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相似原理在大功率柴油發(fā)電機(jī)主軸承座維修中的應(yīng)用

2012-11-20

作者：吳楠
　　1　故障概述
　　2000年，塘廈電力有限公司一臺(tái)NIGATA（日本新瀉鐵工所）18PC2-6V柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)主軸承溫度過(guò)高自動(dòng)停機(jī)，拆檢結(jié)果為柴油機(jī)第四道主軸承下軸瓦嚴(yán)重?zé)龘p，軸承座有高溫變形，軸頸表面經(jīng)探傷檢查未發(fā)現(xiàn)裂紋。
　　由于軸承座變形嚴(yán)重，無(wú)法直接修復(fù)使用。經(jīng)向生產(chǎn)廠家咨詢(xún)，對(duì)方?jīng)]有保存該機(jī)主軸承座的加工數(shù)據(jù)，無(wú)法提供新件更換。
　　主軸承座變形情況如圖1a所示。
　　由于同軸度要求極高，大功率多缸柴油機(jī)主軸承座孔是采用與機(jī)體配合加工而成，這決定了各軸承座不具有互換性。其圓弧面中心軸線(xiàn)O與機(jī)體貼合平面P并不一定重合，各主軸承座半圓弧面深度H不盡相同（參見(jiàn)圖1b）。因此在發(fā)生變形后，如果設(shè)備生產(chǎn)廠未保留原始加工紀(jì)錄，則很難確定其變形前的原始數(shù)據(jù)，必須采取其它方法來(lái)滿(mǎn)足實(shí)際裝配要求。
　　為盡快恢復(fù)生產(chǎn)，在對(duì)變形的主軸承座進(jìn)行測(cè)量分析后，決定對(duì)變形的主軸承座進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。
　　2　修復(fù)加工步驟
　　2.1軸瓦貼合面的修復(fù)
　　加工一個(gè)工藝假軸，研磨加工圓弧表面，以恢復(fù)其幾何形狀。
　　2.2上平面的修復(fù)
　　采用平面磨床磨削加工，修正主軸承座上平面。
　　加工后的主軸承座如圖1b所示。注意在加工中應(yīng)盡量減少磨削量，同時(shí)必須盡量保證上平面P對(duì)半圓柱面軸線(xiàn)O的平行度；半圓柱面軸線(xiàn)O對(duì)側(cè)面B的平行度以及上平面P對(duì)側(cè)面B（主軸承座安裝橫向定位面）的垂直度。加工后半圓弧面深度H會(huì)小于原始值，這一尺寸將在安裝時(shí)通過(guò)加裝調(diào)整墊片來(lái)恢復(fù)（見(jiàn)圖2，⑤）。由于受力大，調(diào)整墊片使用不銹鋼材料以保證墊片具有足夠的剛度。
　　3　安裝調(diào)整
　　安裝中Z困難的問(wèn)題是確定正確的調(diào)整墊片厚度。
　　由于柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆卸主軸工程浩大，非萬(wàn)不得已是不考慮的。由于曲臂遮擋，很難用常規(guī)方法準(zhǔn)確測(cè)量安裝后主軸承孔在垂直方向的直徑，這導(dǎo)致難以準(zhǔn)確確定調(diào)整墊片厚度。為此，先后采用了兩種不同的方法。
　　3.1壓鉛塊厚度測(cè)量法
　　次安裝按照日本專(zhuān)家的方法進(jìn)行。將直徑10mm，厚5mm鉛塊放置于下軸瓦安裝部位，鎖緊軸承座緊固螺栓，拆除后測(cè)得鉛塊厚度，用軸瓦厚度減去鉛塊厚度，得出的墊片厚度為0.10mm。按此厚度加裝墊片后裝復(fù)，測(cè)量曲軸開(kāi)檔差在允許范圍。開(kāi)機(jī)運(yùn)行帶90%負(fù)荷時(shí)，該道軸承溫度為79℃，高于其他軸承3~5℃，但基本穩(wěn)定。日方專(zhuān)家確認(rèn)修復(fù)成功。
　　但到2001年，機(jī)組運(yùn)行6000h后大修拆檢發(fā)現(xiàn)，該道主軸瓦合金鍍層磨損嚴(yán)重，雖然沒(méi)有偏磨現(xiàn)象，但合金鍍層磨損面積超過(guò)2/3，而其他主軸瓦磨損面積均不超過(guò)1/3。由于當(dāng)時(shí)急于開(kāi)機(jī)，就直接更換新軸瓦后開(kāi)機(jī)，運(yùn)行不到24h即出現(xiàn)主軸承升溫報(bào)警，停機(jī)拆檢發(fā)現(xiàn)新軸瓦已損壞。為減少配件損失，臨時(shí)更換一道舊軸瓦后再次開(kāi)機(jī)，帶90%負(fù)荷時(shí)溫度維持在79℃，情況穩(wěn)定。
