“安吉5號”船可調(diào)槳裝置變距操縱系統(tǒng)修理工藝研究

丁韋青，裴弘剛

(上海船廠船舶有限公司，上海 200124)

“安吉5號”船是一艘汽車滾裝船，該船總長115 m，型寬20 m，型深17.6 m、載車數(shù)為520輛、主機(jī)型號為6UEC37LA、CPP系統(tǒng)型號為XS－96、可調(diào)槳直徑3 500 mm、槳葉4片。本次進(jìn)廠修理的主要工程是解決可調(diào)槳裝置變距操縱系統(tǒng)不靈活的問題。

1 現(xiàn)狀調(diào)查與分析

該船在實際運(yùn)行中主機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時，可調(diào)槳裝置變距操縱系統(tǒng)不靈活，特別在進(jìn)出港口、靠離碼頭時尤為明顯。在自動正螺距變距操縱時，正螺距在0°～10°范圍內(nèi)，螺距變化十分緩慢，幾乎卡死，必須將主機(jī)的轉(zhuǎn)速降低至160～170 r/min時，變距操縱才能繼續(xù)進(jìn)行;人工應(yīng)急螺距操縱也發(fā)生了卡死現(xiàn)象，必須通知集控室將主機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，變距操縱才能繼續(xù)進(jìn)行。而在負(fù)螺距變距操縱時，不管是自動變距操縱還是人工應(yīng)急變距操縱，負(fù)螺距在0°～10°范圍內(nèi)，變距操縱速度變化很快，很不正常。根據(jù)癥狀分析，想要查找出原因，需實地勘察變距操縱的全過程，并從各系統(tǒng)中逐個排查排除故障點。

該船的可調(diào)槳裝置變距操縱系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、螺距反饋機(jī)構(gòu)、螺距操縱的傳動機(jī)構(gòu)等部分組成。首先排查可調(diào)槳裝置變距操縱的液壓系統(tǒng)，檢查液壓系統(tǒng)中的操縱螺距主控制閥、安全閥、溢流閥等閥件和管路中各類儀表、各管接頭的工作狀態(tài)均無泄漏，儀表上顯示正常工作油壓為7.5 MPa，液壓系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài);檢查電氣系統(tǒng)部分也正常;螺距反饋機(jī)構(gòu)可以在機(jī)艙里檢查，檢查螺距反饋機(jī)構(gòu)各部件連接處是否松動，螺距的限位開關(guān)是否失靈，排除這些故障點后，再排查螺距操縱的傳動機(jī)構(gòu)部分，由于螺距操縱的傳動機(jī)構(gòu)安裝在艉軸系的內(nèi)部，且又在水下無法檢查，必須進(jìn)塢作進(jìn)一步拆卸檢查。

在船方確定“安吉5號”船來我公司進(jìn)行修理后，根據(jù)船方提供圖紙進(jìn)行分析、研究可調(diào)槳裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理。著重分析可調(diào)槳裝置變距操縱的傳動機(jī)構(gòu)部分，了解其結(jié)構(gòu)和工作原理?？烧{(diào)槳裝置變距操縱的傳動機(jī)構(gòu)是由2部分組成，一是產(chǎn)生動力部分的配油軸內(nèi)的伺服油缸、伺服活塞和活塞桿等部件，二是傳遞動力部分的安裝在艉軸內(nèi)的推挽軸、推挽軸上的十字導(dǎo)架、滑塊及槳葉等部件。通過研究其結(jié)構(gòu)和工作原理尋找出存在問題的關(guān)鍵所在，同時，針對現(xiàn)場變距操縱時排查已確定的故障點制訂相關(guān)的修理工藝。

2 船舶進(jìn)塢后勘驗、測量

“安吉5號”船進(jìn)塢后，對可調(diào)槳裝置進(jìn)行了外部結(jié)構(gòu)的勘驗檢查，發(fā)現(xiàn)槳葉的螺距面及背面嚴(yán)重磨損，其中一處槳葉與槳轂連接處的密封壓蓋已丟失，造成密封失效，海水、泥沙直接進(jìn)入槳轂內(nèi)部，加劇了可調(diào)槳裝置槳轂內(nèi)部的變距操縱機(jī)構(gòu)各運(yùn)動部件之間的磨損，導(dǎo)致可調(diào)槳裝置變距操縱的傳動機(jī)構(gòu)非正常工作，最終發(fā)生了變距操縱不靈活的后果。

根據(jù)可調(diào)槳裝置的拆卸工藝及說明書上的拆卸步驟進(jìn)行拆卸解體工作。拆卸解體后，對槳葉、推挽軸、推挽軸軸承、推挽軸上的十字導(dǎo)架、滑塊等各運(yùn)動部件進(jìn)行了勘驗、測量工作。

