柴油机曲轴臂距差检验分析.docx
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柴油机曲轴臂距差检验分析
1引言
在机器的正常运作中，曲轴直接决定着采油机运作寿命的长短。
曲轴的运行状态常常存在不同之处，例如曲轴工作时常常会受到曲轴动力原料的影响，曲轴所处环境的影响，以及曲轴在运作过程中受到各种不同惯性的影响。
曲轴在运作时，他的转速十分快，同时柴油机承受着巨大的液体和气体压力。
同时，柴油机在运作时与曲轴之间常常存在摩擦力。
因此，曲轴运作状态是多变的，在运作过程中，曲轴不能始终保持着绝对润滑。
例如，在曲轴运作过程中，曲轴中的润滑油料的耗尽或者曲轴中润滑油料中存在其他杂质时，则会直接造成曲轴运作磨损。
曲轴的动力若是柴油机混合动力，则会出现严重的内外部压力不同情况，同时这种压力使得曲轴的运作出现较为严重的应力效应。
曲轴采取柴油机作为原动力，应力过度集中常常会损害曲轴的曲轴颈和曲轴臂。
在曲轴运作过程中，最容易出现的事情就是曲轴臂出现裂缝或者曲轴臂出现严重的扭曲。
当油道开口润滑油料减少或者缺损，则会造成油道处于严重磨损阶段，此时若是再次强行运作则会造成曲轴臂直接出现裂缝。
所以，我们若是想保护曲轴臂不受到伤害，则需要保证柴油机器的正常运行，同时设计正确的曲轴臂损害距离差，保证足够的润滑油料的使用。
2柴油机曲轴臂距差
2.1臂距差检测的意义
通过观察机器整体结构可知，曲轴在运作时的支撑主要位于机器上的主轴进行承受，同时需要多方面的因素同时不发生问题才能保证整个曲轴的正常运行。
在曲轴运作时，若是可以保证曲轴不受磨损，则可以保证曲轴不会出现玩去或者裂缝的存在。
但是在实际的运作过程中，常常会出现曲轴与主轴之间存在中心线不一致的情况。
也就是说，由于曲轴与主轴之间存在中心线不一致所以导致曲轴的曲拐值出现误差。
在曲轴工作中，曲拐值的经常性改变导致的结果则是曲轴臂容易发生扭曲或者出现裂缝的情况，同时也会出现曲轴臂出现其他的意外情况。
通过研究我们发现，曲轴臂在严重疲劳的情况下极易出现损坏。
通过详细的计算我们得出：
曲轴颈出现损害的几率较小，曲轴柄出现损害的几率大于曲轴颈，而曲轴臂出现损害的几率是曲轴颈出现损害几率的五倍，是曲轴臂出现损害几率的三倍。
所以，若是要保证曲轴得到正常的运行，则需要保证柴油机可以正常的运行。
柴油机的正常运行是曲轴得到正常运行的重要保证。
在下面的表1中，则是由于曲轴臂在出现应力过于集中后导致的曲轴臂直接断裂的实际事例。
在现在的科技发展阶段，最直接保证曲轴正常运行的检测方法是检查曲轴与曲轴线之间的实际差距。
在检测的过程中，曲轴臂差是检测曲轴运转状态的一个重要标准，他可以十分精确的反映出曲轴在运作过程中出现的一系列错误运行工作状态，同时通过值之间的差距显示曲轴整体的工作运行状态的好坏。
通过上面的论述我们可以得知，的曲轴臂之间的误差直接影响着曲轴臂的寿命和曲轴运行时间的长短。
但是在取值时常常存在取值不准确的现象，同时取值不能直接反应曲轴塑弯变形的情况，因此，需要曲轴与轴系之间的准确度量值需要一个专业的数据来显示，这个数据称为跳动量[5][6][7]。
表1曲臂出现断裂的几种晴朗分析
主机型号
功率
转速
出厂年月
断轴时间
断轴原因
（kW）
（r/min）
6160A-13
164
1000
1985.9
1988.10
轴系对中误差较大
6200Z-1
257
1000
1992.2
1986.8
主机前端输出轴对中不良
6018ZCL-1
220.6
750
1986.5
1990.2
机舱平板龙骨与机座变形第六缸臂距差超大
8E150C-A
260
1000
1993.6
1998.5
机座变形致使第三缸臂距差较大
2.2臂距差的概念
曲轴常常由多个部分组成，其中较为重要的部分主要有以下几个方面：
如图1所示：
图1曲轴结构
在图中我们可以观察到曲轴臂与曲轴臂之间的距离则是曲轴臂差距值，在曲轴臂与曲轴柄之间常常会存在一定的角度，这种角度主要有以下几个值：
