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　　摘　要：本文對齒輪箱輸出端支點軸承溫度高原因進行了分析，并制定合理的修理方案排除之。
　　關鍵詞：齒輪箱；輸出端軸承；溫度高原因；分析；解決
　　某艦裝備主柴油機兩臺，減速齒輪箱兩臺，呈左右舷布置。柴油機型號為12PA6V-280，額定轉速1000轉/分。齒輪箱型號為GWH6066，傳動比為4.0962:1。其中，齒輪箱輸入端兩個支點軸承采用滾動軸承，而輸出端兩個支點軸承采用滑動軸承。在較長一段時間內，左機齒輪箱輸出端軸承一直處于溫度偏高的狀態(tài)，導致主機加不上轉速，直接影響部隊執(zhí)行任務及裝備使用安全。經分析研究，我們對原輸出端軸承結構進行了局部改進性維修，比較好地解決了這個問題。現將分析、排除故障的過程綜述如下。
　　一、故障現象
　　該型齒輪箱接排轉速為450轉/分，在低轉速情況下，齒輪箱潤滑壓力、工作壓力、滑油溫度、推力軸承溫度、輸出端支點軸承溫度均處于正常狀態(tài)。比較左右兩臺齒輪箱相同轉速下的各個參數，在負荷450轉/分、600轉/分、760轉/分工況時，左右齒輪箱工作諸參數基本一致，在轉速加至930轉/分時，齒輪箱本身工作參數正常，但在反映齒輪箱輸出端軸承溫度參數時出現差異，右機齒輪箱兩個輸出端支點軸承溫度保持在42℃、43℃左右，左機的齒輪箱兩個輸出端支點軸承則溫度上升至50℃、52℃左右，980轉/分時，右機齒輪箱輸出端軸承溫度為44℃、45℃，而左機齒輪箱輸出端軸承溫度逐漸上升至63℃、65℃后基本穩(wěn)定。而齒輪箱輸出端軸承允許的工作溫度為不超過60℃。
　　二、故障分析
　　GWH6066齒輪箱的潤滑系統(tǒng)是獨立于主機潤滑系統(tǒng)之外的，本身單獨設計一個齒輪泵及冷卻器。對此類溫度高的問題，一般也就是如下思路，一是關注熱量是如何產生的，是不是屬于正常工作狀況下產生的；二是關注熱量的消除有無問題，一般滑動軸承的散熱包括兩個途徑，一是由專門設置的冷卻介質帶走，冷卻介質如滑油、淡海水或空氣等。其次通過摩擦付軸瓦與瓦窩的緊密接觸向外散熱。三是儀表的指示是否有誤，象滑動軸承的溫度傳感器都是由熱敏電阻制成，再經信號傳輸、處理后顯示在儀表上，其如果有故障或長期工作產生誤差也會產生誤報。
　　按照由簡至繁的原則，我們首先對輸出端軸承的溫度傳感器及儀表進行校核，發(fā)現左右齒輪箱溫度顯示基本準確。其次，檢查海水冷卻系統(tǒng)，其海水冷卻系統(tǒng)由主機海水系統(tǒng)相通，主機一旦啟動，從主機機帶海水泵出口分出一個支流流向齒輪箱滑油冷卻器，然后再排出舷外。檢查左機齒輪箱海水冷卻系統(tǒng)相關的閥門及冷卻器，都開啟到位，冷卻器也無堵塞現象。觀察左右舷相關冷卻管路舷外閥出口的排水量，均相差無幾。另外，檢查滑油的動態(tài)及靜態(tài)油量，均在正常范圍，滑油系統(tǒng)的濾芯也十分潔凈。說明：兩個齒輪箱的滑油系統(tǒng)是正常的，海水冷卻系統(tǒng)工作也是正常的。
