趙利家 ， 馮鐵樓

(1.大連遼南船廠, 遼寧 大連 116041； 2.大連地區(qū)裝備修理監(jiān)修室, 遼寧 大連 116041)

某船主機齒輪箱高溫故障的分析與排除

趙利家1， 馮鐵樓2

(1.大連遼南船廠, 遼寧 大連 116041； 2.大連地區(qū)裝備修理監(jiān)修室, 遼寧 大連 116041)

闡述了某船主機齒輪箱出現(xiàn)滑油溫度高故障的原因及排除方法，尤其是查找出冷卻器原始設計冷卻面積不足的隱性故障，為此型齒輪箱修理人員及船舶建造設計人員在日常工作中提供參考。

齒輪箱 摩擦片離合器 高溫 冷卻器 冷卻面積

1 前言

某船安裝主柴油機兩臺，減速齒輪箱兩臺，呈左右舷布置。柴油機型號為12PA6V-280，額定轉速1 000 r/min。齒輪箱型號為GWH6066，傳動比為3.5833∶1。該船自建造出廠后，就出現(xiàn)齒輪箱滑油溫度高現(xiàn)象，并在較長一段時間內，左機齒輪箱一直處于溫度偏高狀態(tài)，直接影響運行及設備使用安全。此次，該船處于中修階段，我們對齒輪箱進行徹底拆檢排查，經(jīng)分析研究查找出摩擦片安裝順序錯誤、冷卻器冷卻面積不足、摩擦片軸向間隙小及滑動軸承間隙小等設計缺陷并給予排除。憑借同類型齒輪箱的修理經(jīng)驗，我們對齒輪箱進行了局部改進性維修，解決了齒輪箱溫度高的問題。經(jīng)過此次修理，積累了很多經(jīng)驗，在此進行總結，從而為修理該類型齒輪箱技術人員提供參考。

2 故障現(xiàn)象

該型齒輪箱接排轉速為450 r/min，在低轉速情況下，齒輪箱潤滑油壓力、工作壓力、滑油溫度、推力軸承溫度、支點軸承溫度及摩擦片離合器箱體處溫度均處于正常狀態(tài)。比較左右兩臺齒輪箱相同轉速下的各個參數(shù)，在負荷450 r/min、680 r/min、820 r/min工況時，左右齒輪箱工作各參數(shù)基本一致，在轉速加至920 r/min時，左、右齒輪箱溫度出現(xiàn)差異。具體數(shù)值如表1所示。

表1 預試時實測齒輪箱數(shù)據(jù)(左/右)

由表1可以看出，在高轉速時左齒輪箱的總體溫度要比右齒輪箱高十幾度。此外，在正車工況960 r/min時，用點溫計對齒輪箱輸入端箱體溫度進行檢測發(fā)現(xiàn)，左齒輪箱離合器處箱體溫度為80℃，而右齒輪箱離合器處箱體溫度為62℃。

3 原因分析

首先我們先了解一下GWH6066型正倒車離合減速齒輪箱的結構組成和工作原理。齒輪箱由正、倒車離合器機構和斜齒圓柱齒輪減速齒輪機構組成，輸入軸與正車離合器殼體聯(lián)接，正車離合器殼體與正車空心齒輪軸通過內外摩擦片聯(lián)接，正車空心齒輪軸上的齒輪與輸出軸上的齒輪相嚙合；正車離合器殼體上的主動齒輪與倒車離合器殼體上的從動齒輪嚙合，倒車離合器殼體通過內外摩擦片與倒車空心齒輪軸聯(lián)接，倒車空心齒輪軸上的齒輪與輸出軸上的齒輪相嚙合。齒輪箱輸入端兩個支點軸承采用滾動軸承，而輸出端兩個支點軸承采用滑動軸承。

正、倒車離合機構是由外摩擦鋼片和粉末冶金內摩擦片組成的濕式摩擦離合器，采用液壓操縱，通過齒輪箱上二級壓力控制閥進行離合操作。當離合器需合上時，壓力油進入油缸中，推動活塞，將內外摩擦片壓緊，從而帶動輸出軸轉動；當離合器需脫開時，停止供壓力油，作用在活塞上的油壓消失，活塞便靠彈簧的彈簧力和離心力恢復到原先位置。這時摩擦片之間不再壓緊，處于相對運動狀態(tài)，從而會產(chǎn)生相對摩擦生熱，使油溫升高。該齒輪箱設置了冷卻器，依靠冷卻工作油對運動部件進行冷卻。

