作者：王維信
（91329部隊）

　　摘　要：文章根據推力軸承結構特點，剖析其工作原理，結合修理檔案、故障記錄，分析故障現象，嚴格排查故障因素，采取針對性維修方案和技術手段進行修理，使用驗證可靠、有效。
　　某型輔助船中修試航時，推力軸承正車推力塊合金層嚴重燒蝕。文章從分析其結構、工作原理入手，結合故障前后實際修理過程，對故障原因及修理技術要求進行分析研究。
　　1　基本情況
　　該船采用單機單槳，由一臺8300C型柴油機作主機［Pe=441 kW （600 hp），Ne=450 r/min］，配合滑動式單環推力軸承推進。
　　1.1基本結構
　　該型推力軸承結構，由軸承座、軸承蓋、推力環、推力塊、扇形調節環、冷卻盤管、支點軸承組成。推力塊與推力環之間有軸向間隙S（推力軸承間隙）。推力塊工作面上澆鑄巴氏合金，背面有小塊平面凸臺3，其幾何中心O2與推力塊幾何中心O1有一偏心距H（如圖1所示），工作時繞承推棱MN偏轉。

　　1.2工作原理
　　1）受力情況。工作起始瞬間，軸轉速為零，
　　推力環、推力塊、油膜未受力，狀態如圖2所示；隨著轉速增加，旋轉的推力環將滑油帶入楔形間隙中產生動力油壓，如圖3所示，推力環、推力塊承受推力，油膜受軸向壓力。

　　2）楔形油膜的建立。主機轉速一定時，推力軸承工作于靜載荷（大小、方向均恒定）條件下，液體摩擦狀態（動力油膜）的建立主要取決于油膜的旋轉效應即油楔作用。摩擦副之間建立油楔作用必滿足3個條件：①溫度、黏度適宜的潤滑油；②足夠的相對滑動速度；③可靠的楔形間隙。條件①和②容易滿足，僅分析條件③的建立。如圖3所示，推力環按箭頭方向旋轉時受推力作用而壓向推力塊，滑油對推力塊的作用力P相對O2有偏心距H（圖1），P對點O2構成力矩MP，使推力塊以承推棱MN為軸偏轉（支點即轉移至承推棱中點C，偏心距減小為h， MP減小），迎轉向邊（進油邊）間隙增大，順轉向逐漸減小；同時，滑油流經間隙作用在推力塊表面的摩擦力F對支點C構成另一個力矩MF，MP與MF方向相反，當它們大小相等時，推力塊傾角φ即穩定下來，形成穩定的楔形間隙，實現良好的液體潤滑。
　　2　故障研究
　　2.1故障特征
　　拆檢推力塊，合金層嚴重燒蝕、刮擦，平均厚度小于0. 85mm，沿推力環轉向造成許多不規則的溝痕，推力塊邊緣縫隙間有熔融的合金堆積；潤滑油稀釋、變暗，混有細碎的合金屑。
　　2.2故障過程分析
　　1）推力軸承試航檔案溫度記錄（表1）。

　　2）分析說明（臨界溫度60℃）。
　　0-A區：轉速低，動力油壓相對較小，壓力油膜不易形成，產生邊界摩擦，溫度升高較快。A-B-C區：轉速升高，動力油壓變大，油膜建立、實現液體潤滑，溫升率降低、溫升趨緩。C-D1區：額定轉速，負荷增加引發邊界摩擦，磨損加劇，溫升率驟增，溫度驟升至臨界點（60℃）。
　　D1-D2區：溫度速升超過60℃，液體潤滑失效———楔形油膜破壞，導致干摩擦，溫升異常，合金層過熱，導致軟化、熔化，產生粘著磨損以致咬合，出現大面積沿推力環旋轉方向被拖動、刮擦的溝痕，邊緣出現合金熔化鋪開、延展、堆積的宏觀痕跡。大量合金磨屑、磨粒混入滑油，使之變渾濁、暗淡。
　　2.3故障原因分析
　　1）滑油質量差。取滑油化驗分析，發現大量合金磨屑，閃點、黏度大幅下降。經查，碼頭系泊試車后更換滑油時，未排凈沖洗油腔的柴油，后加的滑油被稀釋。
　　2）裝配間隙過小。按行業修理標準，對應D=180mm、Pe=441kW（600hp），應選修理裝配間隙范圍0.30~0.35mm，而實際修理裝配間隙為0.22mm（修理檔案記錄）。
　　3）加工精度低。使油膜臨界厚度hcr增大，易導致邊界摩擦；相同負荷時，流經推力塊表面的潤滑油所受阻力f（逆轉向，與F反向）增大，一方面帶走熱量的效率降低，摩擦副與滑油溫升快，導致滑油黏度下降快（油質差時更嚴重），油膜形成和維持能力變差；另一方面使力矩MF增大，楔形間隙變小（圖3），推力環旋轉帶入間隙的潤滑油量減少、阻力增大，油膜變薄，油楔承載能力（即傳遞推力能力）降低，軸功率較大時油楔易被壓潰失效，導致干磨，造成合金燒損故障。

