6DK-36L型柴油機曲軸常見故障原因分析及解決方案

摘要：曲柄連桿機構是柴油機的主要運動件，它可以把燃料燃燒產生的能量，通過活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪轉變成機械能傳遞出去。其中曲軸起著至關重要的作用，曲軸將所有的運動部件連接到一起，受力相當復雜。并且對于一臺柴油機來說曲軸的價值占比常高達整臺柴油機的1/3。而平時對曲軸的維護和檢查及修理相當困難，修理所需的費用和所需要的時間非常大，下面介紹兩種關于日本大發6DK-36機型出現的故障及現象，原因分析及解決方案。

關鍵詞：輪機工程;故障解決方案;檢查修理;曲軸;柴油機;運動件;受力

1 ?6DK-36L型柴油機概述

天驊船2臺艙內泵柴油機是日本大發柴油機，型號：6DK-36（L），汽缸數：6，缸徑：360mm，行程：480mm，發火順序：1-3-5-6-4-2，額定功率：3310kW，額定轉速：600rpm，噴油提前角：12°，噴油器噴射壓力：343kgf，最大爆發壓力：15.7MPa，汽缸安全閥起跳壓力：19.2MPa，進排氣閥間隙：0.7mm（冷態），臨界轉速：350rpm，此款柴油機工作穩定，性能出色。但經過長時間使用，發現其曲軸會出現部分問題，如果未及時修復，易導致嚴重船機故障。

2 ?6DK-36L型柴油機曲軸常見故障一

2.1 曲柄銷尺寸發生異常變化

6DK-36L型柴油機運轉使用到一個大修周期（16000-24000小時）時，一定要仔細測量柴油機曲柄銷的尺寸，特別是運轉使用到第二個大修周期時，曲柄銷的受力是比較復雜的，所以曲柄銷的尺寸更容易出現異常變化;然而是否百分之百在第二個大修運轉周期會出現這種現象，這需要根據柴油機的日常使用情況以及平時的維護保養情況來具體看待，但本人經歷過的以及同行業同類型船舶的同種機型在第二個周期內出現尺寸變化的情況是比較多的。

這種尺寸變化的現象是曲柄銷中間部分（5至10cm左右寬度范圍）在360度圓周內某些位置會有突起形成凸點，變化的范圍是不規律的，主要集中在曲軸油孔兩側30°的圓周范圍內。

然而對于主軸頸來說，一般的大修是無法測量主軸頸的尺寸的，只能等到曲軸出倉，進廠的時候才能進行更專業、更細致的檢測。

根據日本大發柴油機說明書的要求軸的表面是不允許有任何的毛刺、裂紋、劃痕、光潔度要好，并且整段曲柄銷的尺寸要均勻不能出現非正常的變化。雖然6DK-36L型柴油機只有6個缸，體積大，但其對于技術精度要求極高，曲柄銷這種尺寸的變化是大發機說明書中嚴格禁止的，如果曲柄銷中部某些位置直徑的變化出現了正值的情況或者直徑有變大的趨勢，必須采取修理措施。如若不采取修理措施，也許當時柴油機未立即出現問題，但隨著柴油機的使用會有很大幾率出現抱瓦的情況，因為在曾經的使用經驗中發生過數次這樣的故障并導致了嚴重的后果。

2.2 曲柄銷出現高點原因分析

再優秀的東西也會有缺點，這款柴油機也不例外。曲軸對于柴油機來說是至關重要的，曲軸的受力非常復雜。

2.2.1 曲軸受力

曲軸在周期性變化的氣體壓力、運動質量慣性力及其力矩的作用下工作，在其內部產生迅速變化的拉、壓、彎、扭交變應力。

2.2.2 單個曲柄上所受的外力

①由氣體力和活塞連桿組往復運動慣性力所產生的法向力和切向力。②連桿大端回轉質量的離心力及曲柄銷離心力，曲臂不平衡離心力。③平衡重的離心力。④主軸承支座處曲柄平面內的支反力（由法向力引起）。⑤主軸承支座處與曲柄平面相垂直的支反力（由切向力引起）。⑥由前面氣缸傳來的扭矩。⑦由本曲柄后面的曲柄傳來的反作用力矩。

