科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

   党的十八大提出建设海洋强国战略目标，海洋装备支撑海洋强国已成为船舶工业肩负的历史使命。我国船舶工业产业规模已居世界之首，但核心创新能力明显不足，尤其是船舶配套业发展严重滞后，“船壳”空心现象尤为突出，不足以支撑海洋强国建设的需要。

     大功率低速柴油机是船舶的“心脏”，长期以来国内应用的大功率低速柴油机或采用整机进口，或采用专利生产，在低速船舶动力方面无自主权，开展本项目研制，是落实“中国制造2025”关于“海洋工程及高技术船舶领域突破发展、掌握重点配套设备设计制造核心技术”要求的战略举措，是实现“海洋强国”战略和确保我国船舶工业由大到强的必要途径，是推动军民融合深度发展的有效保障。

    轴瓦——作为高技术、高风险、高附加值的关重件，位于大功率低速柴油机的“心脏”部位，是关键运动部件，是大功率低速柴油机的关节。轴瓦承受并传递着大功率低速柴油机的交变动载荷，对大功率低速柴油机起着十分重要的支撑和动力传递作用；轴瓦位居心脏，以其特殊性能适应恶劣及极端工况并保护曲轴，一旦失效易导致占主机价值1/5的曲轴损坏，因此其性能直接决定大功率低速柴油机运行可靠性及安全性。

与国外健全的轴瓦设计研制体系相比，我国低速、中速、高速机轴瓦设计研制总体能力不足，在材料、设计分析、制造、检测及试验验证上技术整体滞后。其中大功率低速柴油机白合金轴瓦具有大规格、薄壁、高精度、高承载的特性，几乎完全依赖进口，国外宁可转让主机技术，也不会转让大功率低速柴油机白合金轴瓦研发核心技术，轴瓦研制的落后成为了大功率低速柴油机自主化发展的“卡脖子”核心问题。

轴瓦研发体系是船舶动力研发创新体系的重要支撑及组成，世界造机强国均建立了自己的轴瓦研发体系：欧洲有德国BHW、奥地利Miba，日本有大同、韩国有大信来支撑各自船舶动力的研发。在新形势下，轴瓦核心竞争要素也发生了重大变化，必须从过去的跟随型向引领型发展，从低端制造向高端研发转型，打破国外技术及市场的垄断，填补国内空白。

研制出的轴瓦原理样件通过平台试验、工程样件通过装机试验、商品样件通过大功率低速柴油机配机，满足柴油机原理样机、双燃料工程样机等为典型代表的中小缸径大功率低速柴油机对轴瓦（主轴瓦、连杆轴瓦、十字头轴瓦）的匹配需求，初步建立了中小缸径大功率低速柴油机白合金轴瓦自主研发能力及产业化自主发展能力，有效的支撑了自主化大功率低速柴油机的研发。

本项目实施前，国内大功率低速柴油机白合金轴瓦具备一定工艺制造能力和检测手段，但在基础材料研发、设计分析、试验验证等方面基础薄弱，与国外的差距明显，未建立起独立的较全面研发体系，自主化研发能力薄弱。通过本项目的实施，国内初步建立了中小缸径大功率低速柴油机的研制体系。

需解决的主要技术难题

1 开展大功率低速柴油机白合金轴瓦的结构设计技术研究，研究轴瓦的结构、间隙、转速、载荷、轴的表面处理方式及形貌等因素与轴瓦润滑特性之间的影响规律

2 通过研究获取油膜流动状态、弹性变形、温升及轴瓦材料等多耦合因素下的轴瓦润滑及摩擦机理，进行轴瓦摩擦、润滑性能预测及失效分析，优化轴瓦设计，形成轴瓦设计及仿真分析优化方法

3 通过试验验证，形成轴瓦结构设计、轴瓦润滑特性分析计算、表面微织构设计、轴瓦失效与寿命预测方法等设计规范：主要包括自由开口弹张量及安装过盈量设计优化，轴瓦油膜压力、厚度分布、摩擦损失功预测，变壁厚结构设计及优化，轴瓦与轴颈变形兼容性设计与优化，基于穴蚀和冲蚀分析的轴瓦润滑空间内流场设计与优化，微观表面织构特征设计与优化，轴瓦疲劳与失效机理分析等。

期望实现的主要技术目标

1 完成轴瓦设计及仿真分析技术研究，形成了轴瓦结构设计和润滑仿真规程。

2 完成不同结构参数对轴瓦润滑性能的影响分析，获得了轴颈/轴瓦变形、转速、爆发压力对轴承润滑的影响规律，形成了大功率低速柴油机白合金轴瓦设计优化方案

3 完成三型样件的结构优化设计及仿真分析，优化后的油膜厚度增加40%以上，较好的改善轴瓦工况

需求解析

解析单位：“科创中国”高端装备产业科技服务团（中国造船工程学会） 解析时间：2023-10-11

张代雨

江苏科技大学

副教授

综合评价

通过包括该项目共8项研究内容的实施，形成了轴瓦设计、仿真、材料、制造等工艺规范，建立健全了轴瓦试验体系，初步形成大功率低速柴油机白合金轴瓦自主研发体系，突破了轴瓦白合金材料配置、高结合强度复合、变形控制等关键技术，研制出了两型承载能力达34MPa的白合金材料为大功率低速柴油机白合金轴瓦商品化应用奠定基础。原理样件通过了1000小时耐久验证，工程样件通过了装机试验，商品样件通过了配机试验。 研究形成了包括疲劳强度、频繁启停性能、抗咬合性能等轴瓦极限性能试验方法，建设了相关试验台位。轴瓦极限性能试验能力达到国际一流水平。

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