船舶柴油机连杆故障分析

张亮亮　刘卫勇

摘 要：连杆作为船舶柴油机的主要传力机构，主在机械动作运行过程中，收到往复运动产生的惯性力及自身汽缸压力的多重因素制约，导致连杆在船舶柴油机中经常受到冲击载荷及疲劳载荷的影响，很容易在运转过程中容易产生可靠性差、疲劳断裂的现状，从而造成了较为严重的后果。鉴于此，笔者为了保障柴油机正常运转，以船舶柴油机中的连杆为具体研究对象，对其故障产生的现状进行分析，提出造成船舶柴油机故障的多重因素，从而提出相应的对策，这在很大程度上有利于保障船舶柴油机连杆的稳定性，增强对于螺栓的保障效应，使得性能柴油机的性能发挥到最佳程度。

关键词：船舶柴油机；连杆；断裂；原因

中图分类号：U672 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）13-0047-02

船舶柴油机作为船舶装置的动力系统，在机械组件中扮演着重要的角色。连杆作为传力机构，主要将船舶柴油机活塞内的往复运动模式通过传力机构传递至曲轴层面，从而对外部进行做功。连杆在机械动作运行过程中，收到往复运动产生的惯性力及自身汽缸压力的多重因素制约，导致连杆在船舶柴油机中经常受到冲击载荷及疲劳载荷的影响，很容易在运转过程中容易产生可靠性差、疲劳断裂的现状，从而造成了较为严重的后果。笔者基于调研分析发现目前连杆断裂是船舶柴油机故障产生的重要影响因素，因此为了保障柴油机正常运转，本文以船舶柴油机中的连杆为具体研究对象，对其故障产生的现状进行分析，从而提出相应的对策，这在很大程度上有利于保障船舶柴油机连杆的稳定性，增强对于螺栓的保障效应，使得性能柴油机的性能发挥到最佳程度。

1 船舶柴油机连杆故障的现象分析

笔者结合自身的经历对船舶柴油机的连杆故障进行系统分析。具体船舶柴油机的型号为HYUNDAI-MANB&W6S70MC;，转速为每分钟700转，结合本人对该柴油机的实习经历发现，该柴油机在大约连续运行500小时后连桿在大端位置出产生疲劳断裂，内部曲轴箱连续发出异常声音运转，在整体过程中出现明显的金属撞击声音，并且这一声音循序渐进，呈现逐步增强的发展趋势。同时增压器经过运转后产生超速运行的状况，当时轮机操作员立即对机器进行断电处理，启动备用的发电装置，机舱机械维修人员对船舶柴油机进行故障检查，发现整个气缸套已经破碎，连杆的连接部位产生不规则的裂缝，碎片在内部呈现散状分布，断裂部分的连杆与船舶柴油机整机及曲轴进行相互装置，最终导致整套连杆机构产生功能性故障。

2 船舶柴油机连杆故障的成因探讨

笔者结合自身经验，发现船舶柴油机出现的连杆故障并非偶然性，而是在周期性规律中的一回而已。造成本次船舶柴油机连杆产生的故障原因主要是源于连杆自身断裂在缸体的转动下产生撞击从而导致产生缸体故障，失去了设计的原本功能。结合设备负责的轮机人员反馈，该船舶柴油机严格按照产品的设计说明书进行运转及维护，对现场发生故障的设备进行分析发现，船舶柴油机内部润滑油充足，各个部件之间无摩擦产生故障的痕迹，各个部件的润滑特性良好，油底位置没有产生铜末现象；角接触球轴承无咬死及明显的窜动现象；增压器运行正常；船舶柴油机活塞与缸体的表面十分光洁等，通过对上述影响船舶柴油机运转的因素分析，发现造成故障的原因可以排除润滑不足及油水质量问题[1]。

基于对船舶柴油机的连杆进行分析，发现断裂的连杆外形口处符合疲劳断裂的形式。断裂的位置主要呈现出放射状的分布形式，并且逐步朝向内部进行延伸，最终导致连杆部位发生断裂，引发了船舶柴油机的运行故障。为了对船舶柴油机的连杆故障进行深入分析，给出了研究的连杆结构，具体如图1所示。

笔者经过对连杆机构进行系统分析，发现造成连杆出现故障的原因主要呈现在五个层面[2]。

2.1 载荷受力不均匀

连杆连接处的螺栓承受载荷不均匀所致。力矩过大在很多程度上导致连杆的运转超过了自身材料所具有的屈服极限强度，导致产生弯曲变形现象，在载荷的有效冲击模式下，发生了断裂状况。如果连杆连接处螺栓的预紧力不足，则容易导致船舶柴油机在整体运转过程中，容易导致在连接面处产生连接缝隙的现象，螺栓受到船舶产生的冲击力影响导致产生断裂状况。

2.2 维护保养方式缺乏科学性

基于调研发现在使用过程中维修保养的方式不科学也是导致问题出现的主要根源。在对船舶柴油机进行日常维护时，缺乏对于螺栓的检验，由于船舶柴油机经常受到冲击载荷的影响，因此在进行维护时必须擦用扭力扳手对螺栓的受力进行分析，但是目前的工作过程中，工作人员对连接螺栓地方的预紧力缺乏研究，从而使得稳定性缺乏缺乏理论支撑，产生一系列的失效反应。

2.3 工艺处理不合理

针对于柴油机连杆而言，其工艺不合理主要体现在装配及热处理等两个层面。连杆在进行运转的过程中，由于作为主要的传力部件，需要对其材料及热处理的特性严格按照设计人员的要求进行，但是根据笔者的调研发现，船舶柴油机在连杆在进行现场时，缺乏专业设备对材料的特性及热处理的功效进行检验，同时装配时缺乏装配作业指导书的指引，导致连杆在运行过程中出现问题。如船舶柴油机内部的活塞销整体运行质量较差，在连接处容易差生裂纹，同时由于加工公差的超差导致活塞销经常产生轴向窜动的现象，最终导致连杆发生断裂。

