導(dǎo)讀

某型號柴油發(fā)電機(jī)組所使用的氣馬達(dá)在船廠交驗過程中,發(fā)現(xiàn)多臺柴油機(jī)氣馬達(dá)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(jī)的下一次啟動。

而這一故障在柴油機(jī)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(jī)啟動故障的因素,并通過試驗逐一排除。

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

1、氣馬達(dá)嚙合原理

分析故障原因之前,我們先就該型號氣馬達(dá)小齒輪從靜止到嚙合這一動作加以分析。

氣馬達(dá)在未接通電磁閥或按動手動閥時,主進(jìn)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(jìn)裝置,另一支流向7號閥門和轉(zhuǎn)軸。

6號推進(jìn)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(jìn)裝置和7號閥門的組合作用使得小齒輪和柴油機(jī)飛輪齒圈能夠順利嚙合。

根據(jù)氣馬達(dá)嚙合原理,在馬達(dá)預(yù)嚙合過程中,小齒輪向前推進(jìn)時若正好與兩齒輪的端面接觸,氣馬達(dá)對小齒輪旋轉(zhuǎn)不足以克服兩齒輪端面的摩擦力進(jìn)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(dá)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(jī)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(dá)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(jìn)行倒角，倒角形式符合標(biāo)準(zhǔn)JB 4187《汽車發(fā)動機(jī)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(dá)(編號1165/2010)進(jìn)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(dá)出現(xiàn)了同樣的故障。

因此可以排除柴油機(jī)齒圈倒角對氣馬達(dá)啟動的影響。

（2）氣馬達(dá)8號彈簧的影響

根據(jù)氣馬達(dá)的啟動原理,若氣馬達(dá)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(dá)(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(dá)的彈簧換到編號為1165/2010返廠馬達(dá)上，在齒圈倒角的狀態(tài)下進(jìn)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(dá)上的彈簧裝到編號為0140/2004的馬達(dá)上進(jìn)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(dá)(編號0140/2004與編號1165/2010)性能存在差異。

（3）兩批次馬達(dá)性能對比

之后，我們在正常裝機(jī)狀態(tài)下，即飛輪齒圈倒角狀態(tài)下又分別進(jìn)行了編號1165/2010與編號0140/2004氣馬達(dá)的啟動試驗，返廠的1165/2010氣馬達(dá)出現(xiàn)了頂齒不回的現(xiàn)象,0140/2004氣馬達(dá)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(dá)的性能不同。

（4）兩批次馬達(dá)結(jié)構(gòu)對比

我們對上述兩批次氣馬達(dá)進(jìn)行了拆解，發(fā)現(xiàn)兩批次馬達(dá)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(jìn)的氣馬達(dá)(編號: 1165/2010)進(jìn)氣孔徑縮小，這使得進(jìn)氣壓力增加，從而使馬達(dá)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(dá)小齒輪退回。

（5）飛輪齒圈硬度的影響

該型號柴油機(jī)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(dá)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(dá)小齒輪的硬度,如果氣馬達(dá)小齒輪與齒圈嚙合時的沖擊力過大，易使氣馬達(dá)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(dá)存在以下問題:

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

2)該型氣馬達(dá)小齒輪的推進(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)

針對故障原因，我們對該型氣馬達(dá)的推進(jìn)裝置及小齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，具體改進(jìn)如下:

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

2.將氣馬達(dá)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(jìn)后的氣馬達(dá)配不倒角的齒圈和倒過角的齒圈分別進(jìn)行了兩輪啟動試驗，來研究新結(jié)構(gòu)氣馬達(dá)的啟動性能。

試驗情況如表1。

1. 用改進(jìn)后的1176/2010號氣馬達(dá)在飛輪齒圈未倒角的情況下進(jìn)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(jìn)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(jìn)小齒輪的推進(jìn)裝置，并將氣馬達(dá)的小齒輪由倒角改為不倒角，能有效解決軟齒圈 柴油機(jī)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(jī)所使用的氣馬達(dá)全部更換為結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的氣馬達(dá)，至今未收到用戶的不良反應(yīng)。