態(tài)，長期發(fā)展下去則會導(dǎo)致拉缸。

1 船用柴油機簡介

柴油機有著十分復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)用涉及領(lǐng)域極其廣泛。船用柴油機通常是由機體、配氣機構(gòu)、曲柄連桿機構(gòu)、電器系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及燃油系統(tǒng)等部分構(gòu)成。隨著新工藝、新材料及新技術(shù)的迅速發(fā)展，逐漸被運用于柴油機設(shè)計和生產(chǎn)領(lǐng)域，綜合技術(shù)水平大幅提升。從柴油機機體方面來看，其主要包含缸套、缸體、油底殼以及缸蓋等部分，作為柴油機的“骨架”，機體不僅可以用于支持及安裝其他零件，并且還是配氣機構(gòu)、曲柄連桿機構(gòu)、潤滑系統(tǒng)、供給系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)等系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，承受高壓和高溫，及周期性改變的燃氣作用力、慣性力等力的作用，工作環(huán)境十分嚴(yán)格。為了確保連桿、活塞、凸輪軸以及曲軸等零件“耐久、可靠”的運作，機體應(yīng)當(dāng)具備較高的強度及剛度，對這些部件提供強有力的支持。

2 船用柴油機拉缸故障現(xiàn)象及形成原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

目前，船用柴油機拉缸故障現(xiàn)象主要包括：

第一，竄氣聲或者異響聲。在柴油機出現(xiàn)拉缸故障時，以金屬棒某端貼近耳朵，另端靠近氣缸體外表，可清楚地聽見不正常、沉重的響聲，比如：套缸和活塞間發(fā)生的干磨擦而引起的異響聲;在加大柴油機的油門時，敲缸聲更加雜亂、嚴(yán)重，同時還可聽到顫抖般的異響聲;如果柴油機處在怠速狀態(tài)，則會聽見竄氣聲或者敲缸聲;在潤滑油加油口位置處可以聽見漏氣的聲音，與敲缸聲響極其類似[1]。

第二，柴油機的基本參數(shù)發(fā)生改變。如果柴油機的潤滑油溫度、排氣溫度、活塞冷卻液出口處的溫度、氣缸冷卻水出口處的溫度出現(xiàn)不正常的上升，或者柴油機功率降低、轉(zhuǎn)速失衡等，則此時可考慮已經(jīng)出現(xiàn)拉缸故障。由于在柴油機剛出現(xiàn)拉缸故障時，溫度并不會有比較顯著的上升，在拉缸發(fā)展至特定程度的時候，在同種運行狀態(tài)條件下，柴油機的所有溫度參數(shù)都會有較大幅度的變化。

第三，掃氣箱與曲軸箱升溫。當(dāng)出現(xiàn)拉缸故障時，因為缸套的溫度上升，從而造成掃氣箱與曲軸箱也會升溫，導(dǎo)致此些空間內(nèi)的水份及潤滑油蒸發(fā)成煙霧，引起掃氣箱向外冒煙，甚至?xí)?dǎo)致掃氣箱著火。當(dāng)潤滑油的加油蓋打開時，從加油口位置處會有很多煙氣冒出，同時能夠聞到油焦味;在對柴油機的排氣管進行檢查時，可以看到較多的藍黑煙氣。

第四，如果拉缸故障比較嚴(yán)重，則會造成盤車曲軸無法正常運行。出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象的氣缸曲拐在越過上死點時，則會發(fā)出敲擊聲，同時還會出現(xiàn)柴油機功率降低、轉(zhuǎn)速放緩等情況;對出現(xiàn)拉缸故障的氣缸采取單缸停油檢查方式，竄氣聲與敲擊聲會漸漸削弱。一般情況下，如果拉缸故障相對輕微，則柴油機依然可以正常工作;如果故障比較嚴(yán)重，柴油機就會熄火，難以再次啟動;如果故障極其嚴(yán)重，則會驟然熄火、停車，盤車時曲軸同樣無法正常運行。