1)槳葉和槳轂的測量，原始測量數(shù)據(jù)如表1～表4所示。

表1 4片槳葉根部軸徑 mm

表2 槳葉的軸徑開檔尺寸 mm

表3 槳轂的軸孔 mm

表4 槳轂與槳葉根部軸徑開檔相配合的壁厚 mm

從表1、表2、表3、表4中的原始測量數(shù)據(jù)反映，4片槳葉的軸徑及兩側(cè)的推力面與槳轂上的軸孔及相對應(yīng)的配合平面已發(fā)生嚴(yán)重的磨損，軸徑與軸孔的配合間隙最大為2.47 mm，最小為1.53 mm，而槳葉推力面的平面間隙最大為2.38 mm，最小為0.81 mm，都已嚴(yán)重超差。

2)推挽軸軸徑和推挽軸軸承的測量，原始測量記錄如表5、表6所示。

表5 推挽軸軸徑 mm

表6 推挽軸軸承 mm

從表5、表6中的原始測量數(shù)據(jù)反映，推挽軸上的各檔軸徑與軸承也發(fā)生了磨損，特別是靠近艉軸法蘭端的軸承和槳轂中伺服活塞的軸承間隙已超過極限間隙 (極限間隙為0.50 mm)。

3)對十字頭導(dǎo)架上的軸伸和滑塊的軸孔及滑塊兩側(cè)工作面的寬度和槳葉滑槽兩側(cè)工作面的寬度的測量，原始測量記錄如表7～表10所示。

從表7、表8、表9、表10中的原始測量數(shù)據(jù)反映，滑塊的軸孔和十字頭導(dǎo)架上的軸伸發(fā)生了嚴(yán)重的偏磨現(xiàn)象，其配合間隙嚴(yán)重超差，且軸伸表面有蜂狀的腐蝕點，其深度達(dá)3～4 mm;而滑塊和槳葉滑槽之間的配合間隙也嚴(yán)重超差，滑槽兩側(cè)工作面的平行度也發(fā)生了不規(guī)則的變形。

表7 軸伸尺寸 mm

表8 滑塊的軸孔尺寸 mm

表9 滑塊工作面的寬度 mm

表10 槳葉滑槽寬度 mm

綜合上述，由于槳葉的密封壓蓋丟失，造成可調(diào)槳裝置密封失效，導(dǎo)致潤滑油的流失及海水、泥沙的進(jìn)入，引起可調(diào)槳裝置變距操縱系統(tǒng)的傳動機(jī)構(gòu)非正常磨損，這就是“安吉5號”船船用可調(diào)槳裝置變距操縱系統(tǒng)不靈活的主要原因，從而證實了現(xiàn)場調(diào)查所作出的判斷是正確的。

3 具體實施修理

1)艉軸的修理。

艉軸拆卸后，測量艉軸內(nèi)、外軸承檔的軸徑尺寸及內(nèi)、外艉軸承的內(nèi)孔尺寸，并計算出其配合間隙在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。同時根據(jù)對推挽軸的軸徑和軸承的勘驗、測量結(jié)果，采用切削加工的方法拆除靠近艉軸法蘭端的推挽軸軸承，并檢查艉軸內(nèi)、外軸承檔和哈夫聯(lián)軸器處軸徑的圓跳動量以及艉軸法蘭的圓跳動量和端面跳動量，都在規(guī)范之內(nèi)。新制推挽軸軸承采用干冰冷縮的方法進(jìn)行安裝。

2)槳轂的修理。

根據(jù)槳轂的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了槳轂加工的工裝件基準(zhǔn)假軸和基準(zhǔn)定位板，并制訂了工裝件的機(jī)加工工藝流程。基準(zhǔn)假軸按后槳轂內(nèi)軸向的伺服活塞軸承本體孔的直徑配制，基準(zhǔn)假軸配制的技術(shù)要求:同軸度≤0.025 mm;圓柱度≤0.02 mm;粗糙度為Ra3.2;配孔－0.06 ～ －0.04 mm?；鶞?zhǔn)定位板按前槳轂的軸向司必克孔的直徑配制，基準(zhǔn)定位板配制的技術(shù)要求:同軸度≤0.025 mm;圓柱度≤0.02 mm;垂直度≤0.025 mm;粗糙度為Ra3.2;配孔－0.02～+0.02 mm;基準(zhǔn)定位板中間的通孔配基準(zhǔn)假軸－0.06 ～ －0.04 mm。基準(zhǔn)假軸、基準(zhǔn)定位板加工后經(jīng)檢查完全符合其設(shè)計圖紙上的技術(shù)要求。

