柴油机曲轴拐档差的测量与轴线状态分析

在大中型柴油机检修中，经常用测量拐挡差的办法来检查曲轴轴线的状态和主轴承的磨损情况。当曲柄的两主轴承低于相邻主轴承时，该曲柄的主轴线弯曲呈塌腰形∪＋。如果将曲柄销转至上止点位置两曲柄臂向外张开，间距增大；将曲柄转至下止点位置曲柄臂向内收扰，其曲柄臂间距减小。当曲柄的两主轴承高于相邻主轴承时，该曲柄的主轴线弯曲呈拱腰形∩－。如果将曲柄销转至上止点位置两曲柄臂向收扰，间距减小；将曲柄转至下止点位置曲柄臂向外张开，其曲柄臂间距增大。同样，将曲柄销分别转至左、右水平位置，两臂间距亦会发生同样在的变化。拐挡表的使用方法（重点）

1、检查拐挡表（曲轴量表）的灵敏度。用手指按动拐表一端的顶头，看表上的脂针摆动是否灵活，放松后指针能否回到原来位置上。检验无误后，根据臂距差的大小选择并调整好拐挡表测量杆的长度，使之比臂距大1～2mm。2、配重式拐挡表。当将表两端的顶尖两端压装入两曲柄臂的冲孔之后，应将整个表用手慢慢来回摆动2～3次，检查是否装置稳固；其次观察表盘指针有无摆动动作，若有摆动也许是由于孔不正或两端的表杆不直而引起的，要修正冲孔或校检表杆，消除之后再测量；再确认安装好后，转动表盘将表的指针调到“0”位。3、读取拐挡表数值。由于结构不同测量臂距增减时拐挡表指针的方向不尽相同，因而要在使用前，注意观察，认真识别。当将拐挡表的触头向表内压入时，表面上的读数应减小，在作记录时，可直接读作“负”值以“－”号表示。当拐挡表的触头外伸时，表面上的读数增大，在作记录时，可直接读作“正”值，以“＋”号表示。测量时，一定要弄清楚表指针的转动方向中，以免读错正负数造成错误。拐挡表测量步骤（难点）（拐挡值－是两臂之间的距离；拐挡差－曲柄销在上、下止点位置时臂距值之差。即⊿垂直＝L上－L下　⊿水平=L左-L右）1、打开曲轴箱道门盖，检查并清理该曲柄的冲孔位置。

同时在测量拐挡值前，要检查主轴颈是否全部落在下轴瓦上。为此可用厚薄规对各主轴颈与下轴瓦面进行松查，发现脱空时应将该挡主轴承上盖拆去，抽掉上、下轴瓦有垫片，在每个测量位置，利用上紧轴承螺栓将主轴颈紧在下瓦上，经达到真实的变形情况，取得正确的读数。2、盘车使该曲柄销转至到下止点，如图a所示。如果曲柄销上已装上活塞连杆组件，应把曲轴销转到上止点后15°左右的位置。因为，在此位置上装拐挡表最方便，也便于察看，以此作为起始点测量位置，如图b所示。3、寻找到两曲柄臂上的冲孔，冲孔位应在距曲柄销轴线处，清除孔中油污以免引起误差，如图所示。4、正确安装拐挡表，特别要注意连杆和连杆螺栓是否会碰到拐挡表。防止因未装牢固和擦碰表面使其落至曲轴箱底面损坏。

5、装上拐挡表预紧1～2mm，用手拨转拐挡表2～3转后，将拐挡表表面调至零位。6、确定盘车方向和起始测量点（下止点后15°）后，可根据销位法依顺序测取五个位置时的拐挡值，并记录。（195°、270°、0°、90°、165°）7、取下拐挡表，进行下一气缸曲柄拐挡的测量。8、在测量未装连杆活塞组件的拐挡时，应分别测曲柄销处于上、下止点和右平行线，即曲柄销转到0°、90°、180°、270°四个位置拐挡值并记录。9、对已装连杆活塞组件的曲轴，当曲柄销到下止点位置时，恰好连杆居中使拐挡表无法安装测量。