0º、180º90º、270º。
当出现刚才描述的几个值时，则称为臂距差。
现在对于臂距差的准确描述还没有达成共识，也就是说对于臂距差在国际上没有一个统一的标准来叙述。
通常情况下，我们常常使用使用以下统计方法对臂距差进行计量:
当曲柄与曲臂之间的度数为0º时，则他们的臂距差可以记为L上，当他们之间的角度差为180º时，则他们之间的臂距差为△⊥＝L上－L下。
以此可以类推出曲柄与曲臂之间的度数为270º时，则他们之间的臂距差△－＝L左-L右。
.当△＞0时，臂距差值为零[8]。
在曲轴工作时，常常是以较快的速度进行运转，而在运转的过程中，常常存在臂距差一直改变的情况。
同时我们在计算时得出曲轴的弯曲度与曲轴臂之间存在正比例关系[9]。
3臂距差检测工具及方法
3.1测量工具
依据我国现在的科学技术来说，常常使用拐档表作为测量曲轴臂之间存在差距的精准仪器。
在实际的测量过程中，我们可以首先观察到拐档表主要的零部件有图3.1所示。
我们在这里详细的介绍一下拐档表各个零件的主要作用：
测量头的主要作用是调节拐档表测量误差的长度，同时可以通过与接管之间进行合作最终测量到不同型号柴油机曲轴臂之间的误差值。
通过改变测量值我们常常可以测量不同型号的柴油机中曲轴臂之间的误差值，但是通过这样的测量并不一定可以测量的十分精准。
此时，我们则需要通过与柴油机型号相匹配的同等型号的拐档表来进行测量。
与柴油机同等型号的拐档表不仅可以对曲轴臂差进行精确的测量，同时还可以根据曲轴臂之间的不断变化算出曲轴变化的先对值与绝对值。
我们通常将曲轴中心向上玩去时的取值成为负取值，此时取值与弯曲的角度呈现负相关。
也就是说，弯曲的角度越大，则度量表得出的结果则越小，而弯曲的角度越小，得出的数值则越大。
与之同理，向下弯曲则称之为正值，此时取值与弯曲的角度呈现正相关。
弯曲的角度越大，则度量表得出的结果则越大，而弯曲的角度越小，得出的数值则越小。
图2机械式拐档表
3.2测量位置的选择
现在我国在市面上通常使用的拐档表为机械形式，在本篇文章中，我们也是以机械拐档表为研究对象进行了详细的研究。
此表一般来讲是安装在曲轴的曲柄臂的中轴线上，也就是说测量点选在此处，在工程实际中，由于曲轴是在不停的工作运动中，因此测量点在会因为曲轴的负荷的变化在中轴线上发生位移，因此测量的距离也是随着不停变化的。
若是拐档表安的离曲轴的曲柄销中轴线比较远，那么就会导致测量的距离变大，因此所计算的值也会与真值有出入。
因为在何处测距有一定的争议，全球范围内的大多数国家都在执行统一的标准，也就是说如今我们所采用的臂距值是根据一系列的严格规范的选择测量点的方法来确定出的，这种严格的规范是如今国内外多个有关部门共同讨论而制定出的结果。
正因如此，如今的很多关于船舶的书籍或是关于柴油机以及内燃机的一些技术文献中，不仅要标明臂距值，而且还要按照严格的标准来支出测量点应该处于的位置，并且应做好标记。
（图3）。
测量点应该所处的位置a为：
图3测量拐档表位置示意图
现在市面上能够见到的较大型的中低速的双冲程柴油机采用的曲轴大部分都是半套合式的曲轴，因为机器的功率需要较大，因此这种曲轴的占地也非常之大，因此，在将上述a点作为拐挡差的测量点的时候会因为此点处在的位置不合适，对我们的测量和安装带来诸多不便。
由于以上的原因存在，厂家另选了一个测拐挡的测量点b，选取此店的优势在于此点离曲轴的曲柄臂的开口比较近，与中心线距离则远一些，因此，将测量点选在这个地方是非常合适的。
由于测距离中心线比较远，在上一段的论述中作者已经针对此问题做过了讨论，因此我们应该寻求办法来将在新加点的测量值转化成为在原点的测量值才行。
使用如下公式：
3.3结果记录及计算
3.3.1臂距差的记录方法
图4（a）（b）所示为：
当如图构建还没有连接时，读数时应该先把曲轴旋转一周，并且记录下待测部位分别在Oo,9Oo,18Oo,27Oo这4个角度的技术，并且录入对应的表内。
