主机凸轮轴正时偏移故障分析及处理

华洋海事中心有限公司 轮机长 王宏立

0 引言

船舶二冲程主柴油机，是为船舶提供动力，保障船舶航行安全的关键设备。其通过转速变化，带动螺旋桨，调整船舶航速。船舶轮机部的主要工作任务，就是通过对柴油机的运行参数监控、部件的维护保养，及时消除安全隐患，来保持主机处于稳定的工作状态，持续提供动力输出，保障船舶航行安全。本文以主柴油机的突发定时故障的分析和处理，为类似机械故障的处理提供借鉴作用，提高应急处理能力。

1 柴油机正时

大型船舶主柴油机是靠压缩发火的二冲程柴油机，曲轴每转一圈，完成一个完整燃油燃烧做功的过程。它的稳定运转，依靠其燃油喷射系统、排气阀驱动机构等持续、协调运转来保障。活塞上行封闭进气口，排气阀关闭，形成一个密闭的燃烧空间，该空间压缩到一定程度后，燃油喷射至气缸内，雾化，与缸内压缩空气混合，压力引燃混合气体，气体膨胀，推动活塞下行，通过十字头和曲柄连杆机构，推动曲轴运转。排气阀开启关闭和燃油喷射进入气缸的时间点，都对应一个相对固定的曲轴角度，就是所说的气阀正时和喷油正时。曲轴输出端齿轮通过链条带动凸轮轴端部齿轮回转，凸轮轴上面的凸轮分别驱动高压油泵和排气阀，这就形成了按照曲轴角度，规律性的开关气阀和喷油动作，实现柴油机稳定运转。一旦出现正时偏移，气阀启闭和喷油时机即进入混乱状态，轻微时会致使柴油机工况变差，油耗高、排烟温度高，噪音和震动加剧，严重时，将导致柴油机无法运转，船舶失去动力，威胁船舶和人员安全。

2 某轮主柴油机正时故障描述

某轮，主机凸轮轴正时故障，时任该船轮机长。

该船定速航行在公海上，机舱突然出现了两声敲击声，然后主机降速并停车。集控室监控报警显示故障停车，无其它报警提示，经主机盘车，运动部件未发现异常，确认各系统参数正常，尝试启动主机失败；启动时，压缩空气能够驱动主机轻微转动，但达不到发火转速，由于油、水、气各系统参数均正常，且为定速航行状态下，突发故障，为此怀疑气阀正时出了问题。所以打开凸轮轴箱盖板，进行检查，发现各缸凸轮及滚轮外观正常，3缸燃油滚轮没有落座在凸轮上面，显然、这个高压油泵的柱塞卡死在上位。故障声响也应该来源也是于此，高压油泵柱塞卡阻在下止点，凸轮顶到高压油泵柱塞，强制推动柱塞上移，巨力作用下，柱塞移动到上止点，同时阻力通过高压油泵柱塞滚轮，作用到凸轮上，凸轮轴尾端齿轮通过链条与曲轴链接，形成一个对应的正时角度，该凸轮轴尾端齿轮是红套在凸轮轴上面的，在凸轮受到冲击后，冲击力传导到齿轮，齿轮受链条约束无法实现同步，至此，红套位置产生滑移，即齿轮和曲轴相对转动了一个角度，燃油正时和气阀正时均跑偏滞后。为了验证这个判断，主机专用工具箱里面找到一个凸轮轴和曲轴专用尺规，主机盘车至上止点，将曲轴尺规放在基准点上校验，检查1#曲轴上止点位置正确，但是，凸轮轴尺规检查发现基准点无法对应，反向盘车至凸轮轴基准点对其，发现凸轮轴正时滞后26°，主机气阀正时、供油正时，彻底混乱；排气阀无法适时关闭，压缩空气进入气缸，无法形成有效压力，推动活塞，达到发火转速，当然，燃油也无法适时喷入气缸，导致主机无法正常启动，故障原因确定。

3 故障处理

因船舶漂航在公海，距离陆地较远，拖航费用巨大，且恶劣天气即将来临，考虑船舶海上漂航安全性以及营运的紧迫性，公司要求船员自救，自行修复。大型柴油机的凸轮轴正时问题、链条箱链条调整的工作，是船员日常维护保养接触不到的，基本上都是岸基派专业队伍来做，船员也就是检查检查链条张力，链条轮滑情况，基本都没有正时调整相关经验，做难度比较大，只能尝试去做了。在查阅了说明书和得到了岸基指导后，制定抢修方案，恢复正时。

测量主机传动链条长度，无异常；

检查曲轴主齿轮、凸轮轴齿轮，轮齿无异常；

盘车至凸轮轴1缸上止点对应位，通过凸轮轴尺规准确定位凸轮轴位置，进入主机输出端链条箱，松开链条张力调整器，利用专用工具解开链条，主机反向盘车至1缸上止点位，连接链条，调整至合适张力；盘车一周，用尺规校验凸轮轴正时，无偏差。至此，主机气阀正时和供油正时完全与曲轴角度对应。在凸轮轴端部，红套的齿轮和凸轮轴做好永久标记，便于后续检查。更换卡死的高压油泵柱塞偶件后，启动主机，恢复正常。运行一段时间后，进入链条箱，检查凸轮轴传动齿轮标记，未出现滑移现象。

此次抢修不仅保障了船舶和船员安全，还为公司节省了大量的救助、修理费用，同时保障了船期；

4 故障分析总结

柴油机正时偏差，将直接导致柴油机工况下降，油耗升高；严重时，机器无法运转，影响船舶安全。产生柴油机正时偏差的可能原因：

1）链条箱传动链条异常磨损、拉长，导致凸轮轴正时滞后；

2）主动齿轮和从动齿轮轮齿异常过度磨损；

3）主动齿轮和曲轴，从动齿轮和凸轮轴之间产生红套滑移；

4）凸轮和凸轮轴之间产生滑移；

5）凸轮凸起部分异常磨损，对排气阀和/或高压油泵顶升高度不足，造成正时滞后，气阀开启时间变短&开度不足，喷油时间变短；

6）传动链条过松，导致倒车时正时滞后；

鉴于此，日常管理中应该注意：

1）燃油系统的柱塞偶件、喷油嘴偶件，要根据说明书规定进行保养，避免长时间运转，积碳，导致卡阻；可依据燃油品质/备件品质，适当缩短检修期；船舶轻重油转换时，控制好油温，避免因两种油的温差过大，热胀冷缩引起偶件卡滞；注重燃油的清洁、净化；避免凸轮轴遭遇本文描述情况，异常受力，导致齿轮红套滑移；

2）定期进行链条箱检查，检查链条张力、齿轮有无异常磨损，链条有无拉长现象；

3）定期检查链条滑油喷管、凸轮轴轴承和凸轮润滑油管的喷油状态，检查润滑是否充足；

4）定期检查凸轮表面是否光滑、滚轮是否灵活转动；

5）日常监控主机排气温度、负荷、启动性能等，及时发现异常现象，及时处理。