0 引言

  曲轴作为柴油机最重要的部件，在柴油机工作时，曲轴轴颈表面承受很大的径向力和运动方向的切向力。一般来说，依靠轴颈和轴承之间建立的润滑油膜，可以十分有效缓冲径向力和消除相互之间的干摩擦。但若破坏了油膜，轴承和轴颈表面会变得极易磨损。因此大修时柴油机一定要检查曲轴，发现问题要及时更换或维修。由于曲轴的造价昂贵[1]，在保证曲轴所需的疲劳强度和耐磨性的前提下，选择适合受损曲轴的修理方法具有实际意义。

1 概况

  一艘9年船龄油化船，装载能力为7000 m3。主机为直列四冲程九缸筒型活塞式柴油机，MCR 2970 kW，转速750 rpm。主机燃油泵、排气阀和进气阀由单独的凸轮操作，并配有单个固定螺距螺旋桨用于推进。该船主机滑油系统齿轮箱滑油系统是各自独立的。主机润滑油系统用于润滑轴承、活塞、气缸套、凸轮轴、运行和驱动齿轮以及涡轮增压器。润滑油泵由辅助齿轮驱动作为主驱动方式，电驱动作为备用方式。

  该船在一次航行途中，位于双联过滤器入口的主机润滑油高压差警报以及主机润滑油入口低压警报发出报警提示。为了消除报警，船员将过滤器进行了更换，并对换下的过滤器进行了清洁，在清洁过程中，发现过滤器滤芯内有一大块漆片。此后该船继续在海上航行，但在航行期间，同样的警报间歇性激活。船员只能通过定期清洁过滤器来复位报警，直到主机由于滑油低压彻底停止运行。船员打开主机2号和3号缸连杆大端轴承进行检查，观察到上半部和下半部的整个白色金属抛光，曲柄销磨损。还观察到主轴箱内存在大量油漆漆片掉落。由于船员无法自行修复，因此该船被移至锚地等待修理。

2 检查和测量

2.1 曲轴表面技术状况

  一般情况下，不允许在曲轴加工表面存在如裂缝，麻点，凹陷，毛刺，碰伤等缺陷。氧化皮、分层、裂纹、过火等缺陷也不应出现在非加工面上。曲轴轴颈表面经过加工后必须进行磁粉探伤，探伤后的还要进行退磁处理。距圆角、油孔5 mm以内的整体式曲轴轴颈不得有任何发纹。其余部分允许存在与轴线夹角30°以下的纵向发纹。但是这些纵向发纹在同一轴颈上合计数不应多于3条、同一截面上合计数不应多于2条。

轴颈表面常见的擦伤与腐蚀表现在：

1）轴颈表面的擦伤：出现凹痕、条痕、划痕或拉毛等。可能的原因包括：①润滑油杂质较多，没有良好过滤；②安装时没有做到彻底清洗，曲轴、轴瓦未全部清净；③润滑油量过少，轴承发生烧熔现象，擦伤了轴颈。

2）轴颈表面的腐蚀表：出现锈蚀和点触。可能的原因包括：①润滑油油质较差，有过多的酸性物质；②润滑油中含水量超标；③窜入曲轴箱内的硫氧化物等燃烧生成物，对轴颈产生了腐蚀。

  一般来说，轴颈表面有较深伤痕应该用油光锉进行锉削，再用油石磨削，最后进行抛光处理。对于较浅的伤痕，可直接用油石磨削，然后直接抛光处理。

  船员检查改主机曲轴后发现，曲柄销和连杆大端轴承表面状况不佳，已经出现条痕、划痕和拉毛等现象，且伤痕较深，轮机长认为需要马上进行修理。同时值得注意的是，船员怀疑主轴颈的圆度、圆柱度、跳动量也可能存在问题。

2.2 轴颈的圆度与圆柱度超差

  曲轴磨损时常见的圆度与柱度偏差，主要是主轴颈与曲柄销颈之间由于磨损不均而产生的。圆度是指工件的横截面接近理论圆的程度，最大半径与最小半径之差为0时，圆度为0。圆柱度是指任一垂直截面最大尺寸与最小尺寸差。圆柱度误差包含了轴剖面误差和横剖面误差两个方面。

