高速快艇推進(jìn)軸線偏心修復(fù)及成因分析

許建華,陳 平

(1.凱靈船廠,浙江舟山 316000;2.浙江國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江舟山 315021)

0 前言

某艇是我國(guó)南方著名造船廠剛建造約一年的新船,推進(jìn)軸采用整根細(xì)長(zhǎng)軸結(jié)構(gòu),兩邊各設(shè)置兩套艉軸托架,采用整鑄式橡皮軸承,推進(jìn)器和聯(lián)軸器與軸聯(lián)接都采用比較先進(jìn)的無(wú)鍵液壓過(guò)盈方法,艉軸密封采用機(jī)械密封式裝置,主機(jī)為兩臺(tái) 360 kW的美國(guó)卡特比勒 (CATERPILLAR)柴油機(jī),在聯(lián)軸器和柴油機(jī)機(jī)座前后各裝有兩個(gè)上下可調(diào)的減振器,每臺(tái)共 8只,由于減振器不能夠承受軸向推力,在聯(lián)軸器底座后約 2 cm處,左右各焊有止退擋板。

1 測(cè)量檢查

在年度塢保時(shí)船方反映,航行中站在船后甲板上,振動(dòng)比較厲害,對(duì)推進(jìn)軸各軸承間隙用塞尺進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)前托架軸承間隙和艉軸承間隙都意外超標(biāo),最大單邊間隙達(dá) 7 mm。然后決定擴(kuò)大修理范圍,對(duì)軸承中心線進(jìn)行校中檢查。

軸系的柔性可用柔性系數(shù) k來(lái)表示:

式中:l=L0/3為 3個(gè)相鄰軸承距之平均值;L0為軸系總長(zhǎng),取該軸系中最短者,cm;d,D為空心軸之內(nèi)外徑,cm;γ為材料密度,7.8 g/cm3;E為彈性模數(shù),2.1×106kg/cm2。

從柔性系數(shù) k的表達(dá)式來(lái)看,為了增加柔性,需加大軸承間距和減少軸的直徑,而高速快艇的實(shí)際情況是艉軸的直徑一般小于 85mm,而長(zhǎng)度卻達(dá)6～7m以上,而且軸承間距也很大,所以柔性似乎已經(jīng)不小,由于軸系有幾個(gè)支點(diǎn),構(gòu)成一個(gè)靜不定系統(tǒng),所以單以軸端法蘭對(duì)中來(lái)找正軸系中心是很不合理的,因?yàn)闊o(wú)法了解整個(gè)軸系的曲折程度,調(diào)整也就非常困難。因而我們采用軸系拉線定位安裝法,而廢除了舊的法蘭對(duì)中定位安裝法。實(shí)踐證明是可行的和必要的。

1)拉線目的。

(1)確定主機(jī)是否移動(dòng)。

(2)機(jī)座是否需要矯正。

(3)托架是否需要矯正。

(4)艉軸管是否移動(dòng)。

(5)檢查傾斜角 α,偏斜角 β。

(6)主機(jī)墊片厚度是否符合要求。

2)拉線步驟。

軸系長(zhǎng)度小于 15 m時(shí),常用拉鋼絲線的方法來(lái)確定理論中心線[1]。前端以主機(jī)離合器的聯(lián)軸節(jié)為中心,后端以后托架后端孔為中心,此兩點(diǎn)作為拉線基準(zhǔn)點(diǎn),見(jiàn)示意圖 1。

圖1 用拉線法確定理論中心線示意圖

(1)制作與聯(lián)軸器法蘭相匹配的對(duì)應(yīng)法蘭盤(pán),中間用 D0.5 mm鉆頭打一小孔,在法蘭盤(pán)邊沿處用直角尺 (也可以垂直焊上一根長(zhǎng) 350mm角鐵簡(jiǎn)便代替,并在 300 mm處作記號(hào),以便測(cè)量),有條件的可安裝低電壓接觸發(fā)光磁性吸附螺旋直角微調(diào)儀。

