某拖船主機(jī)調(diào)速器換裝研究與實(shí)踐

李巖峰，孟繁強(qiáng)

(1.92896部隊(duì)保障部, 遼寧 旅順 116018；2.4808工廠威海修船廠, 山東 威海 264200)

1 問(wèn)題提出

某拖船主機(jī)為6300ZC柴油機(jī)，已累計(jì)工作8 747 h。中修進(jìn)廠前主機(jī)存在空車時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題,修理中對(duì)可能造成柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的燃油系統(tǒng)及調(diào)速器作了重點(diǎn)檢修。

修后進(jìn)行系泊試驗(yàn)，主機(jī)及調(diào)速器按要求調(diào)整至最佳狀態(tài),空車200 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)70～80 r/min；帶負(fù)荷400 r/min(70%槳葉角)時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)10～20 r/min。之后進(jìn)行航行試驗(yàn)，主機(jī)轉(zhuǎn)速400 r/min(20%～90%槳葉角)時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)小于10 r/min。

HJB310-2005《海軍艦艇6300型柴油機(jī)修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)規(guī)定：帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)在持續(xù)功率及持續(xù)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)范圍不超過(guò)15 r/min，對(duì)空車轉(zhuǎn)速波動(dòng)沒(méi)有提出要求。按照此標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)試驗(yàn)結(jié)果符合要求。但由于該拖船使用比較特殊，使用條例規(guī)定主機(jī)需在空車200 r/min時(shí)暖機(jī)和便備，低速空車時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)將嚴(yán)重影響主機(jī)正常使用。為此，我們?cè)谡{(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出并實(shí)施了主機(jī)調(diào)速器換裝,圓滿地解決了主機(jī)空車時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題。

2 轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題調(diào)查

我國(guó)300系列柴油機(jī)有多個(gè)生產(chǎn)廠家，主要型號(hào)有6300和8300，分增壓和非增壓機(jī)型。該系列柴油機(jī)原配套調(diào)速器為YT170型，為一種全程式液壓調(diào)速器，本船主機(jī)配的也是此型調(diào)速器。該調(diào)速器在結(jié)構(gòu)上無(wú)剛性反饋機(jī)構(gòu)，穩(wěn)定調(diào)速率為0，其特點(diǎn)是調(diào)速靈敏度高，但轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差，尤其是在空車時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大。根據(jù)修理經(jīng)驗(yàn)，該型調(diào)速器使用時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題越嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)幾次修理后，調(diào)速器只能達(dá)到帶負(fù)荷時(shí)基本轉(zhuǎn)速不波動(dòng)，無(wú)法保證空車時(shí)轉(zhuǎn)速不波動(dòng)。HJB310-2005《海軍艦艇6300型柴油機(jī)修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》之所以沒(méi)對(duì)空車轉(zhuǎn)速波動(dòng)提出要求，也是基于此特點(diǎn)。

隨著我國(guó)船舶柴油機(jī)的發(fā)展，300系列柴油機(jī)的這個(gè)問(wèn)題得到了改進(jìn)，就是將原配套的YT170型調(diào)速器改換為YT111G型調(diào)速器。YT111G型調(diào)速器也是一種全程式液壓調(diào)速器，其增加了一套剛性反饋機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定調(diào)速率在一定范圍內(nèi)可調(diào)。通常情況下，調(diào)速器穩(wěn)定調(diào)速率越大，穩(wěn)定性越好，而靈敏度越差。增加剛性反饋機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是犧牲了一定的靈敏度，來(lái)彌補(bǔ)其穩(wěn)定性的不足。我們從調(diào)速器制造廠了解到，其后期生產(chǎn)的300系列柴油機(jī)，配套調(diào)速器均改型為YT111G型。也有的柴油機(jī)是在出廠后根據(jù)船東的要求作了換裝。我們?cè)鴮?duì)2艘某型漁船8300主機(jī)調(diào)速器進(jìn)行了換裝，即把YT170型改為YT111G型，效果良好。

3 換裝初步方案

對(duì)300系列柴油機(jī)調(diào)速器換裝，需要做2方面的安裝接口調(diào)整：一是底座和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；二是操作拉桿部件和油量拉桿部件。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要調(diào)整齒輪傳動(dòng)比，適當(dāng)提高調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速，因?yàn)閅T111G型調(diào)速器的最低輸入轉(zhuǎn)速要比YT170型高一點(diǎn)。通過(guò)調(diào)研和分析，認(rèn)為某廠換裝方案比較完整，技術(shù)上比較可靠成熟，且有換裝配件供應(yīng)。因此決定本船主機(jī)按照此方案換裝調(diào)速器，預(yù)期目標(biāo)：各轉(zhuǎn)速下空車轉(zhuǎn)速波動(dòng)低于20 r/min，帶負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)低于15 r/min。

