徐永康 朱仕梁 杨国建

【摘 要】本文阐述了现场曲轴红套滑移校正的技术要点：冷却轴颈、加热曲柄臂、迅速拉开两者之间的温差使红套部位产生一定间隙，然后用液压千斤顶加压使滑移复位。同时分析和计算滑移校正的温度和验证力。

【关键词】现场；曲轴；红套滑移校正；技术

一、简介

我厂接到某船公司请求，要求解决该公司某3万吨货轮6RTA52主机（N=7980kw n=126rpm主轴径Φ560mm行程1800mm）曲轴No.6缸Φ560mm主轴径与曲柄臂处红套滑移约120，严重影响船舶正常航行。鉴于船公司对我厂的信任，考虑到该工程具有一定的难度和复杂性，我厂立即成立以技术工艺室为主的技术攻关小组。

主机曲轴红套滑移校正工程是修船行业技术难度高，风险大的项目。我厂坚持为船东排忧解难的宗旨，为提高修船素质，创立修船行业品牌，树立船厂现代修船企业的形象。

二、课题分析

大型船舶主机是船舶的心脏，但因体积、重量巨大，不便解体等因素，曲轴滑移修复工作只能在狭小的机座与机架内进行。现场环境决定了作业条件差，造成工具的安装、人员施展的不便和增加难度。

曲轴与曲柄臂红套设计计算过盈量约为1mm左右，加上套合间隙约0.5-1mm，故在红套时曲轴与曲柄臂的温差在约1500C -2000C。红套时可仅加温曲柄臂，曲轴可维持室温，等两物温差达标后，进行套合。而本课题是曲轴与曲柄臂已结合，加温曲柄臂势必传给曲轴，难以拉开温差。如何解决迅速拉开温差和时间掌握分寸是较大问题。

曲轴与曲柄臂的抱合力很大，要恢复滑移必然要有相对运动。在没完全消除抱合力情况下，用外力强制转动，配合面拉毛咬死的风险很大。消除过盈，控制外力，防止配合面拉毛咬死的风险是关键。

在狭窄的机座内固定曲轴，安置液动高压油泵转动曲柄，选择有足够强度的受力点，也是课题的重点。

三、温度和验证力计算：

1.曲轴红套过盈量δ=（0.0014-0.0018）d，d为红套处直径。本船红套直径Φ560mm，δ=0.784-1.008mm。

红套温度计算：

[℃]

其中：T——红套温度[℃]

Δd——孔径增大值， 1mm。

а----材料线膨涨系数，碳钢=12x10-6/℃

d-----红套配合直径Ф560mm。

实际考虑红套时是需要将孔径再增加0.5-1mm的间隙，即温度在225-2900C。同样在考虑滑移复位时也要考虑轴与孔完全脱离，即有一定间隙，防止转动时咬死。钢质材料在3000C左右还远低于其相变温度，因此是安全的。

2.曲轴滑移复位后的验证力的计算

（1）按最大连续功率计算

效用试验，按船舶最大连续功率及转速时的扭矩，加安全系数，作为试验扭矩。试验按试验扭矩除以力臂长度得出受力，用千斤顶试验。

M=97360 kg.cm=6166133kg.cm

其中：M------扭矩，kg.cm

N-------最大连续功率，7980kw

n-------最大连续功率时转速，126rpm

试验扭矩按1.43安全系数

M试=6166133x1.43=8817570kg.cm

力臂L按900mm=90cm

F==97973kg=～100吨

主要用于老旧船主机维持营运验证。

（2）按厚壁圆筒过盈内压力公式计算：

①根据厚壁圆筒公式对过盈量的推导和广义虎克定律

δ= Pd1（C1/E1+ C2/E2） （1）

P=δ/d1（C1/E1+ C2/E2） （2）

其中： P-内压力 ， kg/mm2

δ-径向位移量，0.782mm

d1-配合面直径，560 mm

E1-轴材料弹性模数，2.06x108 kg/mm2

E2-壳材料弹性模数，同E1，kg/mm2

C1-轴刚性系数

C2-壳刚性系数

其中： K1=d0/d1 K2=d1/d2

d0- 轴中孔直径，0（mm） u1- 轴材料泊松比，0.30

d1- 配合面直径，560（mm） u2- 壳材料泊松比，0.30

d2- 壳平均外径，1110（mm）

②按内压力P和接触表面积，计算抱合力矩：

Mmin=2л（d/2）2hPf=2x3.14x（56/2）2x25.2x1081x0.16=21459614kg.cm

其中：h---套合长度，取曲柄臂厚度 25.2 cm；

f---钢与钢的干摩擦系数，取0.16

③试验扭矩按最小扭矩除抗扭安全系数得出：

M≤Mmin/n=21459614/1.43=15006724kg.cm

其中：n---抗扭安全系数，取1.43；

④按抱合力矩和力臂可计算校正顶力

F=M/L=15006724/90=166741kg=167吨

其中：L---力臂取900mm.

