三用工作船建造中軸線校中工藝控制

陶鵬飛

摘要：筆者近幾年全程參與了交通運(yùn)輸部上海打撈局籌建，由上海東真船舶工程有限公司承建的兩艘大馬力近海三用工作船的籌建和監(jiān)造工作，由于在整個(gè)船舶建造過(guò)程中采取了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，船舶建造質(zhì)量較高，得到業(yè)內(nèi)行家們的首肯。尤其是主推進(jìn)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)船舶試航及建成后交付使用檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)軸系震動(dòng)、軸承發(fā)熱等現(xiàn)象，復(fù)測(cè)軸系參數(shù)均在設(shè)備廠商要求的范圍內(nèi)，船舶的主要參數(shù)包括航速、拖力等均高于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

本文針對(duì)常規(guī)CPP推進(jìn)三用工作船建造過(guò)程中主推進(jìn)軸系校中，包括頂升關(guān)鍵工藝控制，以及一些軸系安裝過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題，結(jié)合最近建造的6600kW三用工作船實(shí)船進(jìn)行研究和總結(jié)；同時(shí)對(duì)軸線安裝精度的檢測(cè)手段和方法進(jìn)行了歸納和闡述，希望能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)施工人員和船舶監(jiān)造人員提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：合理校中 軸線頂升 軸承負(fù)荷 工藝控制

1 軸系安裝質(zhì)量對(duì)于船舶的重要意義

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外海洋工程業(yè)的飛速發(fā)展，特別是我國(guó)石油海工市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之配套服務(wù)的近海三用工作船的需求也隨之逐年增長(zhǎng)，建造數(shù)量大幅增加。為此，如何掌控好工程類船舶的建造質(zhì)量，其中特別重要、起決定性因素的主推進(jìn)軸系的安裝精度，是船舶制造領(lǐng)域技術(shù)關(guān)鍵，也是決定一艘船整體質(zhì)量主要因素之一。

主推進(jìn)軸系的安裝是船舶輪機(jī)工程的關(guān)鍵所在，船舶的軸系校中直接影響到動(dòng)力裝置工作的可靠性與安全航行。由于工程類船舶發(fā)展逐步大型化和高功率化，螺旋槳重量和軸系剛性增加，船體結(jié)構(gòu)相對(duì)變得剛性不足。如果建造時(shí)軸系校中不良可能導(dǎo)致艉軸承磨損，甚至燒毀，也可能導(dǎo)致減速齒輪嚙合不良、軸系震動(dòng)、軸承漏油等事故。

2 船舶軸線校中工藝

目前，船舶軸線校中工藝，國(guó)內(nèi)多數(shù)船廠均采用液壓千斤頂和偏移、曲折值進(jìn)行校中質(zhì)量檢測(cè)，一般軸線校中的計(jì)算書都提供這方面的安裝后的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

本文討論的6 600kW三用工作船軸系對(duì)中，同樣也采用負(fù)荷頂升法。由艉至艏依次進(jìn)行頂升，各連接法蘭之間的曲折（GAP）、偏移（SAG）等安裝數(shù)據(jù)推薦值均由軸系制造商提供。

2.1軸系校中技術(shù)

以6 600kW三用工作船為例，軸系組成主要由螺旋槳、艉軸、艉軸承、中間軸、中間軸承、CPP變距機(jī)構(gòu)、變速齒輪箱、主機(jī)、軸帶對(duì)外消防泵。（圖1）

早期的軸系校中一般采用直線對(duì)中方法，其工藝較簡(jiǎn)單，但軸系中各軸承的負(fù)荷分配往往不合理。由于螺旋槳的質(zhì)量比較大，容易產(chǎn)生艉管后軸承單邊承載的現(xiàn)象，還容易造成變速齒輪箱前、后軸承負(fù)荷差過(guò)大，使大小齒輪嚙合不良，影響軸系的正常運(yùn)行。為改善軸系中軸承的受力情況，保證軸系的正常運(yùn)行，現(xiàn)在采用一種稱之為“合理校中”的技術(shù)。合理校中的基本思想是將軸系看成彈性體，在規(guī)定的軸承負(fù)荷、軸段彎曲應(yīng)力與轉(zhuǎn)角等限制條件下，通過(guò)校中計(jì)算確定軸系中各軸承的合理位置，將軸系安裝成規(guī)定的曲線狀態(tài)，以合理分配各軸承上的負(fù)荷。實(shí)現(xiàn)軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與軸系校中設(shè)計(jì)的緊密結(jié)合，能使軸系中各軸承的負(fù)荷盡可能地合理分布，避免因螺旋槳過(guò)重而出現(xiàn)艉管后軸承偏載嚴(yán)重乃至局部過(guò)載的現(xiàn)象。