2.2 故障分類

現(xiàn)階段，船用柴油機拉缸故障的常見類型主要有以下幾種：

第一，粘著磨損，又可稱作熔著磨損，其屬于金屬熔結(jié)過程，通常被人們叫做“粘缸”，嚴(yán)重威脅著缸套內(nèi)壁的穩(wěn)定性。其主要是因為氣缸套內(nèi)壁、活塞環(huán)以及活塞間的潤滑油膜由于受各類因素影響而發(fā)生破損又或是無法建立，部分滑動面出現(xiàn)干摩擦、形成極大的摩擦熱，造成部分滑動面形成顯微的粘著和熔化[2]。

第二，磨粒磨損，其根本成因在于機械硬質(zhì)顆粒進入到氣缸中，嵌入氣缸套、活塞環(huán)與活塞的滑動面中間，對摩擦外表形成磨料作用而造成磨損。

第三，復(fù)合磨損，其主要指的是缸套摩擦副和活塞組同時出現(xiàn)以上兩種磨損形式，比如首先出現(xiàn)磨粒磨損而造成燃氣竄氣，導(dǎo)致油膜受損，從而造成粘著磨損。復(fù)合磨損，是多種磨損互相作用的結(jié)果，其磨損速度通常超過單一磨損形式，具有更強的破壞性。

第四，腐蝕磨損，其主要是由磨損與腐蝕共同作用的結(jié)果。氣缸中的燃油在燃燒過程中往往會形成酸性氣體，如果缸壁溫度小于水蒸氣的露點溫度，則水蒸氣與酸性氣體就會通過化學(xué)反應(yīng)而形成硝酸、碳酸以及硫酸等物質(zhì)，附著于氣缸壁上，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)，從而生成腐蝕產(chǎn)物。此些金屬腐蝕物在活塞環(huán)與活塞循環(huán)往復(fù)運動的過程中會剝落，露出的金屬則會再次被腐蝕，如此也就加快了缸套的磨損速度。

2.3 故障形成原因

第一，有異物進入氣缸。如果異物進入到氣缸中，在柴油機處于高速工作狀態(tài)時就會被活塞多次沖擊，燃燒室內(nèi)溫度上升，活塞沖擊強度比較大，異物容易發(fā)生破碎，破碎以后的大多數(shù)異物通常會跟隨排氣沖程被廢氣吹出后而造成渦輪增壓器受到損壞，還有少許異物會進入到氣缸套與活塞中間，在活塞反復(fù)運動過程中而導(dǎo)致活塞受傷，最后引起拉缸現(xiàn)象。

第二，潤滑不良。氣缸潤滑不良，很難在缸壁上生成整體性的油膜，導(dǎo)致缸套和活塞環(huán)磨損更加嚴(yán)重，造成漏氣增加，外泄的燃氣會導(dǎo)致缸壁油膜受到損壞，引起柴油機出現(xiàn)拉缸問題。氣缸潤滑不良的影響因素主要包含如下幾點：（1）氣缸套注油孔被堵塞、注油器發(fā)生故障、注油管接頭出現(xiàn)漏油等因素造成氣缸供油中斷又或是潤滑油不足;（2）氣缸油質(zhì)量差、氣缸油規(guī)格選用不適等其他因素造成潤滑油質(zhì)量較差;（3）四沖程柴油機的刮油環(huán)刮油過多。

第三，受活塞環(huán)質(zhì)量影響?；钊h(huán)和缸套屬于是一對摩擦副，有著互相影響、互相限制的因素，在缸套拉傷時也會出現(xiàn)環(huán)拉傷，活塞環(huán)受損還會對缸套造成影響?；钊h(huán)品質(zhì)不佳會加速拉缸問題的出現(xiàn)，活塞環(huán)硬度不滿足需求，鍍鉻層容易發(fā)生脫落，特別是搭扣周圍，受力過度集聚，脫落后的活塞環(huán)或許會造成缸套劃傷，剝落位置的缸套和環(huán)無法通過油膜密封，在缸套中活塞環(huán)會形成周向運作，導(dǎo)致缸套惡化范圍不斷擴大，環(huán)和缸套的互相作用最后引發(fā)拉缸[3]。除此以外，活塞環(huán)發(fā)生形變，在活塞環(huán)中發(fā)生卡滯現(xiàn)象，環(huán)槽間隙太小、活塞環(huán)尺寸不符合要求，同樣會導(dǎo)致拉缸問題。