　　從原理上講，工作中的摩擦付是在不斷地產生熱量，而很大一部分熱量是無益的，需要借助專門的冷卻系統(tǒng)將其消除。齒輪箱輸出端軸承工作中產生的熱量，一部分經過滑動軸承的下瓦通過瓦窩傳到齒輪箱構架而向船體及四周空間傳遞，大部分是由滑油帶走，到滑油冷卻器卸掉。當產生的熱量與被攜帶走的熱量達到一個平衡時，輸出端軸承的溫度就表現為一個穩(wěn)定值。當主機轉速提高或降低，以前所建立的平衡就會被打破，溫度會持續(xù)上升或下降，直至新的建平衡立后，溫度值才會穩(wěn)定。在主機運轉過程中，通過檢查滑油冷卻器的進出口溫差，就會判斷冷卻相關組成部分工作是否處于正常狀態(tài)。正常滑油冷卻器進出口的溫差一般在4℃－7℃左右，如果溫差小，就要懷疑海水的流量有問題，同樣，海水的進出口一般溫差不是那么明顯，由于海水流量一般較大，溫度的升高不是那么明顯，用手觸摸略有溫度上升的感覺。如果海水溫度變化明顯，那海水冷卻系統(tǒng)必定有問題。另外，現代艦船的冷卻系統(tǒng)除了單個設備外，許多系統(tǒng)都是共用的，即一個水泵給多個設備供給冷卻水，這時，根據負載使用的實際情況，對冷卻管系的閥門進行調整，負荷大的設備，供給較多的冷卻水，負荷小的設備關小閥門開度以減少冷卻水供給量。但在該故障上，很明顯，齒輪箱的滑油冷卻器、海水供給系統(tǒng)均處于正常的狀態(tài)。
　　比較工作中兩臺齒輪箱的參數，對應每個實際工況，除了滑油溫度左機比右機略高3℃－4℃（但都在40℃－60℃正常范圍內）。我們查詢了相關資料及以往的修理記錄，發(fā)現，相同工況下，同一條艦船的左右主機的齒輪箱滑油溫度總會出現一定的差異，我們認為3℃－4℃的溫差應是正常的，也是允許的。這與設計、制造存在的誤差，與配套系統(tǒng)的制作、安裝等原因有關，從實際上講，消除上述誤差不可能也沒有必要。
　　經研究，我們決定對該齒輪箱進行拆檢，對齒輪箱輸出軸、軸瓦進行外觀檢查及尺寸測量，從下瓦的磨合痕跡來看，下瓦合金出現局部“拉著”的跡象（齒輪箱輸出軸軸頸無問題，光潔度很好），這與該船長期使用中出現輸出端軸承溫度高現象的結果是相吻合的，可以想象，如果繼續(xù)長時間使用、并疏于管理，盡管主機未超負荷，輸出端軸承是很可能會被燒毀的。
　　從測量的幾何尺寸來看，圓度、圓柱度均在標準范圍之內，配合間隙也正常，下瓦除了局部發(fā)黑外，軸與瓦的磨合痕跡也分布比較均勻、持中，軸與下瓦接觸角大致在50度左右。輸出軸軸頸的尺寸也很好，光潔度也無問題，原地測量輸出軸軸頸跳動量也在范圍之內。從硬件來看，基本未發(fā)現什么異?，F象?？紤]到左右齒輪箱是同屬一個型號產品，右機為什么沒有類似問題呢，我們查閱了其原始出廠記錄，發(fā)現輸出端軸承溫度沒有超標，但右機齒輪箱輸出端軸承的溫度就是比左機的溫度要低7℃－8℃，當然左機輸出端軸承溫度也未超標。