1)方案具體內(nèi)容。

(1) 換裝所需配件。YT111G型調(diào)速器1臺(tái)，調(diào)速器底座及傳動(dòng)傘齒輪1套，傳動(dòng)圓柱齒輪1只，傳動(dòng)傘齒輪1只，軸承座1套，調(diào)速器搖臂軸、緩沖筒及傳動(dòng)杠桿1套。

(2)換裝主要工程。拆卸原有調(diào)速器、底座及傳動(dòng)裝置；清潔并檢查確認(rèn)原安裝位置完好；安裝換裝所需的齒輪傳動(dòng)各零件，檢查傳動(dòng)圓柱齒輪齒隙在0.08～0.20 mm，傳動(dòng)傘齒輪齒隙在0.15～0.20 mm；安裝調(diào)速器，用手柄搖動(dòng)檢查調(diào)速器靈活性；安裝花鍵軸連接桿及緩沖筒，連接調(diào)整傳動(dòng)杠桿；安裝后進(jìn)行系泊和試驗(yàn)航行。

2)試驗(yàn)情況。換裝后系泊試驗(yàn)，調(diào)速器穩(wěn)定調(diào)速率調(diào)整在中間位置，針閥調(diào)整至最佳狀態(tài)，主機(jī)空車200 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)40～50 r/min ，油量拉桿有間歇性抖動(dòng)現(xiàn)象，主機(jī)響聲雜亂，調(diào)速器工作油壓0.70 MPa，沒(méi)達(dá)到規(guī)定的0.80 MPa；主機(jī)空車250 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)約25 r/min，油量拉桿往復(fù)抖動(dòng)均勻，主機(jī)工作響聲正常，調(diào)速器工作油壓0.80 MPa；主機(jī)空車300～400 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)10 r/min左右，其它情況均正常。當(dāng)主機(jī)從高速降速至200 r/min時(shí)，由于油溫的升高，油壓降至0.60 MPa，主機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)增大至約100 r/min。

3)換裝存在的問(wèn)題。從試驗(yàn)結(jié)果看，換裝后主機(jī)在空車轉(zhuǎn)速為250 r/min及以上時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)情況基本符合要求，但空車轉(zhuǎn)速為250 r/min以下時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)沒(méi)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。另外，YT111G型調(diào)速器操作拉桿和油量拉桿與主機(jī)匹配稍有不足。

4)沒(méi)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的原因分析。從現(xiàn)象看，低速時(shí)調(diào)速器工作油壓沒(méi)達(dá)到規(guī)定值0.80 MPa，說(shuō)明調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速偏低。YT111G型調(diào)速器說(shuō)明書(shū)規(guī)定，其工作轉(zhuǎn)速為600～1 500 r/min，工作油壓0.75～0.85 MPa。原YT170型調(diào)速器與柴油機(jī)傳動(dòng)比是1∶2.6， YT111G型調(diào)速器傳動(dòng)比是1∶2.8。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速200 r/min時(shí)，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速560 r/min，沒(méi)有達(dá)到其最低輸入轉(zhuǎn)速600 r/min的要求；當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速400 r/min時(shí)，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速1 120 r/min，小于其最高輸入轉(zhuǎn)速1 500 r/min，符合要求。

由此得出，沒(méi)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的原因是主機(jī)低速時(shí),調(diào)速器轉(zhuǎn)速?zèng)]達(dá)到規(guī)定的輸入轉(zhuǎn)速，工作油壓不足，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大。上述情況并不說(shuō)明該廠方案有問(wèn)題，因?yàn)橐话?00系列柴油機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)置在250 r/min或以上，工作轉(zhuǎn)速設(shè)置在300～450 r/min，在這一轉(zhuǎn)速區(qū)間調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速符合要求。而本船情況特殊, 其主機(jī)負(fù)載為變距槳，使用條例規(guī)定主機(jī)空車啟動(dòng)和空車暖機(jī)轉(zhuǎn)速均為200 r/min，這才是問(wèn)題所在。

4 換裝改進(jìn)方案

由于上述問(wèn)題，主機(jī)調(diào)速器換裝需要作出調(diào)整，有2個(gè)方案可選擇：一是重新設(shè)計(jì)制作傳動(dòng)齒輪，將傳動(dòng)比從1∶2.8調(diào)整到1∶3.2～1∶3.6，輸入轉(zhuǎn)速可達(dá)到640～720 r/min,滿足YT111G型調(diào)速器最低輸入轉(zhuǎn)速要求；二是重新選擇滿足相關(guān)要求的調(diào)速器。根據(jù)多年修理經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)綜合考慮技術(shù)可行性、工程量，以及修后保障等因素，認(rèn)為改用TH-5型調(diào)速器能解決上述各種問(wèn)題。