图4（c）（d）所示为：
若是图上的装置已经连接完毕，若要记录数据，应遵循如下方法：
当活塞的连接部位，也就是曲柄销运动到最底端时，图示构建正在居中的位置上，因此时没有办法去安装测量表，所以我们在真正的测量中应该在连接构建的曲柄销左右的15o，测出点a和点e的值，并且计算出平均值（a+e）/2来取代臂距值，所以c=（a+e）/2。
盘车至曲柄销位于195º处安装臂距表，将表的指针调零后依次测量195º、270º、0º、90º、165º五个位置的臂距值并将读数记录于表格中。
图4曲轴臂距差记录图
3.3.2臂距差的计算
因世界上各个国家检测部门以及机械制造厂家的标准不一，我们此节所述的计算的方法也不一而是，具体可以参见附录章节表1和表2。
4船舶柴油机曲轴臂距差影响因素分析
4.1轴系校中对臂距差的影响
如今的厂家在设计船舶的主动力装置时所采取的理念以及方式不同，因此柴油机的曲轴的设计也是各有差别，我们可将曲轴连接的方式分为两类，分为两类的根据是看轴系里的轴承是否有轴向推力来区分，如图5中所示，轴系中有推力轴承的系统以及图6没有推力轴承的系统。
对于图5所示的曲轴系统来讲，为了保证整个系统良好地运行，应该对系统进行提前的校中。
现在被广泛地使用的方法是将曲轴与推力轴各自放到两个支架之上，先对齐两个法兰垫片，继而用相应的设备进行较为精细的调整。
若是法兰盘的与轴心线未能重合则代表了同轴度有些偏差，按照规定，柴油机曲轴和推力轴位移偏差不能大于0.05毫米，曲折偏差不能大于0.1毫米。
[16]。
图5有推力轴承的柴油机
图6无推力轴承的柴油机
法兰片连接起来了曲轴和推力轴，根据前文所述可以知道法兰之间的偏差以及中轴线的曲折反映了系统同轴度的偏差，有偏差就意味着有微观变形，且离法兰片近的一边会受到较大的影响。
4.2主轴承磨损不均匀对臂距差的影响
在设计以及制造的过程中机器的各个部分会出现一些偏差或是瑕疵，因此机器的每一个气缸不会达到输出功率全部一样，因此没个气缸承受的压力不同，对曲轴的反作用力也就不同，因此曲轴的每个支撑部件以及轴承承受的压力也各有差异，在使用时间过长后，会导致主轴承不均匀的被磨损，被磨损后的轴承因为其不均匀性，有的轴承磨损严重，有的磨损的轻一些，磨损严重的轴承出曲轴会下沉幅度很大，磨损轻的轴承处曲轴也会下沉，但是幅度会轻一些，因此会引起曲轴有剪切力以及扭转力，造成曲轴的曲拐以及臂距差变化。
4.3大重量飞轮对臂距差的影响
重量较大的飞轮一般情况下是配备在较大型的双冲程的柴油机上，当飞轮的质量变大，曲轴的臂距差也会随之变大。
当较大质量的飞轮作用于曲轴上后，离飞轮比较近的一端会因为重量过大发生微观的弯曲，从而造成飞轮端下沉，导致整个曲轴发生向下的如图7所示的弯曲变形。
这样就使得臂距差变小。
不仅如此，质量较大的飞轮还会影响其他的曲拐，因为在飞轮的作用下，曲轴会产生脱空的现象，但是只会影响离飞轮比较近的曲拐，然而对其他的曲拐却没有什么影响。
当拆除飞轮够，臂距值势必会变。
图7飞轮重量对臂距差的影响
4.4气体力与活塞运动装置对臂距差的影响
安装柴油机的曲轴的流程应该如下：
曲轴应该先被安装自机座上，接着将活塞连杆结构进行吊装。
有可能在还未吊装活塞结构之前，曲轴就会因为自身质量过大或者飞轮的重量过大而产生曲轴的中轴线向下弯曲的现象，并且在安装了活塞连杆机构之后此种状况会更甚。
不仅如此，机器内部在经过燃烧室中的燃油汽化压缩冲程过程后，活塞会产生巨大的推力，这种推力会通过连杆传导，最后将作用到曲轴上，在此种推力的作用下，曲轴也会发生中轴线下沉的问题。
综上所述，造成曲轴中轴线下沉的原因时因为曲轴自重或是因为发动机冲程过程中产生的巨大的推力，造成了曲轴的不可逆的弯曲，使中心线下沉。
4.5机座塑性变形对臂距差的影响
因机器的机座是安装曲轴的地方，机座又是直接固定在船板上的，倘若船板发生了不可逆转的变形会使柴油机发生偏移。
因此船舶发生船体的塑性变形将直接导致柴油机中心线发生改变，从而影响柴油机曲轴臂距差值。
