船舶齿轮箱故障分析及修复工艺

船舶齿轮箱故障分析及修复工艺

刘哺

中船澄西新荣船舶有限公司 江苏靖江 214500

摘要：随着时代与社会的高速发展，推动我国各个领域得以不断进步，而安全稳定的运行又是行业发展进步的重要基础。船舶齿轮箱是连接主机及轴系的关键部件，起到减速、换向、合排、传递扭力等作用。齿轮箱在运行过程中会因润滑不良、外力冲击、零部件异常磨损等原因遭受损坏，且受损后修理难度大、耗时长、花费高。文章以如何修理船舶齿轮箱为课题，深入分析了产生故障的原因，并详细地描述了修理过程和采用的工艺，供同行们借鉴。

关键词：齿轮箱；故障；修复

引言

随着造船技术与远洋运输事业的发展，现代船舶的自动化程度越来越高，工作人员的数量不断减少，船舶机械装置结构日益复杂。齿轮箱是船舶的主要动力部件，齿轮箱的工作状态直接影响船舶的安全，因此其一旦出现故障将导致船舶系统瘫痪，影响船舶的航行任务。如何对船舶齿轮箱故障进行准确诊断成为当前船舶研究领域的一个重大课题。

1齿轮箱介绍

齿轮箱是机械设备的动力传递机构，其主要由齿轮轴承、轴、箱体等组成。它的应用范围非常广泛，几乎在各式机电系统中都可以看到。齿轮箱有加速和减速功能，统称变速功能；有改变传动方向功能，即用两个扇形齿轮可以将力垂直从一根轴传递到另一个转动轴；有改变转动力矩功能，同等功率条件下，速度转得越快的齿轮，轴所受的力矩越小，反之就越大；有离合功能，即可以通过分开两个原本啮合的齿轮，达到把发动机与负载分开的目的；有分配动力功能，如近海供应船主机输出端通过齿轮箱带动PTO、对外消防泵、推进螺旋桨等。船舶齿轮箱与主推进柴油机、螺旋桨轴匹配，与螺旋桨一道，构成船舶主推进系统，是动力传动系统中的重要装置。船用减速齿轮箱可以有效提高传动系统综合性能：一是提高推进效率，可以使螺旋桨更充分地吸收主机功率，增加螺旋桨的推力，达到节能和提高经济效益的效果；二是改善船舶操作性能，装有可逆转齿轮箱，可由齿轮箱换向，齿轮箱换向比主机换向更可靠、更灵活，能更好地保护主机，延长主机寿命。

2机理研究

任故障诊断都离不开机理研究，此种研究方式能将故障从“源头”上剔除，即将隐患从设计阶段上消除，从动力学出发，对其故障表现及原因进行分析可知，导致齿轮箱故障的主要因素是制造误差、搭配不当、超负荷运作等。据相关数据显示，当前我国船舶齿轮箱中的中齿轮与轴承失效比分别为60%、19%，由该数据可知，齿轮与轴承运作故障是导致齿轮箱振动出现故障的主要原因。

3船舶主推进齿轮箱故障的主要分析

3.1气控系统故障

在船舶运行过程中，主推进齿轮箱在长期应用下会发生相应的故障，造成船舶难以正常运行，由于气控系统容易出现失灵的现象。为此，促使齿轮箱的零件出现卡顿的现象。并且，在部分零件中存在表面生锈的情况，该问题是由于在气控系统中存在相应的水汽，造成各零件在潮湿环境下，其表面出现生锈的状况，继而导致船舶无法顺利行驶。此外，在主推进装置中，还会存在噪声、泄漏、变形、螺孔滑扣、齿轮箱接排等故障，促使齿轮箱造成不同程度的破坏，出现问题时由于设备系统在长时间的应用下，会形成较大的损耗。同时，工作人员在船舶操作的过程中，存在不正当的操作，继而均会使船舶主推进齿轮箱产生相应的故障，对船舶形成较大的影响。