1)改用TH-5型調(diào)速器的可行性及優(yōu)點(diǎn)。TH-5型調(diào)速器是YT111G型調(diào)速器的升級(jí)改進(jìn)型，兩者的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)參數(shù)基本一致，而且TH-5型調(diào)速器是軍品，是專門(mén)為某系列船主機(jī)研發(fā)的調(diào)速器，不僅設(shè)計(jì)更加完善，性能和質(zhì)量也更加可靠。TH-5型調(diào)速器工作轉(zhuǎn)速范圍380～1 140 r/min，如果仍保持傳動(dòng)比為1∶2.8，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速 200 r/min 時(shí)，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速560 r/min，大于最低輸入轉(zhuǎn)速380 r/min；當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速400 r/min時(shí)，調(diào)速器輸入轉(zhuǎn)速1 120 r/min，小于最高輸入轉(zhuǎn)速1 140 r/min，最低和最高轉(zhuǎn)速均滿足要求。兩型調(diào)速器性能參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 YT111G型和TH-5型調(diào)速器性能參數(shù)對(duì)比

在操縱拉桿和油量拉桿匹配方面，TH-5型調(diào)速器輸入端花鍵軸位置位于調(diào)速器內(nèi)側(cè)上端，輸出端花鍵軸位置位于調(diào)速器一側(cè)下端，分屬兩側(cè)(90°相鄰兩面)上下端，與主機(jī)原操縱控制部件連接和油泵齒條控制連接空間設(shè)計(jì)相符，不僅消除了空間上的相互干涉，而且提供了減小花鍵軸連接桿長(zhǎng)度(縮短力臂)，增強(qiáng)其強(qiáng)度。

在換裝工程量方面，在原換裝YT111G型調(diào)速器基礎(chǔ)上改進(jìn)為T(mén)H-5型調(diào)速器，可仍使用YT111G型調(diào)速器的底座和傳動(dòng)齒輪等，僅需將TH-5型調(diào)速器傳動(dòng)軸更換為YT111G型調(diào)速器傳動(dòng)軸后即可安裝。

在質(zhì)量、可靠性和修后保障方面，工廠庫(kù)存有充足的TH-5型調(diào)速器總成和備品備件，同時(shí)修理設(shè)備完善、修理經(jīng)驗(yàn)豐富，可確保換裝調(diào)速器質(zhì)量穩(wěn)定和性能可靠，并為其做全壽命保障服務(wù)。

2)換裝改進(jìn)方案的主要工程。拆卸YT111G型調(diào)速器，保留調(diào)速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和底座；將TH-5型調(diào)速器傳動(dòng)軸更換為YT111G型調(diào)速器傳動(dòng)軸，然后安裝調(diào)速器，用手柄搖動(dòng)檢查調(diào)速器靈活性；操作拉桿部件和油量拉桿部件作相應(yīng)調(diào)整和安裝。安裝后進(jìn)行系泊和航行試驗(yàn)。

3)改進(jìn)方案的試驗(yàn)及結(jié)果。碼頭系泊試驗(yàn)，主機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定調(diào)速率調(diào)整在中間位置，針閥調(diào)整至最佳狀態(tài)，空車200 r/min時(shí),轉(zhuǎn)速波動(dòng)15 r/min以內(nèi);空車300～400 r/min時(shí),轉(zhuǎn)速波動(dòng)10 r/min以內(nèi)。在各轉(zhuǎn)速下帶負(fù)荷(20%～80%槳葉角)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)均在10 r/min以內(nèi)。航行試驗(yàn),主機(jī)帶負(fù)荷(20%～80%槳葉角)400 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)均在10 r/min以內(nèi)。

上述試驗(yàn)結(jié)果完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，既符合本拖船使用要求，也符合海軍修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

某拖船主機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題屬于300系列柴油機(jī)的共性問(wèn)題，將主機(jī)調(diào)速器由YT170型換裝為YT111G型，是目前解決該系列柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題的通用方法，并且有換裝配件供應(yīng)。但由于本拖船用途特殊，主機(jī)使用轉(zhuǎn)速范圍大，低速時(shí)輸入轉(zhuǎn)速不符合要求，因而低速空車時(shí),轉(zhuǎn)速波動(dòng)沒(méi)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。然后進(jìn)一步研究改用機(jī)芯與YT111G型調(diào)速器基本相同的軍品TH-5型調(diào)速器，不但解決了輸入轉(zhuǎn)速匹配問(wèn)題，而且與主機(jī)的操作系統(tǒng)和油量控制系統(tǒng)匹配更加順暢，調(diào)速性能和質(zhì)量更加可靠，修后保障更有保證，圓滿地解決了本拖船主機(jī)空車轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題。