船体塑性变形不易发生，多是由于猛烈撞击等突发性事故或者是由于对柴油机具有长期力的作用的缺陷引起，例如：
船舶擦底、坐滩，船舶相撞，贯穿螺栓由于柴油机长期运行过程中震动而发生松动引起柴油机机座受力不均匀，地脚螺栓松动，机座垫块磨损等。
以上事故或缺陷都会引起柴油机机座变形而导致柴油机曲轴臂距差值超出标准值。
5柴油机曲轴臂距差影响因素的解决措施
5.1轴系校中对臂距差影响的解决措施
我们可以使用刀口直尺测量同轴度偏差确定曲轴曲拐变形，方法为：
将刀口直尺安放于曲轴和推力轴的外表面，分别在0º、90º、180º、270º四个位置，用眼观察两者接触点处是否有光线露出，外部环境光亮较强时可在刀口直尺背侧用手电照射，用塞尺测量有光线泄露出处的间隙值，将所得间隙值经相关计算后可得出偏差值[17]。
偏差值决定了曲轴中心线的状态，曲轴的中心线的形变将直接影响相应曲拐曲柄臂距差值。
5.2主轴承磨损不均匀对臂距差影响的解决措施
因主轴承被磨损的因素非常之多，并且这些因素的很难被管理这些设备的人员全部了解，并且总结出相应的规律。
然而管理轮机的人员应该对某一个单独的柴油机有足够的了解，并且经过长时间，反复地与之相处，工作人员应该能够对这台机器出现的问题总结出一定的规律，并且在相同的问题出现时能够较为快速地解决之。
针对本节问题上，我们需要将工作人员总结的经验施用这个问题上。
然而，一个人的经验也仅仅只能针对某一台特定的机器，或许工作人员总结的规律或是经验对其他的机器并不通用。
若是工作人员在保养，维修或是管理机器时发现曲轴的臂距差太大，并且已经超出了正常的范围，应该想到时否是因为金属机座发生了不可逆的变形。
并且可以通过测定相应的数据来查看是否发生不可逆变形，方法将在下节叙述。
5.3大重量飞轮对臂距差影响的解决措施
使用把轴承的高度改变的措施，能够使曲轴即使安装了一定质量的飞轮以后也能使得形变不大，使得臂距差不超过范围。
或是将飞轮往曲轴的中间靠近，使其靠近主轴承，然而这样会有使主轴承旁边的轴承发生脱空现象的可能性。
5.4气体力与活塞运动装置对臂距差影响的解决措施
对于以上两种影响因素，无论是曲轴自重、柴油机活塞运动装置部分的附加重量还是柴油机在运行过程中产生的巨大的推力，在实际生产、管理过程中我们都无法避免。
若是针对第一种因素，在生产机器的曲轴之前就将之考虑进去，再设计时反复计算和校核，对有可能发生的变形做出预算以及预防措施，就能够缓解气体力的影响。
第二种影响我们可以使用针对每一个不同的机器的气缸进行调节油量的方法来解决，但是此种方法比较麻烦，而且还会影响机器工作的性能，因此会对机器的影响更坏，因此第二种因素我们尚且得不到比较优秀的解决办法。
5.5机座塑性变形对臂距差影响的解决措施
桥规值和臂距差能够清晰地反映出机座是否发生了不可逆转的变形，因此人们可以使用测此两个参数的方法加以验证。
若是两者数据不同，说明机座已经发生了不可逆地变形。
第五章总结与建议
本篇论文主要研究柴油机曲轴臂距差检测及影响因素分析，介绍臂距差产生机理、测量意义、检测工具和方法等。
从柴油机垫块、大重量飞轮、主轴承磨损不均匀、气体力与活塞运动装置、船舶装载、柴油机温度状态、机座变形下沉九个方面详细分析了影响柴油机曲轴臂距差的因素。
由于船舶自身工作状况和航行条件的复杂性，因此还有很多其它影响臂距差的因素，如船舶自身不同位置温度差异、船舶内部和船舶外部空气和水的温度差异、船舶坞修时支撑物的反作用力、自然灾害事故等都会导致曲轴臂距差数值发生变化。
因此无法找到适用于所有船用柴油机的经验数值和通用公式，也无法对臂距差的影响因素做定量分析，只能做定性分析。
轮机管理人员只能对于某一型号特定的柴油机或者对于某一特定情况总结变化规律，从而开展预防工作，使船舶柴油机臂距差保持在标准值内，保证船舶安全航行。
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