船舶柴油機曲軸臂距差影響因素及策略

易丁

摘 要：在復雜的工況下，船舶柴油機曲軸極易發生故障，進而影響柴油機的正常運行，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 柴油機 曲軸 臂距差 影響因素

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，柴油機在運行過程中，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，造成柴油機不能正常運行。

1.研究背景與研究目的

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，為實現柴油機的正常安全運行，必須確保曲軸臂距差控制在規定范圍內。

因此，本文對船舶柴油機曲軸臂距差的影響因素進行分析并提出相應的解決策略。

2.曲軸臂距差的影響因素及策略

2.1 柴油機機座填充墊塊對臂距差的影響與策略

柴油機機座填充墊塊作為柴油機中一個至關重要的部件，其對柴油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。一般情況下，金屬材料作為制作形狀多樣的柴油機機座墊塊的主要材質，需要注意的是在加工過程中，需留出適當的研磨余量，約為0.1～0.2 mm，并保證0.05 mm 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，因而長期處在高頻振動、高溫的環境中的金屬墊塊很容易導致柴油機機座發生形變，最后造成曲軸臂距的變化。

綜上分析，若選擇金屬材料來制作柴油機機座的墊塊，為了避免機座的變形需要精確加工接觸表面，并且還要確保墊塊與柴油機機座的接觸面積超過70%以上。所以，金屬已不再是柴油機墊塊的主要材質，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。

將柔性的泡沫塑料條切割成相應的尺寸，通常泡沫圍條的高度應比環氧樹脂墊塊的厚度要高出5mm～6mm。將泡沫圍條塞入機座與底座平面之間，緊密貼合上、下平面，形成墊塊澆注的模殼（見圖1、圖2）。

2.2 船舶傳動系統安裝對臂距差的影響及策略

為了減小船舶傳動系統安裝給臂距差帶來的影響，在安裝船舶尾軸傳動系統中需要注意安裝的先后順序，首先安裝開始于螺旋槳軸，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，最后進行安裝的是柴油機。由于傳動軸系是通過法蘭與曲軸進行剛性連接的，這會導致曲軸臂距產生曲折和偏移。船舶的規范要求是曲折值不得超過 0.1 mm/m，偏移值不得超過0.1 mm，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。

2.3 主軸承不均勻磨損對臂距差的影響與策略

運行中的柴油機在每缸都會有不同的工作狀況，因此，曲軸的每個軸承會承受不同的應力，因而造成不同程度的磨損。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。雖然主軸承磨損原因看似復雜并且沒有合理的規律，然而，對于長期運行的柴油機而言，存在一定的規律。因此，在對曲軸臂距差進行調整的過程時，若發現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，可以應用測量臂距差值和橋規值的方法。假如通過兩種方法所測的結果不相一致，那么可以說明柴油機機座發生的塑性形變是導致臂距差過大的主要原因。

2.4？缸內氣體壓力對臂距差的影響與策略

柴油機曲軸在安裝過程中先將曲軸安裝于柴油機基座上，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，會使柴油機曲軸中心線下沉的情況更加嚴重。從另外一個方面來說，柴油機在工作過程中，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柴油機曲軸，曲軸會同樣產生軸線下沉的不良結果。

對于前一種影響因素，我們可以在生產柴油機曲軸的過程中充分考慮、計算曲軸自重和柴油機活塞運動裝置部分的重量，提前對柴油機曲軸做好反方向中心線預變形，從而在一定程度上抵消該因素對柴油機臂距差的影響。對于后一種影響因素，雖然我們可以采用調節柴油機單個汽缸燃油供給量的方法進行避免，但是這種做法將嚴重影響柴油機各個汽缸功率輸出的均勻性，采取這種預防措施對柴油機的損害更加嚴重。目前行業內對第二種影響因素尚未有較好的對應措施，需進行進一步研究。

2.5 飛輪對臂距差的影響與策略

通常為輪緣形結構的飛輪一般都是安裝在柴油機的曲軸上，其材質一般都是由鑄鋼、鑄鐵或鍛鋼，輪緣處作為飛輪的主要質量部位。然而曲軸會因為較大的飛輪質量極易發生形變，從而造成曲軸臂距差產生較大影響。為了確保曲軸臂距差控制在規定范圍內，需要對軸承高度進行適當的調整，其中較為普遍的方法主要有以下兩種：一是對外伸軸承的高度進行適當的升高（如圖3），進而可以使曲軸臂距差負值減小，保證其控制在規定允許的范圍內；二是對靠近飛輪的主軸承進行適當的升高（如圖4），此種方法雖然可以減小曲軸臂距差負值，但相比第一種方法來說存在一定的風險。

2.6 船體的形變對臂距差的影響與策略

目前，鋼板作為船舶的主要建造材料，彈性是船體所具有的特征。船體會因為不同的裝載貨物位置而產生不同程度的彈性形變。與此同時，船體的形變也會導致柴油機機座的變形，進而造成曲軸發生形變。鑒于此，為了避免船舶因為貨物的集中裝載而給船體帶來較大的形變，在裝貨的過程中，應注意均勻合理的裝載，確保曲軸臂距差控制在規定范圍內。值得注意的是具有較大船齡的船舶，要充分檢驗裝貨前后的曲軸臂距差的大小，若發現其超出規定允許的范圍，應進行重新調整配載。

3.結束語

在柴油機的實際運行過程中，通過上文的分析可以發現有很多的影響因素對曲軸臂距差帶來不同程度的影響。因此，為了保證船舶柴油機的正常安全運行，相關人員需根據船舶柴油機的實際運行，采取相應的解決策略來減小積曲軸臂距差。

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