2.2 軸系校中條件

軸系校中前，校中區(qū)域船舶大規(guī)模焊接需結(jié)束；船舶下水后，螺旋槳處于半吃水狀態(tài)；主機(jī)、變速齒輪箱及附件安裝完整，所有主機(jī)、變速齒輪箱結(jié)構(gòu)件螺栓全部上緊，主機(jī)、變速齒輪箱與系統(tǒng)的接管以及舾裝件如扶梯、管系等脫離。變速齒輪箱、軸系法蘭之間應(yīng)留有滿足軸系校中的足夠的測(cè)量間隙。軸系校中模型所示位置（圖2）裝妥可調(diào)臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐的架設(shè)必須有足夠的強(qiáng)度。

校中時(shí)，要求船上停止有震動(dòng)的作業(yè)，船上設(shè)備的裝載狀態(tài)基本保持不變，無(wú)影響船舶吃水壓載的變化，油艙/柜無(wú)影響船舶吃水的大量加油。

該軸系安裝對(duì)中工藝方法基于預(yù)先計(jì)算測(cè)量在兩個(gè)未安裝法蘭之間GAP（夾角法蘭的水平距離）和SAG（夾角法蘭的垂直距離），“如圖3所示”。

圖3 軸系法蘭開口示意圖

軸線對(duì)中前首先滿足：軸處于未連接狀態(tài)；液壓聯(lián)軸節(jié)安裝于艉軸上；確認(rèn)隔艙填料函未安裝到艙壁上；俯視圖中軸線應(yīng)為直線，允許偏差±0.05mm（見(jiàn)圖3、4）。

2.3 軸系校中程序

（1）軸線處于自由狀態(tài)，通過(guò)適當(dāng)?shù)闹问馆S系抬升5mm。

（2） 艉部中間軸應(yīng)通過(guò)抬高或降低臨時(shí)支撐以及中間軸承高度來(lái)和艉軸聯(lián)軸節(jié)法蘭連接，以測(cè)得GAP和SAG的尺寸，如圖4位置1所示。

（3）艏部中間軸應(yīng)通過(guò)抬高或降低中間軸承高度來(lái)和艉部中間軸按比例對(duì)中連接，通過(guò)調(diào)整來(lái)獲得GAP和SAG的尺寸，如圖4位置2所示。

（4） 變速齒輪箱和艏部中間軸按比例對(duì)中連接，通過(guò)調(diào)整來(lái)獲得GAP和SAG的尺寸，如圖4位置3所示。中間軸必須保持固定以獲得正確的GAP和SAG的尺寸。

圖4 軸系對(duì)中數(shù)據(jù)參考值

（5） 固定好變速齒輪箱，固定螺栓按照規(guī)定扭矩?cái)Q緊。

（6）進(jìn)行頂升試驗(yàn)以修正軸系對(duì)中數(shù)據(jù)——見(jiàn)軸系頂升數(shù)據(jù)表（表一）。

考慮到主機(jī)、變速齒輪箱澆注環(huán)氧樹脂墊片的干固過(guò)程中約有1/1 000的收縮量，所以在調(diào)整主機(jī)、變速齒輪箱座時(shí)應(yīng)有意識(shí)將主機(jī)、變速齒輪箱座稍稍頂高約1/1 000×環(huán)氧厚度。

3 測(cè)量軸承負(fù)荷

3.1 軸承負(fù)荷測(cè)量方法

軸承負(fù)荷測(cè)量目前一般均采用頂升法。軸承負(fù)荷測(cè)量前，應(yīng)停止一切震動(dòng)作業(yè)。按照軸系校中計(jì)算書所示的各位置（圖2），安裝千斤頂，檢查千斤頂座架是否牢固，松開中間軸承上軸瓦。