因此将曲柄销位于下止点后15°左右作为起始点位置，然后在下止点前15°左右（以拐挡表不碰连杆为准）的位置，即曲柄销处自195°位置开始，经270°、0°、90°及165°共五个位置测量拐挡值并记录。曲柄销在上、下止点前、后各15°的位置，即165°的195°拐挡值的平均数值代替曲柄销在下止点（180°）位置的拐挡值。10、记录测量数值后，还应注明测量日期、以及机舱温度，货船还应注明装载情况，工程船舶应注明船舶吃水情况等，因为只有在相同情况下比较才会有精确的结果。对记录进行分析时，还需要参照桥规测量数据、轴承下瓦的厚度等，做出调整。补充知识：当曲轴轴线呈下弧线弯曲即呈塌腰形时，曲柄销在上止点位置时的拐挡值大于在下止点位置时的拐挡值。即L上＞L下。此时臂距差⊿＝L上－L下＝“＋”值。通常又称为下叉口，说明该曲柄的轴承较低。当曲轴轴线呈上弧线弯曲即呈拱腰形时，曲柄销在下止点位置时的拐挡值大于在上止点位置时的拐挡值。即L上＜L下。此时臂距差⊿＝L上－L下＝“－”值。通常又称为上叉口，说明该曲柄的轴承较高。同样，曲轴轴线在水平平面内也产生弯曲变形，当曲柄销在左舷位置时的臂距值大于右舷位置时的臂距值，即L左＞L右表明曲轴轴线在水平平面内呈右线弯曲，臂距差⊿＝L左－L右＝“＋”值。反之L左＜L右时，臂距差⊿＝L左－L右＝“－”值，曲轴轴线呈左弧线弯曲。拐挡差愈大，表明曲轴变形愈严重。在运转中就会周期地在曲柄臂与曲柄销连接过渡圆角处产生时拉时压的应力，最后导致该处产生疲劳裂纹而破坏。船上经常注意曲轴拐挡差，测量并控制拐挡差值在允许的范围内，也就是控制曲轴的变形于一定的程度，以免造成不良后果。拐挡差的记录方法：先把各曲柄所测得的拐挡值按曲柄销（或拐挡表）的所在位置记录在图上。图a、b为未装连杆活塞组件的记录方式，图c、d这已装连杆活塞组件的记录方式。图中a、b、c、d、e分别表示曲柄销（或拐挡表）所在位置，箭头表示曲轴转动方向中。两记录位置相反，但结果是一样的，通常前一种方法记录。

由测量记录的数据计算出拐挡差：上下拐挡差为⊿上下＝L上－L下；左右拐挡差为⊿水平＝L左－L右。式中的L上、L下分别为曲柄销在上、下止点位置的拐挡值。L左、L右分别为曲柄销在左、右水平位置的臂距值。如果按拐挡表所在位置记录臂距值，在计算拐挡差时，应以记录图中下面的数值减去上面的数值为曲轴的上下臂距差即⊿上下；记录图中右边的数值减去左边的数值为左右臂距差即即⊿左右。如果按曲柄销所在位置记录，在计算拐挡差时与上述方法相反。轮机人员在工作中可查表，如工作现场不便查表，也可以按经验公式计算，新造和大修后的柴油机拐挡差不大于0.0001S；航行中话可的拐挡差应不大于0.002S，其中S为活塞行程，其极限值见表所示。柴油机曲轴臂距差的规定每米活塞冲程的臂距差（mm）经过试车后＜0.125营运中允许运转范围0.125～0.25＞0.25应限期修理最大极限＜0.30＞0.30应立即停航修理对活塞冲程＜400mm者，修理试车后可适当放松为每米活塞冲程0.15mm，但不超过0.17mm取某一七缸柴油机的拐挡差值曲柄号1234567（尾）臂距差值＋0.12＋0.02＋0.14－0.17－0.12＋0.07＋0.05一、曲轴中心线简单作图：（依据上表中的拐挡差进行作图）用简单作图法绘制曲轴轴线状态，如下图所示。

