一起主机机械敲击故障分析

一、故障现象①主机转速77r/min低负荷运行,突然:★控制面板上“FUELCAMAHEAD”灯闪烁。5#缸机架以上有明显的异常敲击声，节奏和转速一致。★主机转速设定不变,发生敲击前各缸排温与平均温度差依次为+2℃、-5℃、+3℃、+2℃.0℃、14℃、-6℃、0℃，敲击时5#缸排温偏差从0℃迅速降低到-43℃,其它缸排温略有上升。★用听棒探听5#缸,分辨不出发出声音的位置。②主机操纵手柄拉至停车位(停止燃油喷射):★转速下降初期,敲击未停止也没有明显减轻,且仍然与转速同步。★转速降低到约30r/min,敲击声顿时消失。③停车后,检查主机扫气箱、曲拐箱、凸轮轴箱、排气阀系统等,均未见异常。④重新启动,主机运行再无敲击,直到彻底排除此故障。二、故障分析故障分析,不少人是先列出全部可能,然后逐一检查(包括内部检查、解体检查)排除,最终能够查明故障原因。这样做,不仅费力,更重要的是耗时过多影响营运,漂航排障也不安全。本文试图结合故障现象和工作原理寻找故障点，尽量减少内部检查和解体检查，节省时间和人力。当然,这样做需要全面细致地搜集故障现象,熟知故障原理,以及较强的逻辑思维能力。1、故障性质主机有节奏与转速一致的异常敲击声通常被称为敲缸,其实并不确切。敲缸,顾名思义,是气缸被敲击。真正意义上的敲缸,是活塞撞击缸壁,故敲击节奏与主机转速一致,称为机械敲缸(冷敲缸)。后来,节奏与主机转速一致的敲击,都逐渐被称为敲缸。例如雾化不良缸内冷油积聚过多、燃烧始点过早等爆燃所致的爆炸压力和爆炸声过高,也被称为敲缸，并为了区别于机械敲缸(冷敲缸)被称为热敲缸;气缸外的机械敲击,例如轴承间隙过大、部件过度摩擦等有敲击,被敲击的不是气缸,但也因节奏与主机转速一致被称为敲缸。可见,敲缸一词不宜滥用;遇到“敲缸”,必须分清是真正意义上的敲缸,还是缸内爆燃,或气缸外的机械敲击。据故障现象:★主机操纵手柄拉至停车位,停止燃油喷射,敲击声并未同步消失,可以排除缸内爆燃。★敲击毫无前兆,可以肯定不是机械敲缸,因为活塞与缸套间隙不当引起敲击,必然有个发展过程,例如排温逐渐变化,敲击由轻变重等。由此可以肯定是缸外机械敲击。2、确定敲击点故障现象显示,敲击点在5#缸,机架以上。机架以上部位机械敲击,可能在活塞/缸套.排气阀、排气阀顶升机构、十字头轴承、高压油泵顶升机构等五部位。(1)活塞/缸套，“(1)故障性质”一段已排除。(2）排气阀敲击5#缸排温明显下降，可排除排气阀闭阀时敲击。因为排气阀闭阀时敲击（例如弹簧空气关阀时液压油阻力降低),则排气阀工作异常导致扫气不良,因而燃烧恶化,排温应该上升而不会降低。(3)排气阀顶升机构敲击众所周知，机械零件之间有两种接触——弹性接触和刚性接触。刚性接触失效,就是断裂或脱离,机器将无法继续运转;弹性接触失效,机器可以继续运转，但温度、声音、振动、参数等异常。排气阀顶升机构敲击,只能发生在排气凸轮与滚轮之间,因为只有它们是弹性接触。若5#缸排气凸轮与滚轮敲击,它们之间必然有间隙,也必然延迟排气阀开启;而排气阀延迟开启,虽然因推迟排气起始时刻而降低排温，但由此引起的后燃升高排温的作用更大,5#缸排温会比其他缸高。故障现象显示5#缸排温明显下降,可排除该缸排气凸轮与滚轮敲击。