2.4 现场装配不合理

连杆组件现场安装错误。安装过程中连杆螺栓与大端无法进行紧固处理，导致在具体装配过程中产生连杆面连接松动的现象发生，进而发生柴油机在具体运行过程中由于连杆盖的松动导致连接螺栓位置发生断裂现象。此外，在具体装配过程中，由于连杆螺栓在安装过程中存在裂口及划伤的现象，导致螺母与螺栓无法进行预紧，造成连杆螺栓的直接失效。

2.5 “烧死”现象

活塞在缸体内部运行中产生“烧死”现象。船舶柴油机在整个运转过程中，由于活塞在气缸内部出现故障容易产生“飞车”现象，导致连杆螺栓经常出现运转过大出现断裂的状况。

3 预防船舶柴油机连杆故障的对策建议

笔者基于自身的工作经历，通过系统分析发现船舶柴油机在运行期间出现的连杆故障是多因素作用的结果。经过分析发现产生故障的因素主要与螺栓受载不均匀、活塞“烧死”、维护不合理及安装不正确等所致，鉴于此，为了在后续对船舶柴油机的连杆故障进行消除，笔者从下述几个层面提出预防性的措施，从而保障船舶柴油机的正常运转，提升工作效率，降低运维成本[3-5]。

3.1 提升冲击载荷

螺栓是船舶柴油机连杆机构的主要连接部件，承载着冲击载荷。在时间的运转过程中，只有增强螺栓的连接紧固性，建立装配常态化监控的严格作业制度，在进行柴油机紧固件整体装配之前，尽可能排除存在的安全隐患。采用对螺栓进行可靠性及功能性实验，确保运行过程中的稳定。在船舶柴油机进行日常维护时，应采用橡皮锤来敲打螺栓，根据发生的声音来判断螺栓是否产生疲劳运转的缺陷，尤其是针对螺栓顶部与螺纹的连接位置处，如果产生细微的声音变化则很容易导致产生故障，因此对于螺栓的质量严格把控是确保可实现配套生产的第一步。

3.2 科学合理设计

螺栓头部、螺母及轴承等的接触要确保符合设计要求。轴承空的加工应按照现代量具来进行位置及行为公差的测定，同时对于加工毛刺等也应进行检查，安装轴承完毕后，采用专用工装来检测轴向的窜动量；螺栓孔及螺栓的配合间隙应按照设计指标进行控制，不能进行过紧的“传统思维”操作，定位销要进行调整，否则会产生直接磨损的现象，连接杆按照拆卸的顺序进行操作，确保各个组建应按照制定的顺序确保，确保轴承表面及垫片应保持清洁，接触面实现紧密贴合。

3.3 螺栓放松处理

采取螺栓防松措施，正确的固紧与锁紧是避免发生断裂的有效措施。拧紧后的螺栓要有防松措施，科学的防松措施是依赖螺纹的自锁能力，因此在高速柴油机上采用细牙螺纹，减小导程角，使导程角远小于摩擦角，对螺纹部分镀铜，以增加螺纹间的贴合度及摩擦系数，提高防松效果。目前在一些新产品中不采取任何防松措施，而是靠提高细牙螺纹的精度，确保预紧力来达到防松目的。实践表明，正确的固紧与锁紧是避免发生断裂的有效措施。在高速柴油机上采用细牙螺纹，减小导程角，使导程角远小于摩擦角，对螺纹部分镀铜，以增加螺纹间的贴合度及摩擦系数，提高防松效果.目前在一些新产品中不采取任何防松措施，而是靠提高细牙螺纹的精度，确保预紧力来达到防松目的。

3.4 严格执行说明需求

众多案例证实，柴油机在运转过程中发生重大安全事故，其中螺栓在运转过程中的断裂至造成的主要原因，究其根源发现是装配上对于螺栓上的失误导致。螺栓作为紧固件，机械设计上已经给出了明确的安装要求及具体的安装方法，针对重要部位的螺栓应采用扭力扳手，按照标定的数值进行安装。在进行螺栓安装时，必须严格按照图示的安装顺序进行安装，保障在拆卸及安装过程中不得出现二次安装、螺丝、错位安装等现象；垫片在进行安装时保证安装面的正確性；按照设计型号来进行安装，不得采用违背于设计长度的安装方式；螺栓要严格采用正规厂商提供的，基于国标的货物。除此之外，针对于多冲程的柴油机而言，要确保整体使用寿命控制在相应的时间寿命范畴之内，超出则需要进行更新。

4 结语

笔者通过对型号为HYUNDAI-MANB&W6S70MC;的船舶柴油机的连杆故障事故进行综合分析发现，认为导致连杆产生直接断裂的原因主要是由于螺纹预紧力不足、维护时缺乏对螺纹预紧力的检查、拉缸或咬缸现象频繁、加工公差不匹配、装配缺乏指导文件等多因素的结果导致连杆在运转过程中产生故障，因此为坚决防止此类事故的频繁发生，在装配过程及操作体系中应严格按照船舶柴油机的运转规范来进行保护，最大程度的保障船舶柴油机的安全有效。

参考文献

[1]钱耀南.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2010.

[2]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]齐发致，刘国栋，李伟杰.气阀断裂故障分析[J].船舶与海洋工程，2014，（1）：50-52.

[4]宿靖波.轮机管理[M].大连：大连海事大学出版社，2013.

[5]徐筱欣.船舶动力装置[M].上海：上海交通大学出版社，2015.