某船主机齿轮箱高温故障的分析与排除

赵利家 ， 冯铁楼

(1.大连辽南船厂, 辽宁 大连 116041； 2.大连地区装备修理监修室, 辽宁 大连 116041)

某船主机齿轮箱高温故障的分析与排除

赵利家1， 冯铁楼2

(1.大连辽南船厂, 辽宁 大连 116041； 2.大连地区装备修理监修室, 辽宁 大连 116041)

阐述了某船主机齿轮箱出现滑油温度高故障的原因及排除方法，尤其是查找出冷却器原始设计冷却面积不足的隐性故障，为此型齿轮箱修理人员及船舶建造设计人员在日常工作中提供参考。

齿轮箱 摩擦片离合器 高温 冷却器 冷却面积

1 前言

某船安装主柴油机两台，减速齿轮箱两台，呈左右舷布置。柴油机型号为12PA6V-280，额定转速1 000 r/min。齿轮箱型号为GWH6066，传动比为3.5833∶1。该船自建造出厂后，就出现齿轮箱滑油温度高现象，并在较长一段时间内，左机齿轮箱一直处于温度偏高状态，直接影响运行及设备使用安全。此次，该船处于中修阶段，我们对齿轮箱进行彻底拆检排查，经分析研究查找出摩擦片安装顺序错误、冷却器冷却面积不足、摩擦片轴向间隙小及滑动轴承间隙小等设计缺陷并给予排除。凭借同类型齿轮箱的修理经验，我们对齿轮箱进行了局部改进性维修，解决了齿轮箱温度高的问题。经过此次修理，积累了很多经验，在此进行总结，从而为修理该类型齿轮箱技术人员提供参考。

2 故障现象

该型齿轮箱接排转速为450 r/min，在低转速情况下，齿轮箱润滑油压力、工作压力、滑油温度、推力轴承温度、支点轴承温度及摩擦片离合器箱体处温度均处于正常状态。比较左右两台齿轮箱相同转速下的各个参数，在负荷450 r/min、680 r/min、820 r/min工况时，左右齿轮箱工作各参数基本一致，在转速加至920 r/min时，左、右齿轮箱温度出现差异。具体数值如表1所示。

表1 预试时实测齿轮箱数据(左/右)

由表1可以看出，在高转速时左齿轮箱的总体温度要比右齿轮箱高十几度。此外，在正车工况960 r/min时，用点温计对齿轮箱输入端箱体温度进行检测发现，左齿轮箱离合器处箱体温度为80℃，而右齿轮箱离合器处箱体温度为62℃。

3 原因分析

首先我们先了解一下GWH6066型正倒车离合减速齿轮箱的结构组成和工作原理。齿轮箱由正、倒车离合器机构和斜齿圆柱齿轮减速齿轮机构组成，输入轴与正车离合器壳体联接，正车离合器壳体与正车空心齿轮轴通过内外摩擦片联接，正车空心齿轮轴上的齿轮与输出轴上的齿轮相啮合；正车离合器壳体上的主动齿轮与倒车离合器壳体上的从动齿轮啮合，倒车离合器壳体通过内外摩擦片与倒车空心齿轮轴联接，倒车空心齿轮轴上的齿轮与输出轴上的齿轮相啮合。齿轮箱输入端两个支点轴承采用滚动轴承，而输出端两个支点轴承采用滑动轴承。

正、倒车离合机构是由外摩擦钢片和粉末冶金内摩擦片组成的湿式摩擦离合器，采用液压操纵，通过齿轮箱上二级压力控制阀进行离合操作。当离合器需合上时，压力油进入油缸中，推动活塞，将内外摩擦片压紧，从而带动输出轴转动；当离合器需脱开时，停止供压力油，作用在活塞上的油压消失，活塞便靠弹簧的弹簧力和离心力恢复到原先位置。这时摩擦片之间不再压紧，处于相对运动状态，从而会产生相对摩擦生热，使油温升高。该齿轮箱设置了冷却器，依靠冷却工作油对运动部件进行冷却。

离合器上还装有速泄阀，在脱开离合器后，该阀使离合器活塞能尽快返回原位。工作油切断后，该阀活塞上的油压消失，弹簧力和离心力迫使其返回到原来的位置，离合器油缸中的油液即可快速排出。

齿轮箱的工作状态有三种，即正车、倒车和空车三种工作状态。

正车：输入轴转动时，带动正车离合器壳体转动，而倒车离合器摩擦片脱开，倒车空心齿轮轴不转动，只有离合器壳体转动。当压力油推动活塞压紧正车离合器摩擦片时，正车空心齿轮轴转动，通过输出齿轮啮合，就能带动输出轴转动，继而带动轴系转动。

倒车：输入轴转动时，正车离合器摩擦片脱开，正车空心齿轮轴不转动，正车离合器壳体转动，通过齿轮啮合使倒车离合器壳体转动。当压力油推动活塞压紧倒车离合器摩擦片时，倒车空心齿轮轴转动，通过输出齿轮啮合，就能带动输出轴反向转动，继而带动轴系反向转动。