2.2.3 由于振動而產生的附加應力

曲軸的各種振動除了產生附加振動應力，影響曲軸強度外，還影響到發動機的其它工作性能，因此，在設計曲軸時，力爭使曲軸有較大的剛度、較小的慣量、盡量短的長度，避免在工作轉速中出現共振是非常重要的。

2.2.4 曲軸的應力分布和應力集中

曲軸由于橫截面沿軸線方向的急劇變化，以及外力的作用、分布不均勻等，都將使曲軸過渡圓角區及潤滑油孔周圍產生高度的應力集中現象。

應力集中是曲軸破壞的主要原因，疲勞裂紋的發源地大部分產生在應力集中最嚴重的過渡圓角和油孔處。要避免疲勞破壞，設計者必須精心設計曲柄的形狀，采用足夠粗的曲柄銷和主軸頸，足夠厚的曲柄臂，選用適當的材料，油孔和圓角的尺寸要適當，加工要細致光潔以及采取必要的強化工藝等措施來提高曲軸的疲勞強度。以上的曲軸受力是柴油機所面臨的通用受力，但受力后每種柴油機所表現出的問題是不一樣的。對于6DK-36L柴油機來說，根據它自身的設計、產品材料、安裝工藝等方面特性就出現了曲柄銷產生變形的情況。

2.3 曲柄銷問題解決方案一

按照如下步驟邀請大發機工程師上船修理曲軸，或者是修理該種曲軸非常專業的廠家。

2.3.1 檢查部位

曲軸軸頸也能產生微小的不均勻，但再常規保養中無法修正，所以當大修吊缸時，應按同樣程序檢查曲柄銷軸。（圖1）

2.3.2 檢查不均勻位置和數量

在檢查工具上涂薄薄的紅丹漆，在曲軸軸承部位前后移動檢查工具，檢查均勻度。（使用直行刀具等作為檢查工具）（圖2）

2.3.3 修復過程（圖3）

2.3.4 確認

①根據檢查程序第一步，檢查所有曲柄銷軸周圍的不均勻被正確修正。②最終確認。

2.4 曲柄銷問題解決方案二

照以上步驟將曲柄銷修理到標準數值后，連桿瓦最好更換新的結構的連桿瓦，此方案是配合方案一衍生出來的解決方案，是為了保證即使柴油機在沒有大修和檢查的情況下，曲柄銷出現了高點的時候也不會改變油隙，不會出現抱瓦、燒瓦的情況。

老樣式的連桿瓦下瓦只有兩側瓦口位置有油槽，這種結構的瓦本身的材質、制造工藝、結構是沒有問題的，但一旦曲柄銷中部尺寸發生變化出現高點，造成油隙變小，就極有可能出現抱瓦的現象。

新式瓦結構發生了明顯的變化，下瓦油槽是通槽，這樣就可以有效的避免了曲柄銷某些位置出現高點，抱瓦的危險。

3 ?總結

①柴油機是每艘船舶的動力來源，也是設備管理的重中之重，應按照柴油機技術要求制定合理的維護保養計劃并嚴格執行。特別是與本文中同型號的柴油機更要嚴格按照說明書的要求定期安排檢查，曲軸橫動量，拐檔差及彈性聯軸器。②針對不同的工程和施工工況，應制定合適的施工方案，盡量避免柴油機負荷大幅度波動，確保柴油機在相對穩定的工況下運轉，改善設備的工作環境。③文中同型號的柴油機在大修時，也須重點檢查主軸頸，必要時要將曲軸出倉進廠檢查，主軸頸也會出現高點。④定期對柴油機及各運轉設備進行振動檢測分析。振動檢測是一種設備狀態檢測技術，通過測量設備振動頻譜、幅值等，判斷設備的振動趨勢、各部件的工作狀態，為設備維修提供依據。⑤柴油機是船舶的心臟，只有管理好、使用好、保養好、才能保障船舶生產順利進行、提高生產效率。

參考文獻：

[1]李斌.船舶柴油機[M].大連海事大學出版社，2014.

[2]日本大發柴油機株式會社，6DK-36柴油機操作使用說明書，2008.

作者簡介：張仕田（1986-），男，天津人，助理工程師，專科，研究方向為柴油機曲軸常見故障原因分析及解決方案。