　　結合船方使用及實際檢查情況，經分析研究，我們認為應排除船方使用的問題，左機齒輪箱的故障一定有其它的原因。從軸瓦摩擦付的工作原理出發(fā)，左機輸出端軸承溫度高，說明該摩擦付工作中形成的油膜質量不合格或質量低。當主機接排后，原本靜止的輸出軸開始運轉，軸承間隙在軸的兩側呈正確的楔形，其幾何尺寸由輸出軸的直徑、瓦的形狀及合理的間隙而定。這些要素已在檢查工作中得以證實而排除。大家知道，摩擦付有效的油膜形成與許多因素有關，其中油楔的形成與之有決定性的關聯，而油楔的建立必須具備如下條件：其一輸出軸必須有一定的速度；其二，外界負荷不能過大；其三滑油的品質，如對粘度的要求；其四，足夠的滑油量的供應。左機齒輪箱輸出端軸承是在高負荷下出現的軸承溫度高故障，考慮上述四個必要條件，首先排除速度因素，其次排除滑油品質問題。從實際功效上講，兩臺齒輪箱滑油工作溫度有3℃－4℃的溫差可以忽略不計，這也符合艦船修理的常規(guī)。再其次，排除負荷的影響。由于兩臺齒輪箱設計完全一致，軸系設計也一樣，相同轉速下，兩臺主機的工況參數記錄基本一致，并且推力軸承溫度也基本一致。Z后，只剩下滑油供應量的問題。有人提出，兩臺齒輪箱的機帶滑油泵型號完全一致，就是存在制造誤差原因，也不可能導致高負荷下的輸出端軸承溫度高的故障。于是又進一步檢查相關潤滑系統(tǒng)，如殼體內油孔的通徑與長度、相關油道的疏通等等，均未發(fā)現問題。但在對油道進行檢查時，我們發(fā)現左機齒輪箱輸出端軸承兩塊支點瓦的潤滑油路進口均開在下瓦上，距剖分面空間角不到20度，如簡圖1所示。從圖中可以發(fā)現（從后向前看），滑油從右側油孔進入，但輸出軸正車方向為逆時針方向，滑油是先被輸出軸軸頸帶出，在另一端左側再被輸出軸軸頸帶入形成油楔。 　　這種布局與常規(guī)設計是不符的。正常的油路布局應是這樣的，見簡圖2、簡圖3。簡圖2所展示的是中間進油方式。外界具有一定壓力的滑油從上瓦中間部位進油，上瓦中間有一定深度、寬度的油槽，滑油進入軸瓦間隙后沿油槽向兩側分出，無論哪一種旋向，都可以保證油楔的形成。簡圖3所展示的是側面進油方式。外界具有一定壓力的滑油從正常剖分面一側進入，但對軸頸的旋向有特殊要求，那就是軸頸必須沖著進油孔方向旋轉，以便保證高質量油楔的形成。 　　可見，左機齒輪箱輸出端軸承滑油進口的布置違背常規(guī)，直接導致了高負荷工況下輸出端軸承出現溫度高的故障。具體解釋為：滑油進入工作腔（軸瓦間隙）后，由于輸出軸正車的旋向是向外旋出的，滑油先被輸出軸軸頸帶出，然后飛濺到另一側，再被輸出軸軸頸帶入，執(zhí)行油楔形成的正常程序，這時的油量與初始進油量相比已大大減少，大部分的滑油已在飛濺過程中落入油底殼。在低負荷（低轉速）情況下，它的滑油供應量尚能滿足建立油膜的實際需要，并達成符合要求的熱平衡；在高負荷（高轉速）情況下，滑油供應量就捉襟見肘，對高負荷所要求油膜建立的條件就無法滿足或降低質量的滿足，進而只能達成超標準的熱平衡，外觀就體現輸出端軸承溫度高或超標，軸承局部便有“拉著”的痕跡存在?？梢?，這個滑油供應量的不足不是指齒輪箱機帶滑油泵供給該位置的滑油量，而是指其中的有效部分，作為滑油泵初始提供的油量始終是充沛的。而右機齒輪箱溫度為何正常的原因也可以得到合理地解釋：由于左右齒輪箱結構是一樣的，右機齒輪箱輸出端軸承進油孔也在相應位置，但右主機在正車工況下輸出軸旋向是順時針方向（從后向前看），輸出軸旋轉是沖著進油孔方向，進入軸瓦間隙內的滑油直接供給形成油楔，沒有左機齒輪箱在形成油楔過程中存在的一個飛濺油量損失。左右齒輪箱比較而言，輸出端軸承形成油楔滑油量的供應是相差較大的。