1、按气缸中心距成比例的特点作出各缸曲柄都向上的曲轴示意，进而判断各主轴承位置高度。2、在曲轴示意图下方作横坐标与曲轴轴线平行，各曲柄和主轴承位置用对应点有横坐标来表示。作纵坐标垂直于曲轴线。根据拐挡差为正值则主轴承偏　低，拐挡差为负值则主轴承偏高。把正拐挡差值取在横轴之下，负拐挡差值横轴之上。3、把各曲柄拐挡差值确定的点123456连接起来，所得折线即为曲轴轴线状态图，折线上对应于各主轴承位置点的纵坐标，就是表示各主轴承的相对高度。二、根据拐挡值判断主轴承的高低作图：（依据上表中的拐挡差进行作图）测量拐挡差是为了测量和调整曲轴轴线，也就是要测量的调整主轴承的高低。首先应确认所测量拐挡差的正确性。通常是根据上、下止点的拐挡值之各和与左、右舷时的拐挡值之和相等的规律来验证。如果不等且相关较大，则说明所测据不准确，应重新测量。其次是根据拐挡差作图来判断主轴承的高低，作图的方法的几种，下面仅介绍其中的一种作一简单介绍。举例如下：

在图中曲轴第一道主轴承下方任画一段线A1，一般取水平方向。A1线段与第一个曲柄中线相交于O点，延长A1线段与第二个曲柄中线相交于a1点，自a1点向上截取a1b1＝⊿1＝＋0.12mm，连接为Ob1并延长交至第三个曲柄中心线上a2点，向上截取a2b2＝⊿2＝＋0.02mm，连接为b1b2并延长交至第四个曲柄中心线上a3点….以此类推。当臂距差为负值时则自交战为向下截取线段。连接0b1b2b3b4b5b6b7即得曲轴的折线情况，亦即曲轴轴线的状态。通常根据曲线中位置最低的两道主轴承画出一条基准线XX，依此可判断各主轴承的高低工。从图中可以看出第4道和第五道主轴承较高，应将此二轴承高度降低，亦即修刮主轴承以使曲轴轴线的状态符合要求。根据在水平平面的拐挡差值亦可作出水平平面的曲轴轴线的状态图。为了简化问题，作以上图曲轴轴线状态图，对曲轴的各个曲拐作如下作假定：1、主轴颈与曲臂之间为刚性连接，二者夹角始终不变。为直角；2、主轴颈、曲柄销颈和曲柄臂均不改变自身的形状3、曲柄销与曲柄臂的夹角不仅相等且有着相同的变化，即α＝β。实践证明，上述假定是符合实际情况的。拐挡差的分析与调整：柴油机曲轴拐挡差测出后，要判断分析影响它的因素很多，影响的情况也各有不相同，但了解和掌握这些因素，为减小和防止曲轴疲劳破坏和分析曲轴损坏原因并进行调整都有很大意义。拐挡差的主要影响有：1、主轴承下瓦的不均匀磨损。机座上各道主轴承下瓦磨损程度不同使下瓦的高度不等，坐落其上的曲轴轴线发生变形，拐挡差发生变化要。2、机座变形和下沉。二者都会使曲轴轴线弯曲变形、拐挡差无规律地变化，它是由于船体变形、机座地脚螺栓和贯穿螺栓松动或重新预紧时力矩不均等引起的。3、船舶载荷的影响，船体如弹性梁，受力不均匀产生变形，船体刚性差和建造工艺差则变形就更加严重。4、运动部件和爆发压力的影响。柴油机各缸功率、轴承负荷及轴承间隙，通过连杆活塞运动作用于曲轴上的气缸爆发压力，活塞活动件的重量使轴线朝塌腰形变化。