后槳轂與前槳轂用螺栓接攏后敲緊成整體——槳轂，測量槳轂安裝槳葉的軸孔直徑及槳轂壁厚，做好測量記錄;根據(jù)測量記錄尋求最佳的加工尺寸。

槳轂組裝后，經(jīng)校調(diào)發(fā)現(xiàn)后槳轂內(nèi)軸向的伺服活塞軸承孔的中心線走中，采用機(jī)加工方法拆除后槳轂內(nèi)軸向的伺服活塞軸承 (軸承換新)，并檢查伺服活塞軸承本體孔的中心線與槳轂前端面為基準(zhǔn)面的垂直度。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)伺服活塞軸承本體孔的中心線與槳轂前端面為基準(zhǔn)面的垂直度嚴(yán)重超差，中心線向右偏0.53 mm，向下偏0.09 mm。通過鏜伺服活塞軸承的本體孔來校直其中心線，測量孔的尺寸，并做好記錄;同時，將基準(zhǔn)定位板安裝于前槳轂的軸向司必克孔內(nèi)，把槳轂組件吊起放置于鏜床的工作臺上，槳轂組件與工作臺之間固設(shè)基準(zhǔn)墊塊，用螺栓將槳轂組件與工作臺連接整體。再將基準(zhǔn)假軸吊起插入后槳轂內(nèi)軸向的伺服活塞軸承本體孔中，并穿過安裝在前槳轂軸向司必克孔中的基準(zhǔn)定位板中間的通孔。

基準(zhǔn)假軸、基準(zhǔn)定位板安裝后，測量基準(zhǔn)假軸至槳轂內(nèi)側(cè)平面的距離;以測出距離的最大處，將槳轂內(nèi)側(cè)平面鏜平，軸孔鏜圓、軸孔兩端倒角修正，外側(cè)平面鏜平及司必克孔鏜圓，以此為基準(zhǔn)再分別鏜加工另外3處，保持槳轂內(nèi)側(cè)平面至槳轂中心線的距離相等，即“L±0.03”;安裝槳葉的槳轂軸孔的寬度尺寸相等，即 “B±0.025”;軸孔的直徑相等，即 “D±0.02”。

槳轂安裝槳葉的軸孔、平面經(jīng)機(jī)加工修理后達(dá)到了以下技術(shù)要求:同軸度≤0.025 mm;圓柱度≤0.02 mm;垂直度≤0.03 mm;軸孔內(nèi)、外兩側(cè)平面的平行度≤0.025 mm;粗糙度在Ra3.2以上，其修理的技術(shù)要求完全符合規(guī)范要求。槳轂加工工裝件的使用，消除了加工設(shè)備精度不高的缺陷，確保了槳轂的加工精度。

3)十字導(dǎo)架上的軸伸的修理。

因十字導(dǎo)架固設(shè)于推挽軸上，與推挽軸的配合采用過盈配合，無法將十字導(dǎo)架從推挽軸上拆卸，而推挽軸的長度大約8 500 mm，增加了對十字導(dǎo)架上的軸伸修理的難度。為了解決十字導(dǎo)架上的軸伸修理的問題，將推挽軸吊上車床進(jìn)行校調(diào)找中，同時在十字導(dǎo)架兩端的軸臺上車削兩個直徑相同的圓，作為基準(zhǔn)圓，再在十字導(dǎo)架一側(cè)面車削平面，作為基準(zhǔn)面。

由于十字導(dǎo)架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在車床上無法對十字導(dǎo)架上的軸伸進(jìn)行加工修理，只得在車床上找中找出鏜床加工軸伸的基準(zhǔn)面及基準(zhǔn)圓，再采用鏜床切削加工消除軸伸磨損產(chǎn)生的橢圓度。

十字導(dǎo)架上的軸伸經(jīng)機(jī)加工修理后達(dá)到了以下技術(shù)要求:同軸度≤0.01 mm;圓柱度≤0.01 mm;垂直度≤0.03 mm;圓度≤0.01 mm;粗糙度在Ra1.6以上，其修理的技術(shù)要求完全符合規(guī)范要求。

4)槳葉的修理。

根據(jù)槳葉各部位的磨損情況，制訂了槳葉的焊接工藝，也可參照中華人民共和國船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB 3369—1991《船用可調(diào)螺距螺旋槳修理技術(shù)要求》及全國船舶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB*3095—1981《民用銅合金螺旋槳補(bǔ)焊規(guī)則》中的有關(guān)要求。槳葉焊接修理時，在工裝件一側(cè)平面上焊接一段鋼管，便于槳葉焊接時均勻轉(zhuǎn)動，縮短起吊翻身時間，提高槳葉的焊接質(zhì)量。

槳葉焊補(bǔ)修理結(jié)束后，按槳葉的機(jī)加工工藝進(jìn)行對槳葉的焊補(bǔ)部位實施切削加工。在切削加工時，由于工裝件的使用，方便了槳葉在機(jī)加工時的搭裝、找中，提高了槳葉的加工精度。加工后的槳葉根部軸徑達(dá)到了以下技術(shù)要求:同軸度≤0.025 mm;圓柱度≤0.02 mm;圓度≤0.02 mm;垂直度≤0.03 mm;兩側(cè)推力面的平行度≤0.025 mm;粗糙度在Ra1.6以上，其修理的技術(shù)要求完全符合規(guī)范要求。