因此，高負荷工況下，左齒輪箱輸出端軸承溫度高、右齒輪箱輸出端軸承溫度正常是必然的結果。當然，右機齒輪箱倒車輸出端軸承也存在類似問題，但由于轉速低，承擔的負荷也低，再加上時間短，所以溫度也就保持正常。左機齒輪箱倒車輸出端軸承的滑油供應量強于正車情形，就更不會出現正車那樣軸承溫度高的現象?，F在回頭看一下該艦出廠的相關情形，實際上齒輪箱存在的缺陷已在出廠記錄上有所顯示，只不過被新造艦船的“新”所掩蓋罷了?？紤]動力設備、系統(tǒng)以及船體都處在良好的狀態(tài)，這個問題暫時沒有爆發(fā)出來，但當艦船服役多年以后，動力設備、系統(tǒng)有一定的老化、污濁，船體也出現了不利的變形，齒輪箱輸出端軸承下瓦的不正常磨損加重，這個先天缺陷就逐漸的暴露出來，左機齒輪箱輸出端軸承曾燒毀一次就是很好的證明。
　　至此，左機齒輪箱輸出端軸承溫度高的原因已水落石出。
　　三、修復方案
　　綜合上述分析，左機齒輪箱輸出端軸承溫度高故障的解決關鍵在于解決滑油供應量的問題。方案一是將齒輪箱機帶滑油泵換新成大排量的型號。這是件難度較大的工作，不僅很難把握有效滑油量的計算，而且影響整個系統(tǒng)性能參數及接口安裝問題。方案二是將進油口的位置改在輸出端軸承上瓦中間位置。采用上瓦中間進油，齒輪箱輸出端軸承無論正車或倒車工況，軸瓦均能得到充足的潤滑油供正常使用。但這種方案須改變齒輪箱原始結構設計，即需要重新改變內部油路布置。受到施工工藝、結構強度等諸方面條件限制?？梢?，上述兩個方案都存在較大風險。由此，我們經研究，決定借鑒柴油機主軸承油路的布置特點，采用“人工修路”方式，將滑油送到它該去的地方，消除輸出端軸承原始設計的先天缺陷，增加左機齒輪箱輸出軸承正車時滑油的有效供應量。基本方法就是沿著上瓦正中位置經人工處理出一道油道，輸出軸正車時，進入軸瓦間隙內的滑油被輸出軸軸頸帶出后，有較多的一部分油量順著油道繼續(xù)前進，直接被輸出軸軸頸帶進形成油楔，進而形成了高質量油膜，保證了齒輪箱正常工作。這樣既未改變齒輪箱主要結構，又符合節(jié)約經費、縮短周期的原則。
　　經歸納，修理工作內容如下：
　　1）對左機齒輪箱輸出端兩塊軸承下瓦進行刮研修整，刮掉損傷部分。采用假軸看色，軸瓦的接觸角為55度－60度，接觸面內著色均勻，且25mm×25mm不少于3個油點，軸向接觸程度應大于總長度的75﹪.瓦口處尺寸按規(guī)定要求刮研，保證形成合適的油楔。
　　2）上瓦油路刮研。刮研油路的位置：處于上瓦中間；其尺寸為：寬度為20－25mm，深度0.4－0.5mm。
　　3）安裝。安裝時用塞尺檢查輸出軸下方及左右位置的間隙，下方間隙為零，左、右間隙各為刮研后裝配間隙的40%－60%，二者保持一致。
　　4）對左右齒輪箱滑油冷卻器酸洗磅壓。
　　5）對輸出端軸承的溫度傳感器及儀表進行校核。
　　四、修后試驗
　　綜合上述情況，我們編制了齒輪箱試車大綱。按試車大綱進行了系泊試驗及航行試驗，兩臺主機順利地加至980轉/分，齒輪箱各性能參數正常，其中，左機齒輪箱兩個輸出端支點軸承溫度為46℃、47℃，與右機齒輪箱輸出端支點軸承溫度基本一致。至此，該艦左機齒輪箱輸出端軸承高轉速溫度高故障得到較圓滿地解決。