5、飞轮、轴系连接的影响，飞轮使曲轴尾端的尾部轴线朝拱腰开变化，轴系法兰刚性连接的安装误差直接影响曲轴尾凋轴线状态和拐挡差的变化。拐挡差不可能在任何条件下全部接近零值。因为在某种条件下调整接近零值的拐挡差，条件一旦改变拐挡差也随着变化，甚至超过允许极限。因此在安装、修理和调整时，要根据各种因素的主次及其影响规律来确定应该取正值还是负值较为适合。根据各种因素分析后，确认需要用修刮来校正曲轴中心线时，一般只能凭经验边拂刮边测量拐挡差来逐步校正。思考题：1、以下是某油轮主机为6esdz60/160，活塞运动装置安装前后的拐挡差值记录，请试着作图，并说出活塞装置对拐挡差的影响？状态123456－0.015－0.015－0.03－0.065－0.04－0.02－0.005－0.005－0.015－0.000＋0.01＋0.01见作图2、为什么要测量拐挡差？拐挡差的大小对柴油机运行有哪些影响？答：因为可以用测量拐挡差的办法来检查曲轴轴线的状态和主轴承的磨损情况。可以判断主轴承的高低，并可以调整主轴承的高低以控制曲轴的变化，拐挡差的大小，表明柴油机的曲轴弯曲变形情况和附加弯曲应力情况。当柴油机的拐挡差超过材料的许用应力时，曲轴就会产生裂纹或断裂。所以拐挡差有大小就是控制曲轴变形和主轴承的磨损情况，以防止曲轴的疲劳破坏。3、测量拐挡值之前应做哪些具体工作？对测量点有哪些要求？答：测量拐挡值要用专门的拐挡表，每台柴油机在出厂时都配有专门的拐挡表一只。并且此表就是同型号的柴油机也不允许互换拐挡表进行测量。如果采用的是通用的拐挡表，则根据柴油机的臂距大小组装好拐挡表量杆，并装于曲柄臂上的冲孔中。因此在测量拐挡值之前，要将柴油机臂距上的安装测量的冲孔清洗干净。固定测量点：拐挡值测量点一般均设在距曲柄销中心线（S＋D）/2处，曲轴在制造时就在曲臂内侧中心对称线上（S＋D）/2处打上冲孔。（标准点A）测量点设在曲柄臂下边缘处：大型柴油机为了便于测量或避开轴孔套合处，将测量点设在曲柄臂下边缘处。（非标准点B）将B点的拐挡值换算成A点的标准拐挡值OA－测量点A到曲柄销中心线的距离，mm；OB－测量点B到曲柄销中心线的距离，mm；4、对拐挡表应做何检查？装配有何要求？答：拐挡表检查工作：1、检查拐挡表（曲轴量表）的灵敏度。用手指按动拐表一端的顶头，看表上的脂针摆动是否灵活，放松后指针能否回到原来位置上。检验无误后，根据臂距差的大小选择并调整好拐挡表测量杆的长度，使之比臂距大1～2mm。2、配重式拐挡表。当将表两端的顶尖两端压装入两曲柄臂的冲孔之后，应将整个表用手慢慢来回摆动2～3次，检查是否装置稳固；其次观察表盘指针有无摆动动作，若有摆动也许是由于孔不正或两端的表杆不直而引起的，要修正冲孔或校检表杆，消除之后再测量；再确认安装好后，转动表盘将表的指针调到“0”位。装配要求：正确安装拐挡表，特别要注意连杆和连杆螺栓是否会碰到拐挡表。防止因未装牢固和擦碰表面使其落至曲轴箱底面损坏。装上拐挡表预紧1～2mm，用手拨转拐挡表2～3转后，将拐挡表表面调至零位。拐挡表安装后，应完成曲轴回转一周中各要求位置拐挡值的测量，测量过程中不允许改动拐挡表的位置。通常曲轴拐挡差的测量位置是随柴油机安装完善程度程度而异。当曲轴未装活塞运动装置时，测量0°、90°、180°、270°四个位置的拐挡值，可在其中任一位置（此位置将拐挡表调到0位）装表完成全部测量。当曲轴已安装活塞运动装置时，测量0°、90°、165°、195°、270°五个位置的拐挡值　，在195°位置安装拐挡表来完成全部测量（195°、270°、0°、90°、165°）5、怎样按记录表上格式正确填写并计算拐挡差值、正确进行误差分析。