四、可行性分析和工艺措施

1.根据对本主机现场观察，狭小的机座在转到某个角度，人可进入安放工夹具，但在高温时人绝对不能在机座内。因此，加温作业前必须清油、测爆。加温的烘枪必需远距离操作，高压油泵也应引出操作。

图1

2.虽然曲轴径与曲柄臂孔在加工时精度和光洁度很高，且轴径为锻件，曲柄臂为铸件材料相差较多，不易产生咬伤。但如在过盈情况下硬顶转仍将会产生咬伤、拉毛。减少曲轴径与曲柄臂的配合面拉毛、咬死风险的关键是在顶力转动配合面时，该配合面应基本无过盈量，抱合力基本呈零状态，仅剩工件重量产生的磨擦力。要使配合面基本无过盈量，必须使曲轴径与曲柄臂两者的温差达到计算值，即3000C以上。而本课题是曲轴与曲柄臂已结合，加温曲柄臂势必传给曲轴，难以拉开温差。解决迅速拉开温差的措施是选择热值高的软火氧-丙烷喷枪，在各个角度全方位，高强度快速进行加温，以迅速拉大曲轴与曲柄臂的温差。同时先采用干冰冷却轴。设计干冰箱，用人工不断加干冰，按时间长短，可使轴达到零下20-400C。但须要采取一些隔热等措施。 （如图1）

3.为掌握加温的规律，先用氧-丙烷喷枪做模拟加温试验，基本掌握同等厚度钢材加温的时间-温度曲线，喷枪离工件的最佳距离等特点。用点温计监控主轴径的温度，达到零下20度后，用6—8支丙烷氧气烘枪对滑移曲柄臂进行全方位的加热，迅速提升曲臂的温度。用温度计监控温度，达到轴与臂温差在3000C左右。这时轴与轴套应已脱离约有1mm间隙，可以进行校正。

图2

4.（如图2）当校正时，一侧的曲轴必须固定不能转动。且由于曲轴很长，必须考虑在校正位置的相邻缸采取措施，用支撑顶住需校正相邻缸的曲柄臂不让曲轴转动。在5缸与6缸间J6主轴径上半部安装压盖，内衬铜皮，并在空间放入干冰。压盖用原船液压螺栓支撑，将曲轴压紧，承受顶转时的径向力。而需校正的曲柄臂的转动采用高压油泵顶曲柄销（须做假曲柄销轴承），使其围绕主轴径回转。经加热曲轴径与曲柄臂已脱离过盈，因此通常这力不需很大，予计在200-400吨，这与力臂长短和受力方向有关。经计算主轴到曲柄的距离为900mm时，当油泵要校正120滑移角度，需顶高185mm左右。因此油泵柱塞应能伸出大于200mm。

5.（如图3）顶住曲柄臂，固定曲轴不让转动的支撑座和顶曲柄销使其围绕主轴径转动的高压油泵底座必须在机座内找到有足够强度的受力点，足以承受压力，不能损伤结构。经观测在主机底座内有二平台，经评估其与周围构件的焊接和支撑，平台的30mm厚钢板，足以承受压力。在实际操作时，可用千分表对其变形量进行监控。

图3

6.启动液压油泵，转动曲柄臂与轴的相对角度。先用电动泵，在转动至对合线还差2—5mm时，用手动泵慢慢转动，达到对合线位置。派有专人监控对合线。

7.按修船标准组合式曲柄角度允差应不大于±30，制造标准为±15。当检验对合线位置为Φ560mm时，圆周线长记号应符合小于1.20mm （实测仅差0.20mm） 误差要求后，让温度慢慢的冷却至室温。保持12—24小时，让完全恢复弹性。

8.采用原安装的装备，仅去除低温及加温设施。用油泵加压到检测力，观察红套处有无滑动迹象。向检验员提交。

五、曲轴红套滑移校正的效果：

通过技术攻关和施工队的群策群力，各负其责。该轮主机曲轴红套滑移校正工程圆满成功。经船东、验船师等见证，曲轴滑移完全恢复到原出厂记号，精度达到制造标准。经计算扭矩验证和主机试车，完全达到验收要求。目前该轮主机运转正常。

参考文献：

[1]船用柴油机曲轴修理技术要求 JT/T57-93

[2]机械设计手册 第五版第2卷第4章“圆柱面过盈连接计算”（GB/T5371-2004）