  形成圆度和圆柱度偏差的原因有很多，对于4冲程机而言，曲柄销颈内侧的磨损量往往比外侧多，其原因是一个循环中，活塞工作行程所产生的压力只占总平衡力20%左右。当这个压力从连杆传到曲轴时，就会磨损曲柄销外侧。而在另外3个行程中，由于连杆大端产生的惯性离心力约为总平衡力的70%，它迫使连杆有脱离曲轴的倾向，并经常向曲柄销内侧压去，从而产生磨损。不等速运动部件的惯性离心力引起的磨擦约占曲柄销颈磨损约70%。对主轴颈来说，由于作用力与反作用力的恒等原理，故主轴颈的磨损也是靠曲柄销磨损多的一侧较大。曲柄销颈磨损一般比主轴颈严重，主要的原因有：1）曲轴偏磨加重，因为磨损较大的部分往往集中在一端；2）连杆或曲轴发生了弯曲；3）由于活塞连杆安装不正确，造成曲柄销颈整体长度受到的压力不均匀。

2.3 主轴颈跳动量超差

  各主轴颈同轴度主要依靠跳动量来体现，常见的超差的原因有：1）曲轴已经发生了永久性变形；2）曲轴运转时的不均匀磨损[2]，使主轴颈轴线在不同方向上偏离原曲轴轴心线；3）制造时的误差。

  造成曲柄销与主轴颈轴平行度超差的原因主要有以下几个方面：1）加工或套接曲轴时出现误差；2）主轴颈、曲柄销在曲轴运转中磨损不均；3）主轴承在曲柄销两端的高低差异过大；4）轴颈的咬合与曲柄的夹角的扭曲等。

2.4 拆卸及勘验

  为船舶提供动力的主机无疑是非常重要的设备，曲轴是主机能够正常运转的最关键部件。在此类情况下，为了彻底查出并解决所有问题，对主机进行解体检查十分必要。

  根据船员检查的结果和主机的结构形式特点，对该主机进行了以下详细检查和测量，以确定损坏程度和所需要的修理方案：

1）拆下所有9个连杆大端轴承进行进一步检查。2）拆下所有主轴承和推力轴承进行检查。3）检查曲轴所有轴颈，进行无损检测（硬度、校准/椭圆度和着色探伤）。4）校准所有无轴承的连杆底端（大端轴承座），并通过着色探伤检查安装。5）拆卸和检查所有凸轮轴轴承。6）对涡轮增压器轴承进行拆检，并对油底壳进行清洗。7）任何曲轴箱内有松散油漆的迹象，需要通过高压或手动打磨去除。8）将主机油底壳、曲轴箱内部彻底清洁，并冲洗整个润滑油系统。

解体检查后发现，9个连杆大端轴表面白合金存在较为严重的磨损现象，已无法继续使用，需要更换，9个曲柄销均出现不同程度磨损。

进一步测量各个曲柄销前中后3个横剖面，各个横剖面中4个等分轴剖面处曲柄销直径，此处以1号曲柄销为例，测量结果如表1所示（横剖面用1,2,3表示，轴剖面用a,b,c,d表示）。

表1 1号曲柄销直径测量记录（单位/mm）

查阅审批图纸，该曲柄销处公称直径d为193 mm，根据CB/T 3544-1994《船用柴油机曲轴修理技术要求》，转速750 rpm的筒型活塞式柴油机，曲柄销处圆度和圆柱度的极限值分别为0.05 mm和0.06 mm，如表2所示。

表2 CB/T 3544-1994圆度和圆柱度的极

对比各个曲柄销处测量值，例如，No.1曲柄销处圆度根据测量值计算为（192.945-192.835）/2=0.055 mm，已超极限值。计算其余各曲柄销处圆度和圆柱度，发现均有超差情况，需要换新或立即修复。

进一步检查轴颈圆跳动和两端截面摆动，对比CB/T3544-1994的要求，如表3所示，发现未超极限。

表3 CB/T 3544-1994轴颈圆跳动和两端截面摆动的极

  按照CB/T 3544-1994的要求，主轴颈和曲柄销颈修理后，轴颈直径的减少量不得超过0.01 d(d为公称直径），当减少量大于此值时，应重新核算。同时咨询厂家，查阅厂家说明书，显示该曲柄销颈可修理极限值为2 mm，与CB/T 3544-1994的要求接近。鉴于该曲柄销处直径还有一定可修理余量，同时为了缩短船舶修理周期并尽可能节约成本，船东决定将此曲轴进行修理。