在千斤頂所對(duì)應(yīng)的軸頸上，放置一個(gè)百分表，并檢查百分表的支架是否牢固。按動(dòng)油泵從而頂升中間軸，要求油壓每升高0.2MPa，記錄對(duì)應(yīng)的百分表讀數(shù)（即軸上升量）直到壓力上升不大但軸頸抬高較快時(shí)為止。慢慢地瀉放油壓，每降0.2MPa，記錄對(duì)應(yīng)的百分表讀數(shù)（即軸下降量），直至油壓完全釋放。繪制頂升過(guò)程升、降壓力與位移的曲線，延長(zhǎng)升壓及降壓曲線的直線段使其分別交與橫軸坐標(biāo)Pu和Pd，如圖5。

3.2 軸系頂升步驟及注意問(wèn)題

盡管頂升法的工藝已經(jīng)比較完善，且有相關(guān)校中的輔助計(jì)算的工具，整個(gè)測(cè)量校中的過(guò)程相對(duì)固定。但如果在測(cè)量的過(guò)程中在某些細(xì)節(jié)上不加小心，有可能得到一系列不正確數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)軸系進(jìn)行校中必然帶來(lái)一定的偏差。在此，本人結(jié)合多年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)軸系校中檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，歸納頂升過(guò)程的主要步驟，以及頂升過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題歸納如下：

（1） 為了減少測(cè)量時(shí)的誤差，最好選用新購(gòu)置的千斤頂。因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)量時(shí)我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)千斤頂?shù)倪\(yùn)行不平穩(wěn)或漏泄，造成數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。在讀數(shù)據(jù)時(shí)，要等表針?lè)€(wěn)定后再讀取，防止不必要的誤差。

（2） 在中間軸承基座旁焊一個(gè)小支座，且支座要有足夠的強(qiáng)度和剛度，放置液壓千斤頂，用它將中間軸逐步頂起，直到被測(cè)軸承與軸頸完全脫空。在頂起中間軸的過(guò)程中，用百分表記錄軸的升高量，并同時(shí)記錄下千斤頂相對(duì)應(yīng)的表壓值。

（3） 將百分表歸零，此時(shí)千斤頂剛剛與中間軸接觸，而后對(duì)油泵進(jìn)行加壓，利用千斤頂將軸分“檔位”慢慢地頂起來(lái)，并隨時(shí)記錄下中間軸的位移量和相應(yīng)的千斤頂表壓。在軸承脫空后再頂起一段距離，但軸頸頂起的高度不能超過(guò)中間軸承的裝配間隙。然后慢慢地分“檔位”泄油，使軸慢慢地下降，同樣記錄軸的下降位移量和相對(duì)應(yīng)的千斤頂表壓。

（4） 負(fù)荷測(cè)量前，軸系臨時(shí)支承均已拆除，軸系無(wú)任何附加物。施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要整潔安全，應(yīng)不受振動(dòng)、高分貝噪音作業(yè)干擾。

（5） 安裝頂升油泵部位，應(yīng)考慮船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)測(cè)量精度的影響，如因內(nèi)底板太薄、肋骨間距過(guò)大而引起的變形，須采取相應(yīng)措施消除。

（6） 頂升油泵面積必須核實(shí)，油泵應(yīng)無(wú)滲漏現(xiàn)象，壓力表經(jīng)計(jì)量室檢驗(yàn)合格，要有合格證件，表面值應(yīng)在要求范圍內(nèi)。

（7） 測(cè)量中間軸頂升過(guò)程位移量的數(shù)值所選用的百分表亦須經(jīng)計(jì)量室鑒定，百分表安裝位置與泵中心在同一截面上，且通過(guò)垂直中心。百分表安裝須與軸系隔離，且無(wú)振動(dòng)影響。

（8） 頂升油泵安裝的軸向位置，要選在中間軸承軸瓦中心向前或向后一定距離，該距離應(yīng)為整數(shù)，以便于修正時(shí)查表選取修正系數(shù)值。

（9） 軸承負(fù)荷測(cè)試時(shí)，應(yīng)將軸承螺栓旋松，軸承蓋吊起，以防止碰撞摩擦等影響測(cè)量精度。

（10） 軸承負(fù)荷測(cè)試，須通過(guò)作圖求出軸承負(fù)荷，為使作圖正確，須過(guò)細(xì)地進(jìn)行測(cè)量，要求油泵油壓每升高或降低0.2MPa，記錄對(duì)應(yīng)的百分表讀數(shù)（即軸上升量或下降量）。

