導(dǎo)讀

某型號柴油發(fā)電機組所使用的氣馬達在船廠交驗過程中,發(fā)現(xiàn)多臺柴油機氣馬達啟動失敗且小齒輪不能自動退回，必須人工將小齒輪退回，直接影響了柴油機的下一次啟動。

而這一故障在柴油機的交驗過程中是絕對不允許發(fā)生的。

本文通過討論分析、對比試驗找出了故障原因，并成功解決了該啟動故障。

一、故障分析

故障發(fā)生后,我們組織專門技術(shù)人員，充分討論分析了可能造成柴油機啟動故障的因素,并通過試驗逐一排除。

先后在一臺柴油機上進行了1118次啟動試驗,通過試驗對比分析,找出了柴油機啟動故障的原因。

1、氣馬達嚙合原理

分析故障原因之前,我們先就該型號氣馬達小齒輪從靜止到嚙合這一動作加以分析。

氣馬達在未接通電磁閥或按動手動閥時,主進氣管的空氣分成兩支:

第一支通向電磁閥或手動閥,第二支通向安全鎖裝置(如圖1所示)。

當(dāng)接通電磁閥或手動閥時，壓縮空氣通過開關(guān)流向安全鎖裝置,推動3號活塞,克服了4號彈簀和5號閥門的阻力,開啟后蓋內(nèi)部的空氣通道。

通過該通道的空氣分成兩支,一支流向6號推進裝置,另一支流向7號閥門和轉(zhuǎn)軸。

6號推進裝置推動帶螺旋鍵的軸逆時針(從飛輪端看,以下所提旋向同此)向前移動，同時通過7號閥門流向轉(zhuǎn)軸的壓縮空氣驅(qū)動轉(zhuǎn)軸并帶動帶螺旋鍵的軸順時針旋轉(zhuǎn)。

6號推進裝置和7號閥門的組合作用使得小齒輪和柴油機飛輪齒圈能夠順利嚙合。

根據(jù)氣馬達嚙合原理,在馬達預(yù)嚙合過程中,小齒輪向前推進時若正好與兩齒輪的端面接觸,氣馬達對小齒輪旋轉(zhuǎn)不足以克服兩齒輪端面的摩擦力進入嚙合時，就關(guān)閉啟動電磁閥,小齒輪應(yīng)能靠8號彈簧的彈力回到起始位置(如圖2所示)。

2、排查故障

結(jié)合氣馬達嚙合原理，我們從以下幾方面分析故障原因。

（1）飛輪齒圈倒角的影響

該型號柴油機飛輪齒圈的外國原文圖紙中齒圈沒有倒角,但是為了適應(yīng)氣馬達對飛輪齒圈的嚙合要求，我們在飛輪齒圈端面的非工作面進行倒角，倒角形式符合標(biāo)準(zhǔn)JB 4187《汽車發(fā)動機飛輪齒圈技術(shù)條件》的要求。

為驗證飛輪齒圈倒角是否影響小齒輪嚙合,我們分別在齒圈倒角和不倒角兩種狀態(tài)下，對返廠的故障馬達(編號1165/2010)進行了38次(倒角狀態(tài))和97次(不倒角狀態(tài))啟動試驗，發(fā)現(xiàn)齒圈不倒角時氣馬達出現(xiàn)了同樣的故障。

因此可以排除柴油機齒圈倒角對氣馬達啟動的影響。

（2）氣馬達8號彈簧的影響

根據(jù)氣馬達的啟動原理,若氣馬達在預(yù)嚙合階段停止時，小齒輪應(yīng)在8號彈簧彈力的作用下回到起始位置，以便下一次啟動。

為此我們用試驗的方法分析此次故障是否是8號彈簧彈力不夠造成的。

試驗如下:

從倉庫領(lǐng)取了該型號氣馬達(編號:0140/2004)，并分別在倒過角的飛輪齒圈啟動74次,不倒角的齒圈啟動64次，結(jié)果表明兩種狀態(tài)下均有頂齒現(xiàn)象但小齒輪都能自動退回，并且下次啟動時能順利啟動。