3 修理

  为确保修理的可靠性，船东选择将整轴吊出，送往工厂平台进行镀修。具体加工项目和修复内容包括：

1）曲轴进厂清洗，全面确定曲轴表面技术状况。2）上平台使用专业设备重新检测曲轴跳动量、几何尺寸、并记录。3）主轴颈、曲柄销颈磁粉探伤检查，退磁处理[3]。4）主轴颈、曲柄销颈进行镀前粗磨，并控制直径减少量在极限值内。5）施镀曲柄轴颈。6）重新上磨床，粗磨曲柄轴颈。7）粗磨后探伤检查曲柄轴颈镀层质量，按设计标准精磨曲柄轴颈。8）精磨后整轴再进行探伤检查以评估曲柄轴颈镀层结合强度是否足够。9）再次检测曲轴几何尺寸、跳动量并记录。10）钳工修理R根、油孔、抛光处理。11）镀后曲柄销颈表面硬度检测，镀后表面硬度HRC:40～45。

修理结束后按照精加工产品由CCS检验通过，签发产品证书。同时更换了全部连杆大端轴承。当轴系螺旋桨安装完毕后，进行系泊和航行试验，轴系各轴承的温度、润滑情况、轴系的振动和跳动情况正常。

4 结语

  该船是船东从另一公司买入，船上找不到之前的主机维修记录，不清楚之前主机是否出现过故障。该船还拥有一个PMS系统，但根据船长的说法，在发生故障之前，PMS计算机已经出现故障。主机曲轴箱底部可见零散分布的油漆剥落痕迹，曲轴箱各横梁处也发现油漆剥落痕迹。

  根据航行试验数据与过去一段时间的轮机日志记录和每月的性能数据进行对比，发现主机在故障前一直稳定运转。该主机总运行时间超过40000 h，距离上次吊缸解体超过8000 h。半年前该船还因为检验到期，进行过进厂修理，当时测得的曲轴臂距差，即拐档值在极限范围内。最近3个月润滑油样品实验室分析也没有发现异常，但油样记录显示颜色偏黑。

  主机服务商给出可能的故障原因是：由于长期运行导致曲柄销颈在油槽处的部分会形成凸台，往往在低负荷时导致烧瓦。但是现场未观察到可见凸台，也有可能是已经磨光。

  根据当前掌握的证据和连杆大端轴承的抛光模式，损坏极有可能与主机曲轴箱结构上的油漆脱落有关，理由如下：

  该轮在曲轴箱和过滤器滤芯内都发现了脱落的油漆，这显然是不正常的。一般情况下，除非润滑油中含有过量水分，其在主机停机时由于温差凝结，同时机体内部油漆不适应存在滑油和温差交替的环境，才会导致机体油漆涂层大面积的腐蚀。通常来说，当主机停机时，由于分油机温度仍高于90℃，曲轴箱结构上可能会有大量的冷凝。同时由于该主机油底壳较小，如果通风不足，发动机“呼吸”不畅，冷凝情况可能更严重。通过查看滑油分析报告，发现在最近几次滑油分析中，润滑油的含水量保持在接近极限值的区域内，且部分表面油漆剥落区有明显的点蚀和高粗糙度，这表明确实存在一定的水汽凝结现象，同时由于该主机机体内部油漆不适用于内部环境，因此才导致了油漆脱落。为了避免相同的故障再次出现，最后在修理时将主机在该位置的油漆抛光去除。

  对于主机机体内部滑油接触面是否需要施涂油漆这个问题，许多主机厂商做法不一致。大多数主机机体内部滑油接触面没有施涂油漆，但也有部分厂家的主机在该位置施涂了油漆。个人认为滑油接触面由于本身存在滑油，能起到一定的防腐蚀作用，所以可以不额外施涂油漆。对于滑油接触面施涂了油漆的主机，则应额外关注油漆的环境适应性，确认其耐滑油及高低温循环，同时在营运中也要加强检查。

  多种因素结合造成了该轮主机曲柄轴销和连杆大端轴承磨损。除油漆脱落是较为直接的原因外，船上管理体系没有良好运行，PMS系统计算机失效也未及时修复，船舶交接时关键资料数据缺失也有一定的间接影响。

  因此，对于营运船舶，验船师和船东、船厂相关方应加强对主机各部件的检验，特别是主机拆检时，更应该仔细检查各位置表面情况，同时准确测量各个数据，不让船舶带着安全隐患航行。

参考文献：

[1]杨可男,伊泓嘉.船舶主机曲柄销缺陷分析与修理[J].船舶物资与市场,2023,31(09):94-96

作者简介:杨可男,中国船级社浙江分社