（11） 對(duì)軸承負(fù)荷測(cè)定，船東和船檢部門都很重視，為使測(cè)試工作順利進(jìn)行，船廠需做好充分的準(zhǔn)備工作。測(cè)量完后輸入電腦繪制出相應(yīng)的曲線，通過(guò)計(jì)算及時(shí)得出測(cè)試數(shù)據(jù)，再與軸系供應(yīng)商提供的推薦值相比較，根據(jù)比較結(jié)果，得出軸系安裝精度，同時(shí)也為軸系修正提供依據(jù)。

3.3 頂升法實(shí)例分析

以6 600kW三用船左艉管前軸承（jack1）頂升位置（圖2）為例：在頂升法測(cè)量艉軸承負(fù)荷時(shí)，根據(jù)上述步驟，得到了如圖5所示壓力與位移的曲線。

在該圖曲線中，有一部分不同于傳統(tǒng)的頂舉曲線圖中周圍標(biāo)出的部分，按計(jì)算書及通常的數(shù)據(jù)分析方法支撐頂升時(shí)，當(dāng)油壓達(dá)到一定值的瞬間，液壓千斤頂?shù)呢?fù)荷增加不大，但軸抬起較快時(shí)，此時(shí)的拐點(diǎn)，圖中將發(fā)現(xiàn)有兩次類似的情況出現(xiàn)。這是因?yàn)椋阂簤呵Ы镯斏系淖枇κ遣豢杀苊獾模?fù)荷響應(yīng)的曲線在一定范圍內(nèi)存在滯后；由于艉管結(jié)構(gòu)的特殊性，在負(fù)荷由軸承完全轉(zhuǎn)移到液壓千斤頂上時(shí)，受到螺旋槳的浮力，艉管內(nèi)油壓波動(dòng)的影響，以及艉管后軸承與前軸承不像其他軸承的負(fù)荷曲線均勻，而出現(xiàn)波動(dòng)。

由于會(huì)受上述因素的干擾，所以在測(cè)量時(shí)，應(yīng)緩慢升高油泵的壓力，待油泵壓力達(dá)到穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)值，以消除液體壓力滯后的影響。在進(jìn)行軸承負(fù)荷曲線分析時(shí)，根據(jù)軸承的間隙頂舉時(shí)不能超過(guò)1mm的限制，通常取大于0.20mm為數(shù)據(jù)分析段，將作圖測(cè)得的數(shù)據(jù)代入下面公式計(jì)算。

軸承負(fù)荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）

式中：A—液壓千斤頂活塞面積（mm2），實(shí)測(cè)取

6 358.5mm?

C—距離修正系數(shù)，取0.93 ，見(jiàn)下面表一 。

Pu—為升壓曲線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)，頂起負(fù)荷（bar）。（參見(jiàn)圖5）

Pd—為降壓曲線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)，下降負(fù)荷（bar）。（參見(jiàn)圖5）

下表一為軸系生產(chǎn)廠商提供的左舷軸系頂升數(shù)據(jù)（推薦值），根據(jù)實(shí)際測(cè)得的軸承負(fù)荷與推薦值相比較，數(shù)據(jù)顯示左艉管前軸承的負(fù)荷比推薦值略小，但在允許范圍內(nèi)。

表一 左舷軸系頂升數(shù)據(jù)（推薦值）

軸承 頂升位置 軸承負(fù)荷（KN） 頂升系數(shù)C

前艉管 Jack（1） 22.1 0.93

中間軸 Jack（2） 19.9 1.02

中間軸 Jack（3） 22.3 0.99

齒輪箱后軸承 Jack（4） 16.7 1.74

4 影響軸系校中的兩大因素

通常三用工作船的軸線校中工作，船廠一般都是在船舶下水后系泊在碼頭時(shí)進(jìn)行。由于受到客觀條件的限制，校中時(shí)船舶的負(fù)載狀況與船舶正常航行時(shí)裝載狀況有較大差距，而載況對(duì)船體變形的影響趨勢(shì)不可預(yù)測(cè)。然而在實(shí)際工況時(shí)，對(duì)于某些船型（如長(zhǎng)艉軸類三用船或供應(yīng)船），軸系的軸向尺寸較大，軸承的數(shù)目較多，船體變形會(huì)使軸系的各個(gè)軸承處產(chǎn)生較大的相對(duì)位移，影響軸系的反力分布。在這種情況下，考慮船體變形對(duì)軸系對(duì)中的影響很有必要。