離合器上還裝有速泄閥，在脫開離合器后，該閥使離合器活塞能盡快返回原位。工作油切斷后，該閥活塞上的油壓消失，彈簧力和離心力迫使其返回到原來的位置，離合器油缸中的油液即可快速排出。

齒輪箱的工作狀態(tài)有三種，即正車、倒車和空車三種工作狀態(tài)。

正車：輸入軸轉動時，帶動正車離合器殼體轉動，而倒車離合器摩擦片脫開，倒車空心齒輪軸不轉動，只有離合器殼體轉動。當壓力油推動活塞壓緊正車離合器摩擦片時，正車空心齒輪軸轉動，通過輸出齒輪嚙合，就能帶動輸出軸轉動，繼而帶動軸系轉動。

倒車：輸入軸轉動時，正車離合器摩擦片脫開，正車空心齒輪軸不轉動，正車離合器殼體轉動，通過齒輪嚙合使倒車離合器殼體轉動。當壓力油推動活塞壓緊倒車離合器摩擦片時，倒車空心齒輪軸轉動，通過輸出齒輪嚙合，就能帶動輸出軸反向轉動，繼而帶動軸系反向轉動。

空車：正車和倒車離合器都脫排，不傳遞運動。而齒輪箱的故障帶排是指齒輪箱脫排以后輸出軸仍然轉動，而且長時間不停。剛性故障帶排通常是由于裝配問題造成，如摩擦片總間隙偏小，活塞不靈活、返回彈簧損壞、摩擦片毛刺未清理干凈等，造成摩擦片半接半脫狀態(tài)。軟性故障帶排通常由于氣動操縱閥泄漏，空車位置有少量工作油進入離合器油缸內，導致摩擦片呈半接半脫狀態(tài)[1]。

從該型齒輪箱的結構及工作原理來分析，齒輪箱滑油溫度高是由下面幾個因素累積疊加所反映出來的。一是滑動軸承本身由于異常磨損產(chǎn)生高溫；二是倒順車離合器中摩擦片組件異常摩擦產(chǎn)生高溫；三是齒輪箱滑油冷卻系統(tǒng)冷卻效果變差，導致產(chǎn)生的熱量不能被及時帶走而使滑油溫度急劇升高；四是齒輪箱滑油系統(tǒng)管路及內部油道不暢通導致潤滑油量不足造成部件熱量傳遞效果差。

根據(jù)上述分析，我們將齒輪箱吊運回車間，全面分解，徹底排查。通過查閱GW型齒輪箱說明書、詢問船方以及現(xiàn)場對兩臺齒輪箱的比較，發(fā)現(xiàn)左齒輪箱存在如下六點缺陷：

(1) 齒輪箱離合器外摩擦片缺口位置放置錯誤；

(2) 齒輪箱離合器摩擦片總間隙小于規(guī)定要求；

(3) 齒輪箱內、外摩擦片疊放順序不符合工作原理；

(4) 齒輪箱輸出軸滑動軸承環(huán)狀油孔有堵塞現(xiàn)象；

(5) 齒輪箱輸出軸承與軸間隙??；

(6) 齒輪箱冷卻器實際冷卻面積小于設計冷卻面積。

4 故障排查

4.1 離合器外摩擦片缺口位置放置錯誤

齒輪箱離合器外摩擦片的外緣為鋸齒形，在外圓周上，均勻分布有六個缺口(每個缺口約2個齒距)，在離合器殼體內齒上，亦均勻分布有六個缺口(每個缺口約2個齒距)，根據(jù)以往經(jīng)驗判定，該缺口作用為當正車離合器“接排”工作時，倒車離合器“脫排”，倒車離合器內、外摩擦片處于相對運動狀態(tài)。來自離合器內齒輪軸的潤滑油潤滑完摩擦片后沿著這六個缺口的油孔將潤滑和冷卻摩擦片的潤滑油排出離合器，帶走摩擦片產(chǎn)生的熱量。因此在安裝時，外摩擦片缺口與離合器殼體內齒缺口應一一對應。而在拆卸時發(fā)現(xiàn)，離合器外摩擦片缺口與離合器殼體內齒缺口沒有一一對應，僅有兩個缺口重合，這樣就會導致倒車離合器“脫排”時，摩擦片間的潤滑和冷卻油不能及時排出，造成摩擦片溫度升高，間接導致齒輪箱滑油溫度升高。

