許文進(jìn)，樊曉江

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214431 )

智能柴油機(jī)的飛速發(fā)展，軸承磨損檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于智能柴油機(jī)中，本公司承接的修造船舶中也多次遇到此類(lèi)柴油機(jī)，由于不了解軸承磨損檢測(cè)系統(tǒng)，按常規(guī)修理主軸承軸瓦后，主機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)，只能緊急邀請(qǐng)服務(wù)商來(lái)解決難題。在船舶修造質(zhì)量、船期保障方面給船東留下了負(fù)面印象，也增加了本公司修理成本，公司因此多次放棄此類(lèi)柴油機(jī)主軸瓦的拆檢、修理工程。經(jīng)過(guò)多方努力，完成了公司造船項(xiàng)目中船舶柴油機(jī)軸承磨損的安裝調(diào)試，總結(jié)形成相關(guān)技術(shù)資料。

1 主機(jī)軸磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用

曲軸是柴油機(jī)重要部件之一，曲軸在工作時(shí)受力情況較為復(fù)雜，它在周期變化的氣體壓力、慣性力以及力矩的共同作用下產(chǎn)生交變應(yīng)力，并發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲振動(dòng)，引起附加振動(dòng)應(yīng)力。同時(shí)，曲軸形狀復(fù)雜，其橫斷面沿軸線方向急劇變化，存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這些應(yīng)力作用在曲軸頸上，曲軸頸和主軸承瓦是相對(duì)運(yùn)動(dòng)件，曲軸頸的硬度高于主軸承瓦硬度，所以曲軸頸和主軸承瓦的磨損主要體現(xiàn)在軸瓦上(特別是下瓦)；伴隨柴油機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)使主軸承軸瓦產(chǎn)生磨損，進(jìn)而使曲軸的軸線發(fā)生變化，嚴(yán)重的會(huì)引起主軸承過(guò)熱嚴(yán)重，甚至燒損，造成柴油機(jī)停車(chē)。為了避免這種情況的發(fā)生，就必須對(duì)曲軸的工作狀況進(jìn)行檢測(cè)，常規(guī)的檢測(cè)方法是定期檢查柴油機(jī)曲軸軸頸，測(cè)量曲軸曲柄臂差，通過(guò)曲軸曲柄臂差的變化來(lái)反映曲軸中心線的變化，如果發(fā)現(xiàn)超出軸承磨損極限值，則必須對(duì)軸承進(jìn)行修理。這種檢測(cè)方法必須要在主機(jī)停泊狀態(tài)下進(jìn)行，具有滯后性，而軸承磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了對(duì)曲軸、十字頭、曲柄銷(xiāo)工作狀況的實(shí)時(shí)檢測(cè)，為主軸承修理提供了依據(jù)。

2 柴油機(jī)軸磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本原理

柴油機(jī)主軸承、曲柄銷(xiāo)軸承和十字頭軸承的承載部分，任意微小變化都會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或者多個(gè)十字頭的下止點(diǎn)位置發(fā)生變化。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用位置傳感器測(cè)量出柴油機(jī)各缸十字頭滑塊下止點(diǎn)位置的細(xì)微變化，并以此推斷當(dāng)前軸承的磨損狀況。軸承磨損檢測(cè)系統(tǒng)工作流程[1]：信號(hào)獲取→柴油機(jī)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償→去除干擾(濾波)→偏差計(jì)算→信號(hào)分析和評(píng)估。如果是曲柄銷(xiāo)軸承或者是十字頭軸承磨損，那么該缸的2個(gè)監(jiān)測(cè)探頭下止點(diǎn)位置同時(shí)會(huì)發(fā)生變化，而如果是主軸承磨損，則該主軸承上安裝的臨近2個(gè)缸的監(jiān)測(cè)探頭的下止點(diǎn)位置都會(huì)發(fā)生變化。

3 某型軸承磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

3.1 傳感器的安裝

軸承磨損監(jiān)測(cè)探頭分別設(shè)置于每個(gè)缸的十字頭滑塊下方，每個(gè)缸2個(gè)滑塊下方各安裝1個(gè)探頭。探頭有專(zhuān)用支架，支架安裝于主機(jī)高壓油泵側(cè)導(dǎo)板的下方，探頭的編號(hào)順序是從主機(jī)的第1缸開(kāi)始，如圖1所示，第1缸有2個(gè)探頭，分別是1.1、1.2……第7缸是7.1、7.2。

圖1 探頭編號(hào)順序示意圖

安裝按圖2所示，具體安裝步驟如下。

1)軸承磨損監(jiān)測(cè)探頭與支架通過(guò)螺紋連接，如圖2所示。先將支架的鎖緊螺栓松開(kāi)，探頭監(jiān)測(cè)面朝上，順著調(diào)節(jié)螺紋旋進(jìn)支架，探頭監(jiān)測(cè)面旋出頭即可，用手旋緊支架的鎖緊螺栓(不用扳手)，注意保護(hù)探頭監(jiān)測(cè)面及數(shù)據(jù)線插口不受損。

