船舶主機連桿大端軸瓦燒熔事故原因分析及處理措施

分析“金榮”船主機連桿大端軸瓦燒熔事故原因 ，指出固定螺栓的斷裂、十字頭銷下瓦位移是造成事故的主要原因，提出處理預防措施。

一、事故經(jīng)過

2005年1月31日，主機機型為6L35MC的“金榮”船從日本門司返航煙臺港，當航行至日本某港口時，輪機值班員發(fā)現(xiàn)主機滑油壓力下降且波動，滑油自動沖洗濾器沖洗頻繁，誤認為是大風浪船舶搖晃所致。

經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)主機No.5/6缸處有異常振動及聲音，立即進行減速處理，聽到主機No.6缸有明顯敲擊聲及干摩擦聲。

輪船拋錨后，立即對主機No.6缸檢查發(fā)現(xiàn)缸下部油底殼內(nèi)有大量合金粉末出現(xiàn)，連桿大端瓦從軸承蓋兩側(cè)碾出，確認主機No.6缸連桿大端軸瓦燒熔。

通過對No.6缸進行吊缸檢修，拆檢清潔檢查，發(fā)現(xiàn)連桿小端船尾側(cè)止推塊及兩只固定螺栓斷裂，與鎖片一并掉落油底殼，連桿大端軸瓦大面積熔損。

曲柄銷表面粘著合金，連桿大端軸承座內(nèi)表面因軸瓦滾動出現(xiàn)拉傷，輪機人員分別對大端上瓦蓋、曲柄銷表面進行了打磨處理，熔損粘貼在軸頸上的白合金用螺絲刀撬敲分離。

止推塊、固定螺栓、鎖緊片連桿大端瓦換新，軸承測溫，No.6缸比其他缸高4～5℃。

起錨試車磨合運行30min ，運行中No.6 缸逐漸出現(xiàn)輕微沉悶敲擊聲，停車檢查，發(fā)現(xiàn)連桿大端瓦再次化瓦。

第2次拆檢時發(fā)現(xiàn)，連桿大端瓦合金層脫落，定位舌變形，軸瓦報廢;No.6曲柄銷軸有合金附著，75%以上接觸面受損，圓度誤差達1mm。

二、事故原因

分析由于止推塊固定螺栓的斷裂，造成止推塊脫落，使十字頭銷下瓦相對連桿小端在運動中產(chǎn)生位移，流經(jīng)十字頭銷通往連桿中心孔的油道受阻，進入大端軸瓦的滑油量減少到油膜無法建立時，軸與瓦之間成為干摩擦，產(chǎn)生軸瓦燒熔。

至于船員自修裝機后再次軸瓦燒熔，系修理后的曲柄銷的表面粗糙度達不到標準所致。下面就事故的原因具體分析。

1、十字頭銷下瓦位移

十字頭銷下瓦安裝在連桿小頭孔徑中的高出量h ，對瓦鋼背能否緊貼于連桿小頭孔徑影響，見圖1。

圖1 軸瓦兩端面的高出

D為連桿小頭孔徑，Р為軸瓦壓緊力， h為高出量，h為軸瓦貼緊壓入量， h為軸瓦壓縮時彈性變形量。

值得指出的是，諸如軸瓦上的凸緣、定位唇、定位釘孔等，僅是軸瓦安裝和固定的輔助裝置，在工作中不起固緊作用。

圖2 十字頭下瓦受力分析

在圖2中，d為軸瓦微小單元，P.為法向力，8為應力， u為摩擦系數(shù)，△p為壓力變化離散值。

由于微小單元呈圓弧形(彎曲)，又有座孔支持，故在力Р的作用下，產(chǎn)生法向力P；若鋼背與孔徑表面摩擦系數(shù)為u ，則Pu為鋼背與孔徑面的摩擦自鎖力。

摩擦自鎖力Pu的大小與P成正比。

P是連桿小頭孔徑在連桿螺栓副(連桿螺釘)鎖緊緊迫上、下片軸瓦產(chǎn)生的。

合理的高出量h則是Р得以保證的重要因素。

當然，摩擦自鎖力P.u的大小，除取決于h外，還與軸承螺栓副(螺釘)適當?shù)呐ぞo力、連桿小頭的剛度、工作載荷的大小、材質(zhì)、幾何精度及工件表面粗糙度有關(guān)。