第四，缸套質(zhì)量問題。缸套質(zhì)量如果有問題，同樣會引起拉缸故障。其常見影響因素主要包括缸套自身的材質(zhì)不符合要求，鑄造以后的金相組織未達到要求，鐵素體含量較高、石墨集聚狀況;缸套加工過程中粗糙度較高，缸套硬度比較低，無法滿足圖紙需求;缸套掃氣口位置處有銳邊或者凸點，缸套注油口的油槽存在高點與毛刺，缸套內(nèi)徑尺寸大小與圖紙要求不符。

2.4 故障的診斷

第一，檢查冷卻系統(tǒng)。一是檢查冷卻液的質(zhì)量。高質(zhì)量的冷卻液應(yīng)當(dāng)是透明、清澈、無異味的，以目視方式進行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)懸浮物、發(fā)泡以及渾濁等現(xiàn)象，同樣沒有聞到具有刺激性的味道，則可確定冷卻液的質(zhì)量是良好的。二是檢查冷卻液的位置。當(dāng)發(fā)動機處在非運行冷態(tài)時，需要對液位進行檢查。在主水箱蓋開啟以前，應(yīng)當(dāng)明確冷卻液溫度已降低至50℃下;與此同時，還需對主、副水箱的液位實施檢查，確保其滿足要求。三是對節(jié)溫器進行檢查。節(jié)溫器通?？墒褂么蠹s5年時間，長期使用則會導(dǎo)致閥門靈敏度有所降低，開度同樣會大幅減少。相關(guān)研究表明：在80±2℃環(huán)境下，發(fā)動機節(jié)溫器的開啟行程是1 mm;當(dāng)溫度達到95℃時則會實現(xiàn)全開狀態(tài)，其升程是10 mm。四是對風(fēng)扇和水泵進行檢查。對水泵外觀實施檢查，觀察是否存在泄漏問題，搖動水泵軸沒有松動現(xiàn)象，對風(fēng)扇皮帶的張緊度展開檢測，如果皮帶稍松則需及時加以調(diào)整。

第二，檢查潤滑系統(tǒng)。一是對機油泵進行檢查。將機油泵拆卸下來，以手搖動油泵驅(qū)動齒輪，看是否存在松動問題;用機油注滿機油泵，讓驅(qū)動齒輪處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，如果感覺存在比較大的阻力，則可初步判定機油泵并未發(fā)生損壞。二是檢查機油。在手指上滴一點油且稍微捻動，如果觀察到有金屬閃光，則可確定是拉缸磨損故障引起的金屬顆粒;如果發(fā)生機油黏度比較低的情況，其或許是機油發(fā)生變質(zhì)而導(dǎo)致的后果，也或許是燃油進入而引起的。由于黏度下降會嚴(yán)重影響油膜的生成，所以需要對黏度下降問題保持高度關(guān)注。三是對機油濾清器進行檢查[4]。將機油濾清器拆卸下來，對閥門、進出口進行清洗及檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況;更換新的濾芯后裝復(fù)即可。

3 船用柴油機拉缸故障的預(yù)防措施

第一，強化對潤滑和冷卻系統(tǒng)的養(yǎng)護。對于柴油機的潤滑和冷卻系統(tǒng)，應(yīng)加大養(yǎng)護力度，保障潤滑和冷卻系統(tǒng)可以正常運行。需進一步提高對潤滑油位和冷卻水位的檢查頻率，如果發(fā)現(xiàn)問題需立即進行補充，著重關(guān)注柴油機的壓力和溫度，發(fā)生異常狀況時需立即排除，不可“帶病”工作。需定期對潤滑、冷卻濾清器及其管路實施維護，確保其可以維持優(yōu)良的運行狀態(tài)，降低拉缸故障發(fā)生的可能性。

第二，在維修裝配過程中，應(yīng)積極推動技術(shù)創(chuàng)新。對活塞環(huán)的彈力與間隙、缸套和活塞的配合尺寸等進行嚴(yán)格檢查，確保其符合要求。在進行活塞連桿裝配作業(yè)以前，應(yīng)確?；钊自谙鄳?yīng)范圍內(nèi);在裝配過程中，應(yīng)完全根據(jù)維修工藝步驟完成裝配工作，防止由于裝配不到位而引起拉缸問題。