答：读取拐挡表数值。由于结构不同测量臂距增减时拐挡表指针的方向不尽相同，因而要在使用前，注意观察，认真识别。当将拐挡表的触头向表内压入时，表面上的读数应减小，在作记录时，可直接读作“负”值以“－”号表示。当拐挡表的触头外伸时，表面上的读数增大，在作记录时，可直接读作“正”值，以“＋”号表示。测量时，一定要弄清楚表指针的转动方向中，以免读错正负数造成错误。先把各曲柄所测得的拐挡值按曲柄销（或拐挡表）的所在位置记录在图上。图在文字下面。图a、b为未装连杆活塞组件的记录方式，图c、d这已装连杆活塞组件的记录方式。图中a、b、c、d、e分别表示曲柄销（或拐挡表）所在位置，箭头表示曲轴转动方向中。两记录位置相反，但结果是一样的，通常前一种方法记录。由测量记录的数据计算出拐挡差：上下拐挡差为⊿上下＝L上－L下；左右拐挡差为⊿水平＝L左－L右。式中的L上、L下分别为曲柄销在上、下止点位置的拐挡值。L左、L右分别为曲柄销在左、右水平位置的臂距值。如果按拐挡表所在位置记录臂距值，在计算拐挡差时，应以记录图中下面的数值减去上面的数值为曲轴的上下臂距差即⊿上下；记录图中右边的数值减去左边的数值为左右臂距差即即⊿左右。如果按曲柄销所在位置记录，在计算拐挡差时与上述方法相反。轮机人员在工作中可查表，如工作现场不便查表，也可以按经验公式计算，新造和大修后的柴油机拐挡差不大于0.0001S；航行中话可的拐挡差应不大于0.002S，其中S为活塞行程。通常按曲柄销位置记录拐挡差值。误差分析：引起拐挡差误差的因素好多，主要反映在：1、机座变形下沉　引起机座下沉的原因很多，如船体变形、机座地脚螺栓松动。2、活塞运动装置的影响　由于活塞组件重量的影响，拐挡差在垂直方向上有朝正值方向变化的趋势。3、船舶装载的影响　船舶装载对船体变形有较大的影响，如机舱在中部，在前、后货舱装货后，会使曲轴轴线朝拱腰形变化，拐挡差向负值变化。机舱在尾部时，装载对拐挡差的影响较小，但对主机前端几个曲柄影响较大。也是朝拱腰形发展，同一艘船，每次装载量不同也会引起臂距差的变化。因此，某些刚性差的船舶几乎每次装货都要测量臂距差，必要时须重新调整配载。4、爆发压力的影响　爆发压力将使臂距差朝正值方向变化，曲柄销位于上止点时影响最大，而且是周期性变化。5、飞轮的影响　飞轮的质量会使最后一段主轴颈轴线呈拱要形。为此在安装曲轴时要求曲轴尾端朝上翘曲，以抵消安装飞轮后的影响。6、轴系连接误差的影响　主机的曲轴与轴系是通过法兰刚性连接的，二者的中心线应当一致。如果有径向误差和角度误差，对最后一个曲柄的拐挡差影响较大。为了使电子最后一个曲柄的拐挡差不超过“规范”要求，一般要求法兰的径向误差量不超过0.1mm，两法兰的平行度≤0.1mm/m。在实际安装中，上紧法兰螺栓后还应再次测量拐挡差，以确定符合要求。