(4)十字头轴承敲击轴承间隙过大是导致缸外机械敲击的常见原因。这种敲击总有由轻变重的发展过程，敲击声随主机转速降低越来越轻,且持续到主机完全停转才消失。排除这种可能,有下列故障现象支持:★这次敲击毫无前兆,没有由轻变重的发展过程，突然有明显的异常敲击声;★随主机转速降低到停转，初期敲击声未停止也没有减轻,而转速降到约30r/min敲击声顿时消失;★故障时主机77r/min低负荷运行,仅相当于额定功率的40%,各运动部件(含轴承)受力相应较低,不大可能突然运动部件(含轴承)间隙不正常。况且该类敲击不可能大幅度的影响排温。(5)高压油泵顶升机构敲击排除上述四种可能后，几乎可以判定敲击声来自高压油泵顶升机构。高压油泵顶升机构(见图1),包括凸轮,滚轮,复位弹簧,以及换向机构的气缸,拨叉、支撑销子等,滚轮靠复位弹簧紧压在凸轮上。图1训压没泵驱动部分示意图与排气阀顶升机构一样,高压油泵顶升机构只有燃油凸轮与滚轮是弹性接触，所以只能是燃油凸轮与滚轮敲击。况且还有5#缸排温明显降低为佐证,其逻辑是:燃油凸轮与滚轮之间有间隙→高压油泵柱塞行程减少→(其他条件不变)有效行程减小→每一循环喷油量减少→5#缸排温降低。3、确定故障源确定敲击点在高压油泵滚轮与燃油凸轮之间后，接下来要分析故障点——滚轮与凸轮间隙从何而来。滚轮与凸轮间有间隙,有三种可能:①滚轮复位弹簧疲软失效，②高压油泵顶升滑块/导套运动阻滞，③高压油泵柱塞/套筒运动阻滞。因为主机停车后重新启动运转“再无敲击”,可排除复位弹簧疲软失效,后两者则难以区分。好在高压油泵与其顶升机构紧邻,便于监视,一同拆检也方便。这样，没有任何拆装检查就确定了敲击故障源在高压油泵或其顶升机构,且更可能是高压油泵柱塞/套筒运动阻滞,因为它工作条件恶劣。而顶升机构有滑油润滑,工作条件较好,不易阻滞。4、临时处理措施鉴于主机重新启动运行再无敲击，且判定敲击点在高压油泵及其顶升机构,认为可继续航行,只需采取下列临时措施:★密切监视5#缸高压油泵及其顶升机构;★稍降低该缸油门格数,使柱塞与套筒的相对位置与上次敲击时的位置错开;★稍降低燃油温度,即稍提高燃油粘度,加大燃油的润滑效果;★制定应急处理方案,等。采取上述措施,直到靠泊,未再发生敲击。应急处理方案——当5#缸高压油泵及其顶升机构发生敲击,当值人员:第一步,立即到凸轮轴处(事先备好矮梯),通过玻璃盖板观察敲击声是否与5#缸高压油泵滚轮撞击燃油凸轮同步,若能很明显看出同步,则可确定敲击点和验证以上分析正确。第二步,用紫铜榔头(事先备好)敲击5#缸高压油泵燃油齿条以改变油门格数,观察敲击声是否消失。第三步,若敲击声仍未消失,主机降速到30r/min，观察5#缸高压油泵燃油齿条格数是否比其它缸大,并再次改变该缸齿条格数,观察敲击声是否消失。第四步,若敲击声仍在,伺机停车检查。一般情况下,敲击声应在执行第二步后消失。图2柱塞根部拉痕明显5、验证故障点靠泊后，拆下并解体高压油泵及其顶升机构,见5#缸高压油泵柱塞根部有两道明显拉痕(见图2),套筒相应部位拉毛,其他均无异常。换新该偶件后，主机工作便正常了，再没发生类似敲缸。可知故障点在高压油泵柱塞/套筒的分析正确。四、故障机理(1）