(2)用 D0.5mm的鋼絲穿過(guò)法蘭盤(pán)中間小孔,一頭綁上一個(gè) M5的螺母,以固定鋼絲一頭。把法蘭盤(pán)用螺釘與聯(lián)軸器法蘭相連接,另一頭穿過(guò)軸承孔至可移動(dòng)滑輪處,下面吊 25 kg重塊。如圖 1所示。

(3)調(diào)節(jié)可移動(dòng)滑輪架上下、左右位置,用內(nèi)卡測(cè)量托架后端與鋼絲線的上下、左右值,使其差值盡量接近于零。盤(pán)動(dòng)柴油機(jī),使 350 mm長(zhǎng)角鐵在上下、左右位置時(shí),分別檢查鋼絲與聯(lián)軸節(jié)端面之不垂直度應(yīng)不大于 0.18 mm/m[2]。沒(méi)達(dá)到要求可適當(dāng)調(diào)整可移動(dòng)滑輪架,來(lái)滿(mǎn)足上述要求(上下另需進(jìn)行撓度修正0.08mm)。然后測(cè)量記錄各道軸承兩端上下、左右數(shù)值。

3)測(cè)量結(jié)果。

撓度計(jì)算公式[3]:

式中:ρ為鋼絲單位長(zhǎng)度的質(zhì)量,g/m(直徑為0.50 mm時(shí),ρ=1.54 g/m);m為掛重質(zhì)量,kg。

根據(jù)公式計(jì)算各點(diǎn)鋼絲下垂量如表 1所示。

表1 各點(diǎn)鋼絲下垂量 mm

測(cè)量顯示,兩邊所有軸承孔左右最大偏差沒(méi)超過(guò) 1 mm,都符合使用要求,其中一根右軸承孔上下偏差最大,測(cè)量記錄如表 2所示 (數(shù)值已經(jīng)超過(guò)撓度修正)。

表2 右軸上下中心偏差值 mm

按照上下偏差繪制曲折圖如圖 2。

圖 2 右軸上下中心線曲折圖

2 修理過(guò)程

由于使用時(shí)間較短,對(duì)該軸的 3處軸銅套測(cè)量、檢查,都符合使用標(biāo)準(zhǔn),決定不予更換。在專(zhuān)用車(chē)床上對(duì)軸進(jìn)行了校直。前托架和艉軸管左右整鑄式橡皮軸承,參照表 4修理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),都需換新。

為了使軸系同軸度符合要求,一般有 4種修理方法[4]。

1)采用車(chē)削偏心艉軸承的方法,來(lái)改變軸中心線位置。整鑄式橡皮軸承鑄銅襯套極限厚度為0.018d+4.5 mm。其中 d為艉軸直徑。

2)采用鏜削艉軸管的方法,來(lái)改變軸中心線位置。艉軸架殼孔壁厚極限為 0.30d。其中 d為艉軸直徑。

3)當(dāng)同軸度誤差過(guò)大,偏心鏜削的方法不能使軸線找正時(shí),則應(yīng)該改變主機(jī)的位置,使曲軸中心線與軸心線對(duì)準(zhǔn)。

4)采用以上 3個(gè)方法綜合應(yīng)用。

對(duì)照本案,根據(jù)工程量和可實(shí)施情況,我們選用了比較簡(jiǎn)單的第一種方法。

經(jīng)過(guò)測(cè)量,原來(lái)橡皮銅套外徑 D=140 mm,銅套壁厚 =10mm。本例最大中心偏差為 3.6 mm,銅套極限厚度經(jīng)過(guò)計(jì)算應(yīng)大于 5.94 mm,3.6+5.94=9.54mm＜10 mm,壁厚車(chē)偏心后能夠消除偏差。因此新艉軸銅套外徑澆鑄后 D=140+7.2,取 D=150 mm;前托架銅套外徑澆鑄后 D=140+3.8;取 D=145 mm;前托架銅套加工偏心值取(1.6+1.9)/2=1.75 mm;艉軸銅套加工偏心值取 (3.6+3.2)/2=3.4mm;車(chē)削加工時(shí)外徑公差可參照表 3,盡量接近下公差,以利于安裝,銅套外圓表面粗糙度 Ra=1.6μm。橡膠內(nèi)圓面可在車(chē)床上用砂輪磨至 d=80.18～80.30 mm(可參照表4)[5]。