2)柴油機(jī)正車(chē)盤(pán)車(chē)，將要安裝的曲柄臂盤(pán)至下止點(diǎn)，裝上帶有探頭的支架，并做好支架螺栓的保險(xiǎn)。

3)將軸承磨損探頭慢慢向十字頭滑塊旋進(jìn)，用檢測(cè)墊片(如圖3所示)調(diào)整探頭與滑塊間的間隙(如圖4所示)，確保十字頭滑塊與探頭間的間隙為3 mm，此為初調(diào)。

4)接上數(shù)據(jù)線，注意數(shù)據(jù)線接口應(yīng)對(duì)準(zhǔn)。扳緊鎖緊螺栓，數(shù)據(jù)線鋪設(shè)保護(hù)，以確保盤(pán)車(chē)不碰主機(jī)曲柄臂。依次安裝各缸的主機(jī)軸磨損探頭。

圖2 安裝示意圖

圖3 檢測(cè)墊片

圖4 間隙調(diào)整

3.2 軸承磨損監(jiān)測(cè)儀的操控界面介紹

柴油機(jī)曲柄臂箱內(nèi)各缸的探頭安裝好后，檢查接線箱，電纜連接正確，給軸承磨損檢測(cè)系統(tǒng)供電，打開(kāi)顯示屏，輸入密碼，跳出主界面。主界面介紹如圖5所示。

1-標(biāo)定確認(rèn)按鈕； 2-信號(hào)模式選擇； 3-主機(jī)發(fā)火順序； 4-傳感器峰值；5-傳感器實(shí)時(shí)位置數(shù)值；6-傳感器安裝正確位置區(qū)間；7-單位選擇；8-傳感器位置編號(hào)。圖5 主界面

使柴油機(jī)正車(chē)方向盤(pán)車(chē)2圈，軸承磨損探頭會(huì)自動(dòng)記錄探測(cè)到距滑塊的實(shí)際位置距離，并換算成電信號(hào)在主界面上顯示。每個(gè)活塞向下移動(dòng)時(shí)，相對(duì)應(yīng)汽缸中的2個(gè)滑塊也向下移動(dòng)，初調(diào)后一般會(huì)出現(xiàn)A、B、C、D、E、F 6種狀態(tài)，如圖6所示。以圖6條塊標(biāo)識(shí)傳感器的輸出位置。

圖6 狀態(tài)圖

A為活塞沒(méi)有移動(dòng)到傳感器設(shè)置的位置(傳感器沒(méi)感應(yīng)到滑塊位置)；B為活塞向下運(yùn)動(dòng)，但沒(méi)有到達(dá)正確的位置；C為活塞向下運(yùn)動(dòng)，接近正確的位置；D為活塞往下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)正確位置；E為達(dá)到正確位置后，活塞向上運(yùn)動(dòng)；F為活塞往下運(yùn)動(dòng)，越過(guò)了正確位置，探頭與滑塊間的間距太小。

如果傳感器位置初調(diào)精確，那么這些條塊將如圖6中D狀態(tài)所示，隨著柴油機(jī)的運(yùn)動(dòng)，條塊也會(huì)跟隨變化(柴油機(jī)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)顯示不出條塊變化)。

3.3 軸承磨損監(jiān)測(cè)探頭的調(diào)整方法及界面設(shè)置

1)確定調(diào)整方向。主界面中記錄各探頭顯示的傳感器峰值，峰值在13～15 mA間為安裝合格。探頭距滑塊的距離越大，監(jiān)測(cè)顯示的峰值越??；反之，探頭距滑塊的距離越小，監(jiān)測(cè)顯示的峰值越大。如圖6中，D、E 2種狀況就不需要再調(diào)整。A、B、C 3種狀況屬于滑塊距探頭的間距太大，應(yīng)調(diào)小探頭與滑塊的距離，探頭應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)往上抬；F屬于滑塊與探頭的間距太小，應(yīng)調(diào)大探頭與滑塊的距離，探頭應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)往下降。

2)確定調(diào)整距離。根據(jù)各探頭顯示的傳感器峰值來(lái)決定探頭抬高或下降量。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得出，當(dāng)探頭旋轉(zhuǎn)1圈，探頭的監(jiān)測(cè)變化量為3 mA，依次類(lèi)推可得出1/4圈為0.75 mA，1/2圈為1.50 mA，3/4圈為2.25 mA。用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方式表示：1=3.00 mA；1/4=0.75 mA；1/2=1.50 mA；3/4=2.25 mA。

