起动马达及飞轮齿圈损坏的原因分析

党沛军

摘要：起动马达以其适应广泛，安装简单，使用保养方便等性能已被广泛安装于船用中速机上。本文主要从机架的加工、马达的安装、启动时的操作方式及习惯等方面对引起起动马达或者飞轮齿圈损坏的原因进行分析。

关键词：启动马达；飞轮齿圈；损坏；原因分析

前言

目前应用在船舶领域的中速柴油机来说，起动方式主要有两种，一种是起动马达方式，另外一种是缸头分配器方式，两种起动方式都是需要外界的空气瓶提供3MPa的高压空气。对于欧洲品牌的柴油机，例如德国的MAN、芬兰的瓦锡兰、日本品牌的洋马以及国内柴油机厂家生产的中速机来说，起动方式都采用的是起动马达方式，而日本的新泻、大发柴油机采用的是缸头分配器方式（本文不做详细介绍）。

1.起动马达的介绍

起动马达具有应用广泛，结构简单、操作方便、维修容易、成本低等特点，目前被广泛应用于船用中速柴油机上，这种起动装置是一种透平形式的马达，通过里面的活塞驱动小齿圈，从而带动柴油机转动。当然这种起动装置还包含减压阀、起动电磁阀等设备。当起动电磁阀打开时，外界供给的3MPa高压空气经过自身配置的减压阀，将空气压力减小到1MPa左右，空气通过旁通管路流入起动马达的传动箱内，带动小齿轮缓慢伸出，与飞轮齿圈啮合，当完全啮合后，主回路的高压空气开始进入起动马达内部，驱动内部的活塞，通过活塞驱动内部的透平叶轮带动小齿轮转动，小齿轮再带动啮合的飞轮齿圈，飞轮齿圈带动飞轮，飞轮带动曲轴，曲轴带动活塞上下往复运动，使得燃油在压缩下燃烧，从而帮助柴油机启动成功。在柴油机转速大于150rpm/sec时，电磁阀门关闭，小齿轮自动缩回。

2.故障发生的常见原因

以某厂生产的L+V20/27及L250系列中速船用柴油机为例，均采用气动起动马达来启动柴油机。多年来，大部分客户使用情况良好，性能稳定。但也有部分用户反应起动马达或者内部有故障、或者小齿轮有损坏，或者飞轮齿圈有损坏等情况偶尔有发生，综合多次现场情况的分析与判断，结合实际处理过程中的经验，除了起动马达本身外，还有操作不规范、机械加工不精细、装配不仔细、小齿轮或者齿圈材质不良等原因。

2.1.违规操作

2.1.1起动马达的正常维护将直接关系到运行状态的良好，对其使用寿命也有深远的影响。首先，柴油机正确的起动程序应该是单次起动，如果起动失败，应在柴油机尚未停止转动前，禁止第二次或者连续起动，必须等到柴油机完全停止转动后，方可进行下一次的启动，否则起动马达的小齿轮或者飞轮齿圈有可能被损坏。

2.1.2由于操作人员疏忽，比较常见的问题就是连续起动。当第一次起动失败后，由于紧张因素，不由自主地进行了再次起动操作，此时柴油机尚未完全停止转动，起动马达的小齿轮再次转动伸出，与还未停止旋转的飞轮齿圈啮合时，较为困难，在这种不利因素的情况下，会导致飞轮齿圈及起动马达损坏。

2.1.3飞轮齿圈相对起动马达齿轮硬度较软，在出现很难啮合的情况下，大多时候都是飞轮齿圈先损坏。

2.1.4在起动马达不带负荷，转速较高的情况下，如连续转动大于6秒以上，此时马达内部因超时高速运转，润滑条件降低，油膜层损坏，形成干摩擦产生高温，从而可能导致起动马达的小活塞缸因润滑不良而出现磨损等故障。

2.1.5在飞轮齿圈或者起动马达已经受损的情况下，还在继续运行，从而导致飞轮齿圈或者起动马达出现更严重的故障。

2.1.6压缩空气质量的好坏，也是一个重要因素，如空气中含有海水成分，长期侵蚀起动系统，或者空气不干净，某些细小的颗粒灰尘进入起动马达中的电磁阀，引起电磁阀无法关闭等故障，从而导致起动马达发生故障。

2.2.机械加工、装配因素

柴油机的整体质量是靠每个零部件的规范加工、装配来保证的。可能因为一个小小失误，也会影响到整体的运行。所以，应该严格按照技术要求保证零部件的加工过程，以及装配过程，从而减少事故的发生。

2.3.啮合间隙过小

如果不是啮合间隙太小，也不会马上产生不良后果。正常情况起动时，不会有发生问题。但因操作失误，或因起动马达原因，致使马达工作时间过长、转速升高。此时可能会因啮合间隙小、高速磨擦产生的热膨胀作用，使齿间无间隙或过盈，而将起动马达小齿轮在飞轮齿圈中向外挤压时受损，导致发生故障。

2.4.啮合间隙过大

如果啮合间隙过大，随着频率的加大，润滑效果变差，甚至出现了干磨擦，此时对齿圈的损伤就很大。如果齿圈硬度低于标准时，会因间隙过大，在啮合过程中主动齿顶对齿圈表面刮擦损伤将会加大，加上之间的间隙过大时，会产生齿轮挤顶现象，此时的操作，将会导致马达和齿圈双双损坏的严重后果。

2.5.起动马达支架安装问题

起动马达支架在安装时，未按工艺要求对贴合面进行规范的检查处理，装配后主从二齿轮平行度不行，其搭牙定位是呈单边（点）受力状态。随着频繁起动形成的强大冲击力（点），很容易造成崩齿现象。如果贴合面不平整，紧固件松动，也会酿成事故。

2.6.飞轮齿圈材质及装配问题

如果齿圈在加工、热处理过程未严格按照要求，而使存在问题或者隐患未被发现，一旦装配到柴油机上，就会在柴油机启动时因各种不同的缺陷使齒圈发生损坏，最终也可能导致损坏小齿轮。

2.7 .起动马达本身问题

起动马达是靠1.0MPa左右的起动空气压力来工作的，瞬时可产生386N.m的扭矩，长时间的起动或者频繁的起动，会减少内部的一种高树脂叶轮的寿命，在叶轮发生损坏的情况下，阻碍了小齿轮的正常伸缩，从而导致在高速旋转过程中小齿轮与飞轮齿圈的正常啮合，进而使小齿轮或者飞轮齿圈被打坏。

3.总结

总之，导致起动马达和飞轮齿圈的损坏的原因有很多种，本文只从一些简单的原因进行了分析，而这些原因主要是在生产加工、事故现场、售后服务中所被经常反应的问题，这些可作为大家在今后处理此类故障时参考的原因。同时，我们还应在以后的工作中不断摸索、探讨，积累经验对故障进行更加全面的具体的分析，在以后的工作中通过指导相关人员的操作或者提高操作人员的水平来避免一些故障的发生，以达到通过实践得出理论，运用理论指导实践，提升自身能力及水平减小此类故障的发生率。

参考文献：

[1]张同献.L+V20/27维修与操作手册.上海新中动力机械厂，2001.