槳葉的機(jī)加工結(jié)束后，拆除工裝件，槳葉的螺距面、背面的焊疤打磨光潔。同時，用平板手工拂配槳葉根部端面的滑塊槽兩側(cè)工作面，再用新制的滑塊與槳葉根部端面上的滑塊槽兩側(cè)工作面進(jìn)行手工拂配。經(jīng)拂配后槳葉根部端面上的滑塊槽與新配制滑塊兩側(cè)工作面的配合間隙為0.10～0.12 mm，滑塊兩側(cè)工作面的平行度小于0.02 mm，粗糙度在Ra1.6以上?；瑝K兩側(cè)工作面與槳葉根部端面上的滑塊槽兩側(cè)工作面的實際接觸在25 mm×25 mm的面積上大于5個接觸點，實際接觸面積大于總面積的80%，其修理的技術(shù)要求完全符合規(guī)范要求。

5)可調(diào)槳裝置各運(yùn)動部件預(yù)裝、拂配修正。

槳轂、槳葉、十字導(dǎo)架等各部件機(jī)加工修復(fù)后，制訂了各運(yùn)動部件預(yù)裝、拂配修正工藝，經(jīng)過預(yù)裝、拂配修正消除了各部件之間的加工誤差。

槳轂與槳葉經(jīng)預(yù)裝后，用手工拂配消除加工誤差。經(jīng)修正后檢查，各配合面接觸均勻，槳轂的軸孔、兩側(cè)平面與槳葉根部頭頸的軸徑、兩側(cè)平面之間的配合間隙均為0.10 ～0.12 mm，軸孔的圓柱度小于0.02 mm，粗糙度在Ra1.6以上。槳葉根部的密封面與密封壓蓋經(jīng)預(yù)裝后拂配，它們之間的配合間隙為0.16～0.25 mm，密封壓蓋的修理技術(shù)要求符合規(guī)范要求。

推挽軸上的伺服活塞應(yīng)與后槳轂內(nèi)軸向新配制的伺服活塞軸承進(jìn)行手工研配。研配后，經(jīng)檢查它們之間的配合間隙為0.09 ～0.11 mm，軸承孔的圓柱度小于0.02 mm，粗糙度也在Ra1.6以上，其修理的技術(shù)要求符合規(guī)范要求?？烧{(diào)槳裝置安裝時，伺服活塞上的密封件換新。

推挽軸上的十字導(dǎo)架上的軸伸軸徑與滑塊上的軸孔進(jìn)行手工拂配，用色油檢查。經(jīng)拂配后測量檢查，滑塊的軸孔與十字導(dǎo)架上的軸伸軸徑的配合間隙為0.05～0.07 mm，并做好配對編號?；瑝K的軸孔與十字導(dǎo)架上的軸伸的實際接觸在25 mm×25 mm的面積上多于5個接觸點，實際接觸面積大于總面積的80%。十字導(dǎo)架上的軸伸的圓柱度小于0.01 mm。粗糙度在Ra1.6以上，其修理的技術(shù)要求符合規(guī)范要求。

6)可調(diào)槳軸系、可調(diào)槳裝置實施總裝工作。

根據(jù)《可調(diào)槳裝置、軸系安裝、螺距調(diào)試及調(diào)整試驗工藝》實施總裝工作。在整個總裝過程中，工藝技術(shù)人員在現(xiàn)場進(jìn)行工藝指導(dǎo)及質(zhì)量監(jiān)控，每一個影響質(zhì)量的細(xì)節(jié)都不放過?？烧{(diào)槳軸系、可調(diào)槳裝置總裝后，在塢內(nèi)進(jìn)行了靜態(tài)變距操縱試驗，變距操縱靈活，以往的故障已被消除。

4 實施效果

在塢內(nèi)對可調(diào)槳裝置進(jìn)行靜態(tài)變距操縱試驗，變距操縱靈活;在碼頭做系泊試驗，可調(diào)槳裝置進(jìn)行動態(tài)變距操縱試驗，變距操縱靈活，軸系運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。又經(jīng)實船試航校試，可調(diào)槳裝置的軸系運(yùn)轉(zhuǎn)、動態(tài)變距操縱始終處于正常穩(wěn)定的工作狀態(tài)，試驗結(jié)果令人相當(dāng)滿意?？烧{(diào)槳裝置的修理工程順利地通過驗收，徹底解決“安吉5號”船船用可調(diào)槳裝置變距操縱不靈活的問題，同時又保證了艉軸系修理的整體質(zhì)量。