　　按照生產(chǎn)廠提供的維修手冊(cè)，主軸瓦的正常使用壽命為24000~28000h，且在磨損面積不超過(guò)2/3時(shí)可繼續(xù)使用。上述狀況顯然達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。從上述現(xiàn)象分析，該道主軸承負(fù)荷偏高，是造成軸瓦異常磨損的主要原因，而負(fù)荷偏高是由于調(diào)整墊片厚度不夠，造成該道主軸承底面高度高于其它軸承所致。基于以上分析，決定對(duì)該道主軸承座調(diào)整墊片厚度進(jìn)行重新確定。而為修正次安裝的誤差，須采用更為精確的方法來(lái)確定調(diào)整墊片厚度。
　　3.2主軸提升量測(cè)量法
　　除兩端和第十道主軸承外，在結(jié)構(gòu)相似、受力相似、變形相似的情況下，第二至第九道主軸承在靜態(tài)下對(duì)主軸頸的支撐力應(yīng)該是相等的。在拆卸主軸承時(shí)，對(duì)應(yīng)的主軸頸會(huì)因?yàn)樽灾禺a(chǎn)生彎曲變形而下沉（已拆除對(duì)應(yīng)活塞連桿及平衡塊），在安裝主軸承座時(shí)，其支撐力對(duì)主軸頸的提升量也是相等的。
　　根據(jù)這一分析，決定選擇與第四道主軸承Z為相似的第六道主軸承作為比照依據(jù)。使用百分表實(shí)測(cè)第六道主軸承安裝前后主軸頸的提升量為0.03mm，第四道主軸承在加0.10mm調(diào)整墊片時(shí)，安裝前后主軸頸的提升量為0.05mm，高出0.02mm，據(jù)此決定將調(diào)整墊片增加相應(yīng)尺寸，Z終確定調(diào)整墊片厚度為0.12mm（實(shí)際使用兩片0.06mm墊片代替），安裝前后主軸頸的提升量為0.03mm，開(kāi)機(jī)運(yùn)行帶90%負(fù)荷時(shí)，溫度穩(wěn)定在76℃，情況正常。
　　運(yùn)行24000h拆檢，實(shí)際磨損面積不足50%，與其它軸瓦相當(dāng)，完全達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，證實(shí)修復(fù)完全成功。
　　4　分析
　　壓鉛塊厚度測(cè)量法在實(shí)際檢修工作中用途甚廣，例如測(cè)量齒輪間隙等，但在本例中卻出現(xiàn)了較大的誤差，究其原因，主要由下述因素所造成。
　　由于存在徑向間隙，主軸頸在靜態(tài)時(shí)其頂部處于自由狀態(tài)。當(dāng)鉛塊受壓時(shí)，其對(duì)主軸頸有較大的反作用力，當(dāng)此作用力超過(guò)該段主軸自重時(shí)，會(huì)使主軸產(chǎn)生向上彎曲。雖然主軸直徑較大，具有較大的抗彎能力，但第三道至第五道主軸承之間的跨度近1000mm，加上4個(gè)長(zhǎng)度400mm的曲臂，總長(zhǎng)度超過(guò)2000mm，如此大的跨距造成主軸向上的彎曲變形量超過(guò)了預(yù)期的誤差，再加上主軸承座的向下彎曲變形，測(cè)量中出現(xiàn)0.02mm的誤差是可以理解的。
　　主軸提升量測(cè)量法使用了相似原理，以結(jié)構(gòu)和受力均極其相似的第六道主軸承作為比照對(duì)象，其精確度在不考慮表計(jì)誤差的情況下，完全取決于比照對(duì)象與待測(cè)對(duì)象的相似程度，從而避免了各種變形對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。在本例中其精確度達(dá)到了0.01mm以上，效果理想。
　　5　結(jié)論
　　在實(shí)際設(shè)備檢修工作中，受現(xiàn)場(chǎng)條件、檢測(cè)加工等條件的限制，常常出現(xiàn)常規(guī)檢測(cè)手段無(wú)法應(yīng)用的情況。而由于設(shè)備制造誤差、運(yùn)行磨損量及受力變形等因素的不確定性，使得在研究設(shè)計(jì)中常用的一些計(jì)算方法同樣無(wú)法精確使用。
　　利用相似原理，通過(guò)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、受力情況等因素的周密分析，找到可作為比照依據(jù)的參考點(diǎn)，間接測(cè)量確定所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是一種經(jīng)濟(jì)便捷、行之有效的方法。
　　在選擇測(cè)量方法時(shí)，必須對(duì)待測(cè)對(duì)象進(jìn)行全面細(xì)致地分析，綜合考慮可能的影響因素，確定Z佳的直接或間接待測(cè)量，按照不同測(cè)量方法的特點(diǎn)，正確選擇和應(yīng)用測(cè)量方法。只有這樣，才能達(dá)到理想的效果。
來(lái)源：《柴油機(jī)》2006年第03期