空车：正车和倒车离合器都脱排，不传递运动。而齿轮箱的故障带排是指齿轮箱脱排以后输出轴仍然转动，而且长时间不停。刚性故障带排通常是由于装配问题造成，如摩擦片总间隙偏小，活塞不灵活、返回弹簧损坏、摩擦片毛刺未清理干净等，造成摩擦片半接半脱状态。软性故障带排通常由于气动操纵阀泄漏，空车位置有少量工作油进入离合器油缸内，导致摩擦片呈半接半脱状态[1]。

从该型齿轮箱的结构及工作原理来分析，齿轮箱滑油温度高是由下面几个因素累积叠加所反映出来的。一是滑动轴承本身由于异常磨损产生高温；二是倒顺车离合器中摩擦片组件异常摩擦产生高温；三是齿轮箱滑油冷却系统冷却效果变差，导致产生的热量不能被及时带走而使滑油温度急剧升高；四是齿轮箱滑油系统管路及内部油道不畅通导致润滑油量不足造成部件热量传递效果差。

根据上述分析，我们将齿轮箱吊运回车间，全面分解，彻底排查。通过查阅GW型齿轮箱说明书、询问船方以及现场对两台齿轮箱的比较，发现左齿轮箱存在如下六点缺陷：

(1) 齿轮箱离合器外摩擦片缺口位置放置错误；

(2) 齿轮箱离合器摩擦片总间隙小于规定要求；

(3) 齿轮箱内、外摩擦片叠放顺序不符合工作原理；

(4) 齿轮箱输出轴滑动轴承环状油孔有堵塞现象；

(5) 齿轮箱输出轴承与轴间隙小；

(6) 齿轮箱冷却器实际冷却面积小于设计冷却面积。

4 故障排查

4.1 离合器外摩擦片缺口位置放置错误

齿轮箱离合器外摩擦片的外缘为锯齿形，在外圆周上，均匀分布有六个缺口(每个缺口约2个齿距)，在离合器壳体内齿上，亦均匀分布有六个缺口(每个缺口约2个齿距)，根据以往经验判定，该缺口作用为当正车离合器“接排”工作时，倒车离合器“脱排”，倒车离合器内、外摩擦片处于相对运动状态。来自离合器内齿轮轴的润滑油润滑完摩擦片后沿着这六个缺口的油孔将润滑和冷却摩擦片的润滑油排出离合器，带走摩擦片产生的热量。因此在安装时，外摩擦片缺口与离合器壳体内齿缺口应一一对应。而在拆卸时发现，离合器外摩擦片缺口与离合器壳体内齿缺口没有一一对应，仅有两个缺口重合，这样就会导致倒车离合器“脱排”时，摩擦片间的润滑和冷却油不能及时排出，造成摩擦片温度升高，间接导致齿轮箱滑油温度升高。

4.2 齿轮箱离合器摩擦片总轴向间隙小

在拆卸阶段，通过对左齿轮箱离合器摩擦片总轴向间隙进行测量发现，左齿轮箱离合器摩擦片总间隙为4.7 mm，而标准规定摩擦片总轴向间隙，正车离合器为5.5 mm～6.0 mm,倒车离合器为5.5 mm～6.0 mm。左齿轮箱摩擦片实际总间隙比规定间隙小1.3 mm。当需要脱开离合器时，将工作油停掉，活塞不再承受压力，复位弹簧将活塞推回原位，但由于摩擦片轴向间隙小，摩擦片之间存在似接触而非接触状态，内外摩擦片会产生相对摩擦运动，摩擦生热使摩擦片温度升高，热量积聚来不及导出，导致滑油温度升高，齿轮箱温度也升高。

4.3 齿轮箱内、外摩擦片叠放顺序问题

GW系列齿轮箱离合器内外摩擦片以交替顺序安装，由于内外摩擦片数量多，在正车离合器工作时，增大摩擦力，传递更大的扭矩来满足舰船高负荷运行的需求。而在倒车离合器工作时，由于舰船所需负荷低，不需要传递较大的扭矩，这时需要的摩擦力也小，故内外摩擦片组件数量也可减少一些。由于该齿轮箱倒车离合器现在的安装方式，增加了内外摩擦片组件数量。齿轮箱经常处于正车状态，倒车离合器中的内、外摩擦片长期相对摩擦生热，润滑油不能及时把此热量带走，最终导致了滑油温度升高。

4.4 齿轮箱输出轴滑动轴承环状油孔堵塞

在拆卸修理阶段，通过对左右齿轮箱结构的比较，发现右齿轮箱输出轴滑动轴承上、下轴瓦上有细小油孔，上、下轴瓦各五个油孔，在轴承上成环状均匀分布。经分析，这些油孔的作用是将齿轮箱箱体内部的润滑油通过这十个油孔喷溅到齿轮箱推力轴承的推力面上，对推力块进行润滑冷却。右齿轮箱这十个油孔全部通畅，而左齿轮箱这十个油孔被盲堵封堵，起不到对推力块进行润滑冷却的作用。因此，也会导致齿轮箱滑油温度升高。