應該指出的是:

h過小，自鎖力減弱，瓦鋼背與小頭孔徑面不能緊密貼合，軸承在孔徑中出現(xiàn)“位移”是在所難免的。

而h過小是該機型的先天不足(實際后來的機型高出量h都有所增加)，是發(fā)生故障的主要原因。

但h過大，鎖緊后的軸瓦就出現(xiàn)“內(nèi)拱”，即軸瓦兩端位附近處與連桿大頭孔徑不能緊貼，甚而產(chǎn)生微小隙縫。

柴油機工作時，在脈沖載荷和旋轉(zhuǎn)力作用下，連桿小頭孔徑和軸承都將發(fā)生彎曲彈性變形。

這樣，在軸瓦鋼背與孔徑面的貼合處就產(chǎn)生切向力P。

為使鋼背與孔徑面間不因P而發(fā)生周向滑移，必須使瓦背與孔徑間的摩擦力大于滑移切向力，即P.u > P。

否則，將出現(xiàn)前述的燒瓦甚至抱軸事故。

2、固定螺栓斷裂

從現(xiàn)場觀察的螺栓斷面判斷，固定螺栓的材質(zhì)本身存在缺陷，材料硬、脆且長度不夠，斷面齊整無扭轉(zhuǎn)變形，其中1只已斷了很長時間，斷面已出現(xiàn)拋光跡象，只是斷后被止動片裹住不易及時發(fā)現(xiàn)。

因備件內(nèi)部材質(zhì)存在缺陷，船員在日常維護保養(yǎng)過程中很難發(fā)現(xiàn)，但根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果和整個故障發(fā)生發(fā)展的過程來看，主管人員和故障發(fā)生時的當班人員，負有不可推卸的責任。

根據(jù)?輪的維護保養(yǎng)計劃，主管輪機員平均每月都要對主機曲拐箱內(nèi)部進行檢查，但經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，止推塊固定螺栓所處的位置比較隱蔽，并且有連鎖防松鎖緊裝置，主管輪機員在例行維護檢查中，都忽略了對該螺栓的檢查，因此，在1只固定螺栓已經(jīng)斷裂的情況下，沒有及時發(fā)現(xiàn)，直到螺栓全部斷裂，連桿小端下瓦移位，部分堵塞油路(該機型連桿大端的潤滑是從十字頭到連桿大端) ，導致了連桿大端軸瓦燒熔事故。

三、處理、預防措施

針對出現(xiàn)的問題，提出采取了具體的處理措施。

1)對曲軸進行了修理，用專用設備將曲軸軸徑從360 mm加工到356.13 mm后 ，進行硬度測試、裂紋探傷、軸頸磨光、測量并出具報告，同時向配套廠訂購加厚軸瓦裝機。

2)連桿送廠加工處理，軸承座上端面車掉1 mm，重新鏜孔。

No.6缸十字頭、十字頭導板﹑活塞頭、活塞桿，No.6/7主軸承在工程師的指導下進行了拆檢測量、記錄。

3)主機滑油循環(huán)柜進行清理，滑油系統(tǒng)各濾器清潔，滑油連續(xù)分濾。

4)更換“金榮”等船舶的止推塊固定螺栓，用標號8.8的EN61V1640螺栓代替標號10.9的EN61V1635螺栓，也對相關(guān)設備進行了徹底檢查。

5)進一步強調(diào)船員值班的責任心，確保對設備的連續(xù)監(jiān)控。

四、結(jié)束語

針對“金榮”船主機No.6缸連桿大端軸瓦燒熔事故的實際考察與分析，認為該缸十字頭瓦安裝在連桿小頭孔徑中的高出量h過小;止推塊固定螺栓斷裂，止推塊脫落是連桿大端化瓦的直接原因，而造成事故擴大的原因則是管理人員的業(yè)務水平和責任心。

值班人員發(fā)現(xiàn)主機滑油壓力降低后，未及時報告，也沒有更進一步追究壓力降低的原因，只是單純的采用調(diào)旁通閥來維持，特別是當滑油自清濾器的異常頻繁沖洗這樣比較明顯的故障已經(jīng)發(fā)生的征兆都被他們忽略，錯誤地判斷為大風浪船舶搖晃所致。

其實，當滑油自動沖洗濾器出現(xiàn)頻繁沖洗時，主機曲柄銷軸瓦的表面合金已經(jīng)被破壞脫落，并且隨流動的滑油流經(jīng)并堵塞自動沖洗濾器，造成濾器內(nèi)外壓差過大，引起過度頻繁沖洗。

如果上述故障現(xiàn)象能引起當值人員的重視，查找出其出現(xiàn)的真正原因，及時采取必要的施救措施，就不會發(fā)生如此嚴重的機損事故。

（本文原創(chuàng)作者系：青島遠洋船員學院    宮子武、王瑞宣）

（來源：航運精英圈）