沈根平

（江苏省江阴中等专业学校，江苏江阴 214433）

船舶主机曲轴的作用是将柴油机各缸所作的功汇集后以回转运动的形式输出。曲轴主要由若干个单位曲柄和自由端、以及驱动端等组成（见图1）。曲轴在工作时受力情况较复杂，将在周期变化的气体压力、惯性力及力矩的共同作用下产生交变应力，并发生扭转和弯曲等振动，承受附加振动应力。因此，曲轴的修理质量将影响到船舶日后航行的技术保证和经济性能，也体现企业的修船技术能力和水平。

图1 柴油机曲轴缸号、主轴颈号图Fig.1 The crankshaft cylinder number and main journal number of diesel engine

1 故障的判断和检验

某轮采用焊接式曲轴，各单位曲柄在主轴颈中央部位通过窄缝埋弧焊，连成一整体。在航行的过程中，发现主机的第3缸温度过热，停车检查以后发现裂纹的第3缸曲柄销和第3挡、第4挡主轴颈，并对曲轴进行修复。

1.1 对故障的判断

将8PC2-5L柴油机曲轴从主机上拆卸后运到车间后清洗整根曲轴，目测（TV）除第三缸曲柄销和第3挡、第4挡主轴颈外的全部主轴颈、曲柄销及其他部位，是否有可见裂纹。

对第3缸曲柄销和第3挡、第4挡主轴颈及其余的主轴颈，曲柄销外围及R凹槽以及目检中有疑问的部位做磁粉探伤（MT）[1]。对8PC2-5L型柴油机曲轴VT、MT结果和曲轴表面缺损情况进行评估。确定跟换发现裂纹的第三缸曲柄销和第3挡、第4挡主轴颈（见图2）。

图2 曲轴检测示意图Fig.2 The schematic diagram of crankshaft inspection

1.2 曲轴检验

由图2可知，主轴颈直径315 mm，公差-0.025～0.000 mm；曲柄颈直径315 mm，曲轴长度7 000 mm。轴颈号是由自由端至驱动端编号；各检测点是以1#曲柄颈上死点方向为T；a、b为检验曲轴径与主轴轴线平行度；c为检测法兰外圈；d为检测法兰端面；e为检测法兰主轴跳动量；f为检测臂距差。

根据测量数据进行分析，得出曲轴1#～9#主轴颈跳动量。表1所填写数值是该轴颈测得的最大跳动量。入厂探伤检验，探伤设备是多功能磁粉探伤机；根据探伤记录分析，该曲轴入厂后，初次探伤检验发现3#主轴颈烧瓦，表面有轴向烧瓦炸纹。

表1 曲轴主轴颈跳动量Tab.1 The crankshaft main journal runout

2 项目修理过程

割除有裂纹的第三缸曲柄销。重新加工第二缸曲柄销驱动端方向红套孔和第四曲柄销自由端的红套孔。

用强力“乙炔/氧气”焰切割靠近第三缸曲柄臂（约距0～30 mm）的第3主轴颈、4主轴颈。注意保护第2缸、第4缸曲柄，不能给火焰及割除的钢渣损伤。并注意控制第2缸、第4缸曲柄销升温情况，不能超过100°C，否则要采用局部水冷或暂停切割，待温度下降后再割[2]。

2.1 曲轴机加工

采用落地镗铣床加工切割下的曲轴驱动端部分和自由端部分的红套孔。把驱动端部分曲轴和自由端部分曲轴分别放置在V型支架上，校对主轴颈及第2缸、第4缸曲轴端面。用链条装置固定要加工的曲轴。用落地镗铣床刀盘铣第3挡、第4挡主轴颈的端面，铣到比第二、四缸曲轴端面高30～50 mm。

划线：在第3挡、第4挡主轴颈端面划Φ135。3*7-Φ40加工孔，要求Φ40孔相互重叠，离红套孔边缘约2 mm距离。

落地镗铣床：按划线占镗Φ135中心孔，占3*7-Φ40孔，要求Φ40相互重叠2 mm，Φ40孔离Φ135红套孔约2 mm。

钳工锯下残余的第3挡、第4挡主轴颈，不要碰伤Φ135红套孔内壁。落地镗铣床（检验）检查红套孔内孔表面情况及圆度。如超差，以原红套孔大部分为基准校圆。重新镗并对原Φ135红套孔，直到加工出来为止，要求圆度≤0.025[3]。