3.2润滑不良，滑油中存在磨粒、污垢及异物

润滑油压力低或油道阻塞，轴承与输入轴之间不能形成承压油膜，润滑不良导致轴瓦局部高温，持续运转后轴承合金层脱落，进一步加剧磨损。经检查润滑油泵、各压力调节阀、压力传感器、油道均正常，只是中间出现滤器压差高报警，是因轴瓦合金层脱落后堵塞所致，不是造成事故的主要原因，而是扩大事故损坏的原因。

3.3齿轮箱振动故障

在船舶运行过程中，主推进齿轮箱由于受到强烈的振动，继而产生相应的故障。为此，工作人员需根据实际情况，分析可能出现故障的原因，在设备的详细检查下，对扭振计算进行详细的核对，明确PTO轴系的计算要求。同时，在原因分析过程中，还应当进行相应的测试，以确保原因的分析准确。在齿轮箱的各个端口等设备大约16个观测点，其中可选择4个进行有效测试，通过具体测试可充分掌握振动的频率，在齿轮箱输出端的振动数值相对较大，其频率达到了121dB。针对PTO轴系的振动分析中，其振动频率的范围在150Hz左右，并且在运行过程中，会发生横向振动。通过对齿轮箱进行一系列的测试，可了解PTO轴系的实际模态频率，对船舶主推进齿轮箱的工作造成严重的干扰，不利于船舶的正常运行。

3.4过载

螺旋桨缠绕缆绳、钢丝绳、渔网等杂物，造成齿轮箱突然过载所致。经调查，故障期间螺旋桨部位无异常声音，同时主机各缸排气温度也无异常。后经潜水勘验，螺旋桨及尾轴处清爽，排除外力因素。

4故障诊断方法

各项设备的工作状态是影响船舶整体运行状态的主要因素，因此在故障分析时需对设备工作状态进行识别，并按其规律对这些设备进行分类，换句话说，亦就是在分类过程中完成对机械设备运行状况的识别，常见的诊断方法有模型分析法、逻辑推理法、贝叶斯(Bayes)分类法及信息距离判别法等。以上这些方法均是从检测机械设备的运行状态为切入点，并采用某一正常工况的特征矢量为标准，再将分类结果与之对比，则可完成对机械的故障诊断。

5推进齿轮箱改进方案

（1）滑油泵的选型。油泵齿轮轴与滚柱轴承的滚柱直接接触，且从磨损程度上看，轴比滚柱更易磨损，所以不能靠定期更换轴承来延长油泵的使用时间，必须要轴承及齿轮都同时更换才行。建议选用质地较软的滑动轴承型齿轮泵；（2）备用泵安装位置离齿轮箱的吸入口太远，以致吸入性能差引起排出压力不稳定，需要蓄能器来稳压；建议备用泵靠近齿轮箱油泵吸入滤器安装，并尽量减少弯头和管径突变；（3）密切关注齿轮箱小齿轮轴轴承的温度变化，如有升高的趋势，择机检查小齿轮轴与两轴承的间隙及轴线情况；（4）机带泵改成两台，一台高压低流量用于合排，另一台低压大流量用于润滑，达到降低油泵机械负荷，延长使用寿命。

5齿轮箱箱体修复

由于此次修理从现场勘验到修理方案的选定历时较长，该过程中齿轮箱上下盖一直处于分体状态（齿轮箱下基座未动）。由于箱体在故障中高温存在热应力，在长时间自由状态下，上下箱体平面均有不同程度变形。箱体平面面积较大，且不宜下船修理，采用受热部位敲击释放应力、轻型高精度铝镁合金平尺着色找平、局部氩弧冷焊机焊补和砂轮机打磨的修复工艺。

结语

为了改善船舶齿轮箱故障诊断效果，采用小波分析提取船舶齿轮箱故障诊断特征向量，以描述船舶齿轮箱故障诊断类型，然后采用神经网络建立船舶齿轮箱故障诊断器，并将神经网络应用于船舶齿轮箱失效的预报中。通过测试实验验证方法，是一种有效的船舶齿轮箱故障诊断方法，同时可以获得高精度的船舶齿轮箱预报结果，具有广泛的实际应用价值。

参考文献

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