同樣可以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算方法確定探頭調(diào)整距離。

(1)案例1：某缸的傳感器峰值為10.25 mA，請(qǐng)確定探頭調(diào)整距離。

解： 14-10.25=3.75 mA (式中14為傳感器安裝正確位置區(qū)間值)。

(2)案例2：某缸的傳感器峰值為16.25 mA，請(qǐng)確定探頭調(diào)整距離。

解：14-16.25=-2.25 mA(式中14為傳感器安裝正確位置區(qū)間值)。

可以得出調(diào)整值為-2.25 mA，探頭調(diào)整距離為-3/4，即探頭逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)3/4圈。

3)探頭調(diào)整。依據(jù)主界面顯示的傳感器峰值，確定需要微調(diào)的探頭編號(hào)，并分析出探頭調(diào)整方向及調(diào)整距離，作好記錄。待柴油機(jī)主滑油泵停止12 h后打開(kāi)相關(guān)缸的道門(mén)，柴油機(jī)正車(chē)盤(pán)車(chē)至該曲柄臂左平位置，人員戴好腳套進(jìn)入曲柄臂箱，卸去探頭數(shù)據(jù)線接頭，松開(kāi)探頭的鎖緊螺栓，用記號(hào)筆在探頭的監(jiān)測(cè)端面畫(huà)一橫線，以便辨別出探頭旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)分析記錄調(diào)整旋轉(zhuǎn)好探頭，緊固鎖緊螺栓，插上數(shù)據(jù)線接頭，檢查各緊固件的保險(xiǎn)合格后出機(jī)。

4)所有探頭微調(diào)結(jié)束后再次正車(chē)盤(pán)車(chē)2周，當(dāng)主界面中記錄各探頭顯示的傳感器峰值都在13～15 mA為微調(diào)合格。然后點(diǎn)擊“標(biāo)定確認(rèn)”按鈕，在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊確認(rèn)“YES”，在彈出的對(duì)話框內(nèi)先點(diǎn)擊全選“ALL”，再點(diǎn)擊確認(rèn)“OK”，在跳出的對(duì)話框內(nèi)點(diǎn)擊“OK”，標(biāo)定完成。可以進(jìn)入“LEARNING”界面。

5)依次點(diǎn)擊下列按鈕，進(jìn)入“LEARNING”界面。點(diǎn)擊“STARET”按鈕，在跳出的對(duì)話框中點(diǎn)擊“OK”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入學(xué)習(xí)模式，系統(tǒng)將自動(dòng)學(xué)習(xí)500 h，不再需要外部指令輸入。

4 檢修中注意事項(xiàng)

1)設(shè)立500 h的“學(xué)習(xí)階段”，就是為了獲得在不同轉(zhuǎn)速區(qū)域相應(yīng)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的參考值。在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的第1個(gè)1 000周，軸承磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取樣測(cè)得1 000個(gè)距離值，由此計(jì)算得到1個(gè)平均值作為“1 000取樣參考值”。在接下來(lái)的“學(xué)習(xí)階段”，對(duì)應(yīng)于每個(gè)設(shè)定的轉(zhuǎn)速點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)以50 h為一周期，自動(dòng)取樣作為相應(yīng)轉(zhuǎn)速的參考值，值與“1 000取樣參考值”相比較超過(guò)0.2 mm，就會(huì)觸發(fā)“學(xué)習(xí)警報(bào)”，在某些不確定情況或程序中算法的限制都會(huì)偶爾出現(xiàn)誤報(bào)警，當(dāng)不太精確的“參考值”沒(méi)有更新前，也會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警。在500 h的“學(xué)習(xí)階段”出現(xiàn)以上報(bào)警時(shí)，首先檢查各軸承溫度是否異常，其次檢查各監(jiān)測(cè)探頭是否有松動(dòng)或線接頭是否異常，如果都正常我們把它視為“學(xué)習(xí)階段誤報(bào)警”，只要復(fù)位報(bào)警即可。如果檢查各缸確實(shí)有異常狀況，則必須消除故障，重新進(jìn)行監(jiān)測(cè)探頭安裝調(diào)試。

2)柴油機(jī)停止時(shí)，系統(tǒng)電源不必關(guān)閉。在500 h的學(xué)習(xí)模式階段，只有柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高于20%額定轉(zhuǎn)速才自動(dòng)計(jì)時(shí)，所以在停泊狀態(tài)下是否關(guān)閉電源對(duì)學(xué)習(xí)模式計(jì)時(shí)沒(méi)有影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

軸承磨損檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)曲軸和主軸承工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，必將在柴油機(jī)中廣泛使用，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)原因，該系統(tǒng)在柴油機(jī)曲軸維護(hù)檢修過(guò)程中需要往往重新設(shè)定調(diào)整，文章介紹了某種軸承磨損檢測(cè)系統(tǒng)安裝、調(diào)試的方法及注意事項(xiàng)，為船舶輪機(jī)管理人員及修理者提供一定的啟發(fā)和幫助。