导读
船舶齿轮箱是船舶推进系统的重要组成部分，齿轮箱技术状态直接影响船舶在航状态。
文章以某船用齿轮箱接排异常故障为例，通过结构及原理分析、故障机理分析、故障排查和修理验证，对该船用齿轮箱接排异常故障排查过程进行了复现和总结，为该型号齿轮箱类似故障排除和预防提供了经验。
一、故障概述
船舶主机齿轮箱是船舶平台中的一项重要装备，它与柴油机及轴系共同组成了船舶主动力系统。
齿轮箱具有离合、换向和减速功能，同时还承担了来自推进器的推力。
齿轮箱与柴油机的配套使用使得柴油机结构变得更加简单，强化程度和可靠性大大提高。
某船主机齿轮箱型号 GWS3235。
该船自下水已使用接近 9 年，齿轮箱工作一直正常，始终没进行过分解修理。
2019年3月，船方首次报告齿轮箱故障，经过航行试验验证，齿轮箱在正、倒车接排时均存在异常撞击声，倒车时尤其严重，同时艉轴密封装置在高速时呈现片状泄漏。
二、结构及原理
图1 GWS3235 型齿轮箱结构示意图
GWS3235 型齿轮箱结构示意图见图1，由输入轴、倒车离合器、倒车轴、正车离合器、正车轴以及输出轴 6 部分组成。
输入轴与主机连接在一起，主机动力由此输入; 输出轴与艉轴连接在一起，将主机动力输出到艉轴和推进器。
空车时，正、倒车离合器都是脱开的，正、倒车轴都不转，无动力输出;
正车时，正车离合器接上，倒车离合器脱开，动力传递路线为输入轴→倒车毂→正车毂→正车轴→输出轴;
倒车时，倒车离合器接上，正车离合器脱开，动力传递路线为输入轴→倒车毂→倒车轴→输出轴。
齿轮箱工作和润滑油路示意图见图 2，二级压力调节阀结构示意图见图3。
图2 齿箱轮工作和润滑油路示意图
图3 二级压力调节阀结构示意图
齿轮箱正、倒车操作的工作原理如下:
在空车状态下，来自油泵的滑油经过过滤器后分成二路:
一路是润滑油，先经过二级压力调节阀 ( 从接口 F 进，接口 G 出) ，再经过冷却器，然而到达正、倒车离合器轴承及输出轴轴承等进行润滑，润滑后的滑油回到油底壳;
另一路是工作油 ( 也称操作油) ，先到达操作阀，当操纵阀处于空车位置时，等待在操纵阀的进口。
当正、倒车接排时，操纵阀开启，工作油通过操纵阀进入二级压力调节阀的 C 口或 D 口，推动控制活塞向C 口或 D 口方向运动，封住相对应的口，滑油进入到时间调节装置 ( 节流阀) H，同时一路油流经接K 口，推动泄油活塞向右运动，封住泄油口 E，油液通过节流阀流到升压油腔，推动升压活塞迅速运动，使工作油压升高，离合器完成接排。
脱排过程类同，不再阐述。
三、原因分析
根据修理经验，船舶齿轮箱接排时发出异常撞击声通常有两方面原因，即机械方面和液压操作系统方面。
1、机械方面
1) 齿轮箱输出轴正、倒车推力轴承或推力环磨损偏大，造成较大的推力间隙，在推进器和艉轴推力的作用下，轴承内外圈与滚珠或推力环推力面之间产生撞击声，间隙越大，撞击声越重。
同时，齿轮箱输出轴推力间隙增大，会使艉轴密封装置动静环压紧力减少，造成漏水。
2) 正、倒车轴上的传动齿轮与输出轴齿轮均为斜齿圆柱齿轮，如果正、倒车离合器轴轴向定位不准确，或轴向间隙过大，在接排瞬间产生较大的轴向力，也会产生异常撞击声。
3) 正、倒车离合器内的摩擦片磨损严重，接排时导致行程过大，造成异常撞击声。
2、操纵系统方面
1) 如图3所示，如果二级压力调节阀开度过大，则正、倒车操纵油压建立过快。