2.2 按曲轴图新制1只第3缸曲轴

按材料技术规范铸造M56钢锭，并接受船级社对材料化学成分的认可。按曲轴图弯锻一根RTA62曲轴。热处理采用正火，按要求截取并作机械性能试样，还得申请NK船级社认可。按曲轴图粗精加工曲轴。按技术要求粗加工曲拐后进行消除应力退火，按要求申请船级社“钢印转移”，曲轴红套孔加工结束。最终申请船级社认可，待红套。

2.3 按主轴颈图新制2只主轴颈（第3挡、第4挡主轴颈）

按材料技术规范M56钢锭铸造，并接受船级社对材料化学成分的认可。按主轴颈图锻造2只RTA62主轴颈，要求正火，按要求向船级社申请做机械性能试验。

按上海船用曲轴有限公司主轴颈红套前工艺图加工第3挡、第4挡主轴颈。要求第3挡、第4挡主轴颈两端红套，轴尺寸比相对的曲拐红套孔尺寸过盈2.13%～2.21‰。按照要求申请船级社做UT、MT探伤，加工期间做好船级社“钢印转移”。第3挡、第4挡主轴颈加工结束，最终申请船级社认可，待红套[4]。

2.4 红套新的第3缸曲轴和第3挡、第4挡主轴颈

用专用红套工装和加热器分别将新制作的第3挡主轴颈端套入第2缸曲轴自由端红套孔和第3缸新曲轴驱动端红套孔，要求主轴颈端面同曲拐内开挡平面基本面平齐[5]。

划线：按曲轴图，分别在第4缸、第3缸、第2缸曲轴划红套45°角对准线。

钳工：把8PC2-5L型柴油机曲轴自由端部分固定在曲轴红套坑内，用专用红套工装和加热器，对准角度线把第3缸曲轴和第4缸主轴颈单套组套入第2缸曲轴驱动端红套孔内。把第3缸曲轴和主轴颈单套组套入第四缸曲拐自由端红套孔内。要求红套后主轴颈端面同曲拐内开挡平面基本平。

焊接：在新的第3缸曲轴和第3挡、第4挡主轴颈连接处烧焊，注意保护第2缸、第4缸曲柄，不能造成钢渣损失。并注意控制第2缸、第4缸曲柄销升温情况。

2.5 精加工8PC2-5L型柴油机曲轴

在车床上夹8PC2-5L机曲轴自由端，校对各缸甩挡≤0.025 mm，检查原曲轴主轴颈。按上海船用曲轴有限公司曲轴加工的基本工艺，车削各挡Φ315-0.08主轴颈为315-0.08。要求各甩挡≤0.025，主轴颈跳动≤0.06，主轴颈圆度≤0.03，粗糙度Ra0.8。测量各主轴颈水平度并记录，测二端Φ315外圆跳动并记录。

车削推力平面二平面（车出为止），平面度≤0.03，跳动≤0.04，粗糙度Ra0.8，车削驱动端法兰平面及外圆（车出为止），平面度≤0.03，粗糙度Ra1.6测量和记录各加工过的平面和长度。

8PC2-5L型柴油机曲轴调头，校对各甩挡，主轴颈跳动。车削自由端法兰平面，测量和记录各加工过的平面和长度。

用回转刀架加工第3缸曲柄销Φ315外圆，保证冲程距离及同第1缸135°角度，粗糙度Ra0.8。检查其曲柄销外圆圆度、水平度及角度。

2.6 8PC2-5L型柴油机曲轴最终检验

钳工：对加工过的各挡主轴颈及R圆弧抛光，对第三缸曲柄销及R圆弧抛光，粗糙度Ra0.8。检查曲轴各挡甩挡≤0.025，主轴颈尺寸Φ315（-0.08），圆度≤0.025，跳动≤0.06粗糙度Ra0.8。推力面二平面和驱动法兰面，自由端法兰面平面度≤0.03，跳动≤0.04。推力面粗糙度Ra0.8，法兰面粗糙度Ra1.6，第三缸曲柄销尺寸Φ315，同第1缸角度误差±0.5°。对第3挡、第4挡主轴颈及R10部位进行磁粉探伤（MT）后出具检验报告，并得到船级社确认。数据分析参见表2。

表2 曲柄颈与主轴颈轴线平行度 mmTab.2 The parallelism between crank journal and main journal axis

5 结语

船舶主机曲轴经过修理后，检测的各项数据均符合船检规范要求。在码头做系泊试验，曲轴运转稳定。又经过实船试航试验，该船的主机曲轴运转始终处于正常稳定的工作状态，运行中测量的曲轴温度符合技术规范上所规定的主机曲轴温度的要求。主机曲轴的修理工程顺利地通过了验收，彻底解决了该轮主机曲轴上存在的问题。