第三，強化對燃油系統(tǒng)的檢查和養(yǎng)護。根據(jù)需求定期進行維護或是更換全新的燃油濾清器且定期排水，避免因為燃油沖刷而導(dǎo)致潤滑失效，加大缸套與活塞間的拉傷及磨損。與此同時，還需選擇正規(guī)途徑采購燃油，防止劣質(zhì)燃油進入到柴油機中，防止因為劣質(zhì)燃油導(dǎo)致柴油機潤滑失效而引起拉缸故障。

第四，高度重視柴油機運行過程中的各類態(tài)參數(shù)值。在船舶行駛過程中，所有值班人員都需對柴油機的工作狀態(tài)及工況參數(shù)保持高度關(guān)注。（1）排溫指標(biāo)。檢查各缸排煙的溫度是否符合規(guī)范要求，通常誤差需確保在均值的5%以內(nèi);燃燒室密封效果差、油頭滴油以及高壓油泵發(fā)生故障等，均會造成排煙溫度處于不正常狀態(tài)。（2）汽缸油注油量指標(biāo)。對應(yīng)指標(biāo)需滿足說明書的具體規(guī)定。注油率過大，不僅會導(dǎo)致營運成本的增加、汽缸油的浪費、活塞環(huán)粘著、工件處沉積物更多、氣口由于積碳過多而逐漸變窄等問題，同時還會引起掃氣箱著火;過小的注油率，難以確保氣缸油膜的完整性，引起更加惡劣的咬缸事件。對于注油率而言，維持缸套最低磨損量和活塞環(huán)最大清潔度是其度量的最佳指標(biāo)。（3）測示功圖。在柴油機運行過程中，需多次測取柴油機的“P-Q功率圖”和“P-V示功圖”，對各缸的工況狀態(tài)展開全面分析，及時加以調(diào)整也是極其必要的[5]。若“P-Q功率圖”中某缸的圖形面積比較小，那么也就代表該缸所做的功較小，其或許是高壓油泵或者油頭發(fā)生故障;若“P-V示功圖”中某缸的壓縮壓力顯著偏低，那么也就代表燃燒室的密封效果較差，其或許是排氣閥發(fā)生燒蝕漏氣;若某缸的爆壓過高，那么就需及時調(diào)整VIT或是單缸油門。（4）滑油指標(biāo)。現(xiàn)階段的活塞冷卻均是借助套管式的主機系統(tǒng)油進行冷卻，對回油溫度和流量實施檢查，如果回油溫度較高、流量較小，則代表活塞冷卻不到位，造成活塞頭溫度過高，進而引起拉缸故障。（5）檢查掃氣箱。每月定期檢查柴油機的掃氣箱，觀察各道活塞的磨損指標(biāo)是否符合要求、外表面是否足夠光亮、活塞頭積碳數(shù)量、活塞令是否有卡死現(xiàn)象等等;與此同時，還需對缸套掃氣口是否有凸臺和倒角、活塞下是否有斷令和金屬等展開檢查。利用柴油機運行過程中的實時監(jiān)控，再根據(jù)每月的定期檢查情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決好各項問題。

4 結(jié)論

綜上所述，柴油機是船舶必不可少的構(gòu)成部分，在船舶日常運行中起著不可替代的重要作用。但是，在船舶行駛過程中，由于受各方面因素的影響，而導(dǎo)致船舶柴油機發(fā)生拉缸故障。當(dāng)發(fā)生拉缸故障時，應(yīng)及時診斷、分析故障，掌握故障形成的根本原因，且采取有效的防范措施，以確保船舶的安全行駛。

參考文獻：

[1] 林海，鄭志強，馮顯.淺析大功率柴油機高寒地區(qū)冬季冷啟動運行易發(fā)生拉缸故障的原因分析[J].中國設(shè)備工程，2020（17）：18-19.

[2] 劉江濤，張鵬，李治明，等.某船用柴油機機組拉缸故障原因分析及解決方案[J].內(nèi)燃機與配件，2020（05）：50-52.

[3] 葉啟華，鄒世順.某型中速船用柴油機氣缸套拉缸的原因分析及解決措施[J].廣東造船，2019，38（01）：69，73- 75.

[4] 張維新.船舶柴油機拉缸故障原因分析及預(yù)防措施[J].裝備制造技術(shù)，2018（03）：214-215.

[5] 王秀芬.柴油機拉缸故障影響因素分析及預(yù)防措施[J].河北農(nóng)機，2016（05）：15.