这时进入正、倒车离合器油缸的压力油快速推动离合器活塞，在极短时间内压紧摩擦片，造成较大的冲击力和撞击声。
摩擦片被压紧的时间越短，撞击声越大。
2) 油温的高低也会对接排速度造成较大的影响，油温越高滑油黏度越低，油压建立越快，接排速度越快，撞击声越大。
3) 正、倒车离合器活塞如果卡滞，滑动不灵活，也会造成接排异常撞击声。
4) 遥控操纵装置空气压力过高，将使接排速度变快，同样造成异常撞击声。
四、故障排查
通过以上原因分析，有针对性地对齿轮箱进行局部分解检查，结果如下。
1) 输出轴轴向间隙 0.03mm，轴承及推力环未见异常磨损，符合要求。
2) 检查正、倒车轴轴承磨损情况及调整定位情况，发现正、倒车离合器后端轴承 (QJ318M 型角接触轴承) 磨损较为严重，轴向移动量较大，经测量其轴向移动量在倒车时为 2mm，在正车时为1.8mm。
通过检查和分析得出，此问题是轴承内圈没有压紧造成的，正、倒车离合器后端轴承和安装结构示意图见图4。
其它轴承及轴承定位情况均正常。
图4 正、倒车离合器后端轴承和安装结构示意图
3) 检查正、倒车离合器油缸及活塞，未见异常。
4) 检查二级压力调节阀，未见异常，但延时螺钉锁紧螺帽拧紧力不足，齿轮箱运行时存在螺钉松动的隐患。
五、修理验证
更换正、倒车离合器后端的 2 只角接触轴承(型号 QJ318M) ，加工制作新的轴向调整垫，使轴承内圈由原来的窜动状态变为压紧状态。
按要求调整正、倒车离合器两端轴承外圈与压盖的轴向间隙，倒车离合器前端轴承调整至 0.22mm，后端轴承调整至 0.20 mm，正车离合器前端轴承调整至0.28mm，后端轴承调整至 0.25 mm。
修理后，先进行系泊试验，调整齿轮箱工作油压力为 0.6MPa，做接、脱排试验，正、倒车冷态接排时间 5s 左右，异常撞击声消失，工作状态平稳。
然后进行航行试验，航行试验初期，齿轮箱处于冷态，接脱排试验正常。
当航行试验后期，此时油温达到 55℃ 及以上，再做接、脱排试验时，偶尔又出现异常撞击声，倒车时撞击声更频繁些，但无论是撞击声大小还是频率均比修理前有较大好转。
检测接排速度，倒车时 1.5s，正车时 2.0s，比冷态时 5.0s 快了很多。
分析该现象的原因是:
滑油温度高造成黏度下降，油压建立变快。
于是通过二级压力调节阀调整接排速度，调节至倒车时3.0s，正车时 3.5s。
之后经过多次试验，离合器接排平稳、柔和、无冲击，故障排除，系泊、航行试验数据见表1。
六、结束语
船舶主机齿轮箱接排时发出异常响声是齿轮箱的常见故障，且危害极大。
异常响声是因为接排时存在异常大的冲击力，若不能及时排除，巨大的冲击力有可能进一步损坏齿轮箱各轴承、齿轮和箱体等，甚至危及主机曲轴和推力轴承。
排除此故障要从多方面着手，先要掌握故障的第一手资料，包括接排时间、滑油温度、响声和振动情况等，然后根据故障情况，结合齿轮箱的结构和原理，全面分析故障原因，以此为依据对齿轮箱作局部分解检查，查找出故障点和问题加以纠正和排除。
要注意很多时候故障往往不是单个原因所致，而是存在多个原因，相互关联，互相作用。
本齿轮箱故障就是由正、倒车离合器后端轴承磨损后轴向间隙过大和接排速度调整不当这 2 方面原因共同造成的。
本文原创作者系：
海军装备部驻北京地区军事代表局驻青岛地区第一军事代表室——彭荣华，曾 权
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