　　3　維修改進
　　3.1潤滑油質量控制
　　清潔油腔及推力軸承組件，確保潤滑油潔凈;檢查，確保滑油適量、無漏泄、冷卻有效。
　　3.2裝配間隙控制
　　1）裝配間隙選定。按行業修理標準，結合維修與使用經驗，選取0.34mm為裝配間隙。
　　2）靜態、動態間隙修正。測量扇形調節環各處、各推力塊本體厚度，用磨床修正均勻，使研裝后靜態時（圖2）平均間隙與各推力塊間隙誤差Z小；修正各推力塊、承推棱，使其形狀、尺寸一致，動態時傾角φ相等、間隙均勻，均衡分擔負荷，提高承載能力和工作可靠性。
　　3.3推力塊研配
　　一是提高合金面粗糙度等級，減小滑油流動阻力、降低油膜臨界厚度hcr；二是修正厚度，控制裝配間隙；三是提高貼合面積，修正受力部位。
　　1）初研。澆鑄合金切削加工，置于平板上用色油檢查，刮研后接觸點≥2個/cm²。
　　2）研配。初研后的推力塊與推力環平面進行著色檢查、復研，接觸點≥5個/cm²。
　　3）潤滑。如圖4所示：①在合金面3（縱橫軸長×寬=115mm×95mm）的中心位置開圓環形槽1（內徑×外徑×深度=38mm×42mm×2mm，合金層厚≥4.25mm），邊緣倒圓角；②合金層邊緣倒小圓角2；③滑油進口邊緣倒大斜圓角，使潤滑油進入足量、順暢。

　　4）檢測。①合金層粘合情況檢查，用手錘輕敲推力塊背面平面部位，聲音清脆純正，粘合緊密、可靠；②貼合面積檢查，各推力塊與推力環研配后，接觸面積均不小于70%，且受力部位基本一致（見圖5），保證負荷均衡，提高承載能力；③推力塊厚度檢查，于平臺上用百分表測量：同一推力塊不同部位厚度均勻，誤差≤0.02mm；各推力塊平均厚度，誤差≤0.02mm；裝配完畢，測得推力軸承總間隙為0.34mm，符合要求。

　　3.4試航
　　1）按規定程序要求試航，測試推力軸承工況（表2）。

　　2）分析說明:參照故障時試航情況（表1），作如下對比。
　　Q-Ⅰ區：對比O-A區，溫升率明顯下降（45.0%↓35.0%），表明修后推力塊表面粗糙度等級提高，臨界厚度hcr減小，潤滑狀況極大改善。
　　Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ區：對比A-B-C區，溫升率降低，溫度升高明顯趨緩，表明動力油壓變大，潤滑良好。
　　Ⅲ-Ⅳ1區：對比C-D1區，額定負荷下工作，但溫升率小、溫度低，推力塊與推力環間隙配合正常、動力油膜潤滑良好。
　　Ⅳ1-Ⅳ2區：對比D1-D2區，額定負荷持續工作，溫升率降低，溫升速度更趨緩慢，對應工況溫度更低，推力塊與推力環工作配合趨于穩定。
　　Ⅳ2-Ⅳ3區：繼續檢驗推力軸承額定工況下工作狀態，溫度保持基本恒定，推力塊與推力環在額定負荷下實現良好配合、可靠工作。
　　4　結束語
　　經跟蹤調查，該船出廠后推力軸承在額定負荷下曾多次連續工作78h以上，狀態良好。該推力軸承結構簡單，但維修技術要求高，故障告誡我們，維修工作必須精心組織、嚴格管理、科學施工，采取針對性措施，嚴格落實維修技術要求，才能達到維修目的，減少或者避免失誤和損失，真正提高工作績效。

來源：《中國修船》