4.2 齒輪箱離合器摩擦片總軸向間隙小

在拆卸階段，通過對左齒輪箱離合器摩擦片總軸向間隙進行測量發(fā)現(xiàn)，左齒輪箱離合器摩擦片總間隙為4.7 mm，而標準規(guī)定摩擦片總軸向間隙，正車離合器為5.5 mm～6.0 mm,倒車離合器為5.5 mm～6.0 mm。左齒輪箱摩擦片實際總間隙比規(guī)定間隙小1.3 mm。當需要脫開離合器時，將工作油停掉，活塞不再承受壓力，復位彈簧將活塞推回原位，但由于摩擦片軸向間隙小，摩擦片之間存在似接觸而非接觸狀態(tài)，內外摩擦片會產(chǎn)生相對摩擦運動，摩擦生熱使摩擦片溫度升高，熱量積聚來不及導出，導致滑油溫度升高，齒輪箱溫度也升高。

4.3 齒輪箱內、外摩擦片疊放順序問題

GW系列齒輪箱離合器內外摩擦片以交替順序安裝，由于內外摩擦片數(shù)量多，在正車離合器工作時，增大摩擦力，傳遞更大的扭矩來滿足艦船高負荷運行的需求。而在倒車離合器工作時，由于艦船所需負荷低，不需要傳遞較大的扭矩，這時需要的摩擦力也小，故內外摩擦片組件數(shù)量也可減少一些。由于該齒輪箱倒車離合器現(xiàn)在的安裝方式，增加了內外摩擦片組件數(shù)量。齒輪箱經(jīng)常處于正車狀態(tài)，倒車離合器中的內、外摩擦片長期相對摩擦生熱，潤滑油不能及時把此熱量帶走，最終導致了滑油溫度升高。

4.4 齒輪箱輸出軸滑動軸承環(huán)狀油孔堵塞

在拆卸修理階段，通過對左右齒輪箱結構的比較，發(fā)現(xiàn)右齒輪箱輸出軸滑動軸承上、下軸瓦上有細小油孔，上、下軸瓦各五個油孔，在軸承上成環(huán)狀均勻分布。經(jīng)分析，這些油孔的作用是將齒輪箱箱體內部的潤滑油通過這十個油孔噴濺到齒輪箱推力軸承的推力面上，對推力塊進行潤滑冷卻。右齒輪箱這十個油孔全部通暢，而左齒輪箱這十個油孔被盲堵封堵，起不到對推力塊進行潤滑冷卻的作用。因此，也會導致齒輪箱滑油溫度升高。

4.5 齒輪箱輸出軸承與軸配合間隙小

通過查閱《船舶柴油機潤滑》可知，滑動軸承屬于液體動壓支承軸承，如果間隙適當，軸頸和軸承之間有一定的偏心度，有利于建立承受負荷的油楔或油膜。如果間隙太大，軸承兩端的漏油就會過大，從而會降低油膜承受負荷的壓力。如果間隙太小，油楔也會較小，即使其他因素有利于建立油膜，但過小的間隙卻會妨礙軸頸在油膜上“浮動”，摩擦面積增大，摩擦功率加大，摩擦產(chǎn)生的熱量增多，軸承溫度升高。油楔過小，滑油流動性差，散熱效果差。通過分解齒輪箱，測量齒輪箱輸出軸直徑為φ 300 mm，測量滑動軸承與軸配合間隙為0.20 mm，而標準要求軸徑在280 mm～320 mm范圍內，滑動軸承與軸配合間隙應為0.36 mm～0.44 mm。實際間隙小于標準要求的間隙，因此滑動軸承因摩擦產(chǎn)生的熱量增多，潤滑油來不及帶走熱量，迅速積聚使軸承溫度升高[2]。

4.6 齒輪箱冷卻器實際冷卻面積小于設計要求

該齒輪箱配備的冷卻器型號為CYLR10，冷卻器芯子規(guī)格為φ 220 mm×670 mm，銘牌參數(shù)規(guī)定冷卻面積為10 m2，工作壓力為0.6 MPa。