4.5 齿轮箱输出轴承与轴配合间隙小

通过查阅《船舶柴油机润滑》可知，滑动轴承属于液体动压支承轴承，如果间隙适当，轴颈和轴承之间有一定的偏心度，有利于建立承受负荷的油楔或油膜。如果间隙太大，轴承两端的漏油就会过大，从而会降低油膜承受负荷的压力。如果间隙太小，油楔也会较小，即使其他因素有利于建立油膜，但过小的间隙却会妨碍轴颈在油膜上“浮动”，摩擦面积增大，摩擦功率加大，摩擦产生的热量增多，轴承温度升高。油楔过小，滑油流动性差，散热效果差。通过分解齿轮箱，测量齿轮箱输出轴直径为φ 300 mm，测量滑动轴承与轴配合间隙为0.20 mm，而标准要求轴径在280 mm～320 mm范围内，滑动轴承与轴配合间隙应为0.36 mm～0.44 mm。实际间隙小于标准要求的间隙，因此滑动轴承因摩擦产生的热量增多，润滑油来不及带走热量，迅速积聚使轴承温度升高[2]。

4.6 齿轮箱冷却器实际冷却面积小于设计要求

该齿轮箱配备的冷却器型号为CYLR10，冷却器芯子规格为φ 220 mm×670 mm，铭牌参数规定冷却面积为10 m2，工作压力为0.6 MPa。

通过对齿轮箱冷却器实际冷却面积进行测算可知，该冷却器实际冷却面积只有6 m2～7 m2，远远达不到设计要求的冷却面积，其冷却性能也远达不到设计要求。因此，齿轮箱工作时所产生的热量无法被冷却水及时带走，而这是在冷却器制造时产生的技术缺陷，别看铭牌上标注的冷却面积为10 m2，实际远远不够。这样在齿轮箱初期良好状态时，冷却器还可以勉强满足换热需求，当齿轮箱经过一段时间后，工作状态不佳时，各部位额外产生的摩擦热增加，冷却器就不能及时将热量带走，热量积聚，而使齿轮箱滑油温度升高。更何况左齿轮箱内还存在上述的技术缺陷，就不可避免地使齿轮箱的滑油温度升高，而现有的冷却器没有设计余量，无法及时带走滑油中的热量，就使齿轮箱一直存在滑油温度高甚至超过极限值的故障现象。

5 故障排除

5.1 调整离合器外摩擦片放置方式

调整齿轮箱离合器外摩擦片放置方式，将外摩擦片缺口与离合器壳体内壁缺口一一对应，使离合器在“脱排”工作时，润滑油能够快速从离合器中排出，从而能迅速带走内、外摩擦片相对摩擦时产生的热量。

5.2 调整齿轮箱离合器摩擦片总间隙

测量内外摩擦片厚度，通过调换内摩擦片或磨削外摩擦片，将齿轮箱离合器摩擦片总轴向间隙控制在5.5 mm～6.0 mm之间，使内外摩擦片相互脱开，减少摩擦所产生的热量。

5.3 调整齿轮箱内、外摩擦片叠放顺序

原先齿轮箱倒车离合器外摩擦片叠装方式是在各内摩擦片中夹有两片或一片外摩擦片，经过分析研究及与齿轮箱生产厂家沟通，此方式不利于内外摩擦片有效脱开而导致相互摩擦，通过改变倒车离合器外摩擦片的叠装方式，将每组两个外摩擦片的其中一个拿出均放置在离合器活塞的另一端，使内外摩擦片有效分离，又不改变齿轮箱结构尺寸，从而达到减小摩擦力的目的，降低摩擦片相对运动时产生的热量。

5.4 疏通齿轮箱输出轴滑动轴承环状油孔

打通齿轮箱输出轴滑动轴承环状油孔，使得齿轮箱内部的润滑油能够通过环状油孔对推力瓦块进行润滑冷却，从而减少热量的产生。

5.5 对齿轮箱输出轴承进行刮研

对齿轮箱输出轴瓦进行刮研修整，采用假轴(假轴直径大于真轴直径0.40 mm)看色、真轴验证的方式，轴瓦的接触角为55°～60°，接触面内着色均匀，且25 mm×25 mm不少于3个油点，轴向接触长度应大于总长度的75%，瓦口处尺寸按规定要求刮研，保证形成合适的油楔。保证输出轴承与轴的间隙为0.36 mm～0.44 mm之间，保证输出轴的正常运转。

5.6 增大齿轮箱冷却器冷却面积

换新齿轮箱冷却器，将冷却面积加大到10 m2，使得齿轮箱冷却效果更好，以利于能更好地带走润滑油的热量，降低齿轮箱温度。

6 结束语

此次修理，排除了齿轮箱诸多技术缺陷，彻底解决了该齿轮箱长期存在的滑油温度高疑难问题，尤其是冷却器冷却面积不足的隐性缺陷，是以往修理中易忽略的细节。往往会认为设计制造没有问题，这易把分析思路引向误区，这在今后的装备修理过程中值得借鉴。

[1] 重庆齿轮箱有限责任公司.GW系列船用齿轮箱使用保养说明书[S].

[2] 朱建元.船舶柴油机[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

赵利家(1971-)，男，工程师。

U664

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