表3 整鑄式橡皮軸承殼體和托架本體內(nèi)圓配合值 mm

表4 橡皮軸承安裝間隙和極限間隙 mm

銅套外徑偏心車(chē)好后做好標(biāo)記,裝整鑄式橡皮銅套前,注意清潔窩孔,為了防止襯套在軸轂內(nèi)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng),在前軸轂上,從其外圓面上用螺釘擰入固定,艉軸轂則從端部擰入螺釘固定。完工試航時(shí),后甲板振動(dòng)明顯減少,修理非常成功。

3 故障成因

從中心線曲折圖 2來(lái)看,當(dāng)后托架、前托架和艉軸管中心連起來(lái)時(shí)基本成一線,而與離合器聯(lián)軸節(jié)中心連接后卻產(chǎn)生較大曲折度,很明顯是主機(jī)中心偏低。由此可見(jiàn),根據(jù)實(shí)際情況分析,可能與以下某個(gè)或某些因素有關(guān)。

1)拉線確定中心位置時(shí)和大多數(shù)硬基座一樣處理,未考慮彈性減振器對(duì)基座下沉量的較大影響。

2)一般工序都是拉線確定中心位置后即鏜孔,而這時(shí)主機(jī)往往還沒(méi)有安裝,或干脆還不在造船廠,即使知道裝了彈性減振器,對(duì)中心線有影響,也無(wú)法確定精確的下沉量。

3)主機(jī)先安裝到位了,由于這時(shí)柴油機(jī)還沒(méi)有加柴油、機(jī)油和冷卻水等,特別是本例,由于冷卻水箱比較大,且在柴油機(jī)的后面,這樣對(duì)中心線的影響就比較大。

4)由于艉軸系沒(méi)有安裝止推軸承,聯(lián)軸器下又裝了減振器,船前進(jìn)、停止或倒退時(shí),前后經(jīng)常有 2 cm以上的擺動(dòng),而彈性減振器無(wú)法承受軸向推力。實(shí)地檢查發(fā)現(xiàn),可調(diào)彈性減振器的螺紋都有不同程度的損壞,使其無(wú)法上下調(diào)節(jié),在自重的作用下可能使柴油機(jī)下沉。

由于軸系柔性較好,在軸心線與理論中心線偏離較大的情況下,聯(lián)軸器法蘭與軸法蘭的連接仍可進(jìn)行,容易造成錯(cuò)覺(jué)。

4 結(jié)論

1)在確定少數(shù)主機(jī)基座上裝有彈性減振器的理論中心線時(shí),要考慮機(jī)體自身質(zhì)量、油和冷卻水等額外因素對(duì)中心線下沉量的影響。

2)對(duì)于具有較大柔性的細(xì)長(zhǎng)軸,實(shí)踐證明,用拉線法確定理論中心線優(yōu)于用相鄰軸聯(lián)節(jié)法蘭對(duì)中法確定理論中心線。

[1]屠文斌.船舶動(dòng)力裝置安裝工藝學(xué) [M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1988.

[2]滿(mǎn)一新,李素玉,等.船機(jī)檢修工藝 [M].北京:人民交通出版社,1993.

[3]周繼良,鄒鴻鈞.船舶軸系校中原理及其應(yīng)用 [M].北京:人民交通出版社,1985.

[4]滿(mǎn)一新.輪機(jī)維護(hù)與修理 [M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2000.

[5]CB/T 3416～3429-1992,船舶軸系、螺旋槳和舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [S].