通過對齒輪箱冷卻器實際冷卻面積進行測算可知，該冷卻器實際冷卻面積只有6 m2～7 m2，遠遠達不到設計要求的冷卻面積，其冷卻性能也遠達不到設計要求。因此，齒輪箱工作時所產(chǎn)生的熱量無法被冷卻水及時帶走，而這是在冷卻器制造時產(chǎn)生的技術缺陷，別看銘牌上標注的冷卻面積為10 m2，實際遠遠不夠。這樣在齒輪箱初期良好狀態(tài)時，冷卻器還可以勉強滿足換熱需求，當齒輪箱經(jīng)過一段時間后，工作狀態(tài)不佳時，各部位額外產(chǎn)生的摩擦熱增加，冷卻器就不能及時將熱量帶走，熱量積聚，而使齒輪箱滑油溫度升高。更何況左齒輪箱內還存在上述的技術缺陷，就不可避免地使齒輪箱的滑油溫度升高，而現(xiàn)有的冷卻器沒有設計余量，無法及時帶走滑油中的熱量，就使齒輪箱一直存在滑油溫度高甚至超過極限值的故障現(xiàn)象。

5 故障排除

5.1 調整離合器外摩擦片放置方式

調整齒輪箱離合器外摩擦片放置方式，將外摩擦片缺口與離合器殼體內壁缺口一一對應，使離合器在“脫排”工作時，潤滑油能夠快速從離合器中排出，從而能迅速帶走內、外摩擦片相對摩擦時產(chǎn)生的熱量。

5.2 調整齒輪箱離合器摩擦片總間隙

測量內外摩擦片厚度，通過調換內摩擦片或磨削外摩擦片，將齒輪箱離合器摩擦片總軸向間隙控制在5.5 mm～6.0 mm之間，使內外摩擦片相互脫開，減少摩擦所產(chǎn)生的熱量。

5.3 調整齒輪箱內、外摩擦片疊放順序

原先齒輪箱倒車離合器外摩擦片疊裝方式是在各內摩擦片中夾有兩片或一片外摩擦片，經(jīng)過分析研究及與齒輪箱生產(chǎn)廠家溝通，此方式不利于內外摩擦片有效脫開而導致相互摩擦，通過改變倒車離合器外摩擦片的疊裝方式，將每組兩個外摩擦片的其中一個拿出均放置在離合器活塞的另一端，使內外摩擦片有效分離，又不改變齒輪箱結構尺寸，從而達到減小摩擦力的目的，降低摩擦片相對運動時產(chǎn)生的熱量。

5.4 疏通齒輪箱輸出軸滑動軸承環(huán)狀油孔

打通齒輪箱輸出軸滑動軸承環(huán)狀油孔，使得齒輪箱內部的潤滑油能夠通過環(huán)狀油孔對推力瓦塊進行潤滑冷卻，從而減少熱量的產(chǎn)生。

5.5 對齒輪箱輸出軸承進行刮研

對齒輪箱輸出軸瓦進行刮研修整，采用假軸(假軸直徑大于真軸直徑0.40 mm)看色、真軸驗證的方式，軸瓦的接觸角為55°～60°，接觸面內著色均勻，且25 mm×25 mm不少于3個油點，軸向接觸長度應大于總長度的75%，瓦口處尺寸按規(guī)定要求刮研，保證形成合適的油楔。保證輸出軸承與軸的間隙為0.36 mm～0.44 mm之間，保證輸出軸的正常運轉。

5.6 增大齒輪箱冷卻器冷卻面積

換新齒輪箱冷卻器，將冷卻面積加大到10 m2，使得齒輪箱冷卻效果更好，以利于能更好地帶走潤滑油的熱量，降低齒輪箱溫度。

6 結束語

此次修理，排除了齒輪箱諸多技術缺陷，徹底解決了該齒輪箱長期存在的滑油溫度高疑難問題，尤其是冷卻器冷卻面積不足的隱性缺陷，是以往修理中易忽略的細節(jié)。往往會認為設計制造沒有問題，這易把分析思路引向誤區(qū)，這在今后的裝備修理過程中值得借鑒。

[1] 重慶齒輪箱有限責任公司.GW系列船用齒輪箱使用保養(yǎng)說明書[S].

[2] 朱建元.船舶柴油機[M].北京：人民交通出版社，1976.

Analysis and Elimination for High Temperature Failure of Gearbox Main Engine of Some Vessel

ZHAO Li-jia1， FENG Tie-lou2

(1.Dalian Liaonan Shipyard, Dalian Liaoning 116041, China； 2.Supervision Office of Equipment Repair, Dalian Liaoning 116041, China)

This paper expounds failure causes and elimination methods for high temperature of lubrication oil which presented in gearbox main engine of some vessel, especially the author find out the hidden failures of insufficient cooling area on the cooler′s original designing. That is very valuable for the persons participating in the repairing gearboxes of this type as well as the designers of shipbuilding.

Gearbox Friction clutch High temperature Cooler Cooling area

趙利家(1971-)，男，工程師。

U664

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