將此馬達的彈簧換到編號為1165/2010返廠馬達上，在齒圈倒角的狀態(tài)下進行了86次啟動試驗,原有故障依然存在。

我們又用原裝在1165/2010馬達上的彈簧裝到編號為0140/2004的馬達上進行了55次啟動試驗,均能夠成功啟動。

試驗結(jié)果表明:8號彈簧不是造成啟動故障的原因;兩批次氣馬達(編號0140/2004與編號1165/2010)性能存在差異。

（3）兩批次馬達性能對比

之后，我們在正常裝機狀態(tài)下，即飛輪齒圈倒角狀態(tài)下又分別進行了編號1165/2010與編號0140/2004氣馬達的啟動試驗，返廠的1165/2010氣馬達出現(xiàn)了頂齒不回的現(xiàn)象,0140/2004氣馬達也出現(xiàn)了頂齒但能自動回位。

通過以上試驗，我們認(rèn)定兩批次氣馬達的性能不同。

（4）兩批次馬達結(jié)構(gòu)對比

我們對上述兩批次氣馬達進行了拆解，發(fā)現(xiàn)兩批次馬達的內(nèi)部結(jié)構(gòu)明顯不一樣(照片如圖3),其控制氣路和主氣路均發(fā)生了改變。

2010年改進的氣馬達(編號: 1165/2010)進氣孔徑縮小，這使得進氣壓力增加，從而使馬達小齒輪與齒圈嚙合時的沖擊力也相應(yīng)增大，容易造成卡齒，不利于馬達小齒輪退回。

（5）飛輪齒圈硬度的影響

該型號柴油機飛輪齒圈材料:

45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度22~30HRC;而該型號氣馬達小齒輪材料:F-1550(UNE- 36009),硬度:CEM0.5(標(biāo)準(zhǔn))，熱處理后硬度為59HRC。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，飛輪齒圈的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該型號氣馬達小齒輪的硬度,如果氣馬達小齒輪與齒圈嚙合時的沖擊力過大，易使氣馬達小齒輪嵌入飛輪齒圈，造成小齒輪卡齒不能自動退回。

3、故障原因

從以上的對比試驗及分析中,我們認(rèn)為該型號氣馬達存在以下問題:

1)該型號氣馬達在2008年設(shè)計改進以后,不適合柴油機飛輪齒圈硬度在26~31HRC的軟齒圈嚙合(如故障柴油機齒圈);

2)該型氣馬達小齒輪的推進裝置存在瑕疵。

也就是在配合軟齒圈時，小齒輪在嚙合前的推進力過大，導(dǎo)致嚙合時與齒圈撞擊力過大,并且小齒輪經(jīng)過倒角后易形成尖角接觸，在大撞擊力的作用下使尖角嵌入齒圈表面，從而造成氣馬達卡齒,無法在啟動失敗后使小齒輪自動退回。

二、結(jié)構(gòu)改進

針對故障原因，我們對該型氣馬達的推進裝置及小齒輪結(jié)構(gòu)進行了改進設(shè)計，具體改進如下:

1. 改進小齒輪的推進裝置，使小齒輪在嚙合之前的推進力變得更加柔和，而一旦進入嚙合階段，則又恢復(fù)到原設(shè)計的大推力推進小齒輪，促進嚙合;

2.將氣馬達的小齒輪改為不倒角狀態(tài)，以增加與齒圈的接觸面積，減小齒輪倒角嵌人齒圈的幾率。

三、效果驗證

我們用改進后的氣馬達配不倒角的齒圈和倒過角的齒圈分別進行了兩輪啟動試驗，來研究新結(jié)構(gòu)氣馬達的啟動性能。

試驗情況如表1。

1. 用改進后的1176/2010號氣馬達在飛輪齒圈未倒角的情況下進行了108次啟動試驗，均啟動成功，沒有出現(xiàn)頂齒或卡齒不回的故障;

2. 將未倒角齒圈更換為倒角齒圈進行了150次啟動試驗，均啟動成功，也沒有出現(xiàn)頂齒或卡齒不回的故障。

四、結(jié)論 

因此，綜合上述兩輪試驗，我們認(rèn)為：

改進小齒輪的推進裝置，并將氣馬達的小齒輪由倒角改為不倒角，能有效解決軟齒圈 柴油機啟動失敗且小齒輪不能自動退回的故障。 

隨后我們對問題柴油機所使用的氣馬達全部更換為結(jié)構(gòu)改進后的氣馬達，至今未收到用戶的不良反應(yīng)。