此外，從船舶出塢或下水在系泊碼頭漂浮，具備軸系校中條件開始，到主機(jī)、變速齒輪箱定位、安裝結(jié)束，至少要經(jīng)歷兩三個(gè)月的時(shí)間。在這期間里，氣溫變化對(duì)船體變形的影響也是不可預(yù)測(cè)的。然而在軸系校中期間，溫度變化對(duì)校中的影響很大。另外，考慮主機(jī)、變速齒輪箱從冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)時(shí)機(jī)座因熱膨脹而相對(duì)于中間軸抬高更多，在這種情況下船體與軸線的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，各軸承負(fù)荷同時(shí)也會(huì)發(fā)生變化，所以此因素也得考慮在內(nèi)。

5 軸系校中時(shí)需注意的問(wèn)題

首先要了解軸系校中計(jì)算書中是否對(duì)艉管軸承有偏斜的要求。也就是艉管前后軸承是同心還是后軸承后部有一定的向下傾斜。如果艉管前后軸承呈同心狀態(tài)，則艉軸與艉管軸承會(huì)有不同的軸角度。一般地說(shuō)該角度越小說(shuō)明軸與軸承的貼合情況越好，軸與軸承的運(yùn)行就越不容易出現(xiàn)問(wèn)題?，F(xiàn)在，有許多船東或船廠在軸系訂貨時(shí)，艉軸承（前/后）與艉軸管裝配后由設(shè)備商配套供應(yīng)，保證兩者的同心度，船廠在安裝時(shí)只需精確定位艉軸管即可。

軸系校中時(shí)對(duì)船舶漂浮吃水狀態(tài)的要求是：保證船體后部吃水高于軸線0.5m以上。實(shí)踐證明，船體艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的溫差變化對(duì)船體艉部變形的影響就越小，而船舶完全空載出現(xiàn)的艏艉吃水差距較大的狀況引起的船體艉部的變形完全在軸系校中時(shí)考慮的預(yù)變范圍之內(nèi)。

軸系校正的檢查應(yīng)在上午9：00之前或陰雨天或晚上進(jìn)行，并要求盡可能連續(xù)完成，不可以分兩次檢驗(yàn)。

關(guān)于軸系各對(duì)法蘭的SAG和GAP值要求，雖然各軸法蘭連接后仍可能對(duì)中間軸承進(jìn)行一定幅度的調(diào)整，但仍應(yīng)按要求進(jìn)行，即按軸系校中計(jì)算書中規(guī)定的數(shù)值，考慮±0.05mm的公差進(jìn)行驗(yàn)收。

有關(guān)軸承負(fù)荷（主要包括艉管前軸承、各中間軸承、變速齒輪箱軸承負(fù)荷）檢測(cè)，首先必須弄清楚各軸承的最大允許負(fù)荷為多少（由軸系生產(chǎn)商提供）。對(duì)于各中間軸承負(fù)荷要求盡可能地調(diào)整在其理論負(fù)荷的±20%的范圍之內(nèi)，對(duì)于變速齒輪箱軸承負(fù)荷，要求盡可能地調(diào)整在公司推薦的軸承允許負(fù)荷的下限值。

6 結(jié)束語(yǔ)

軸系校中既涉及理論計(jì)算又與現(xiàn)場(chǎng)施工密切相關(guān)，因此，在施工中必需按照《軸系校中計(jì)算書》，嚴(yán)格把控軸系校中工藝要求，合理校中，使各軸承的負(fù)荷和軸上的彎曲力矩得到合理的分配，從而提高軸系設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作可靠性，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的軸系故障而造成不可挽回的損失。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸俊岫.船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn).哈爾濱工程大學(xué)出版社

[2]周繼良、鄒鴻鈞.船舶軸系校中原理及其應(yīng)用.人民交通出版社

3.2 軸系頂升步驟及注意問(wèn)題

盡管頂升法的工藝已經(jīng)比較完善，且有相關(guān)校中的輔助計(jì)算的工具，整個(gè)測(cè)量校中的過(guò)程相對(duì)固定。但如果在測(cè)量的過(guò)程中在某些細(xì)節(jié)上不加小心，有可能得到一系列不正確數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)軸系進(jìn)行校中必然帶來(lái)一定的偏差。在此，本人結(jié)合多年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)軸系校中檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，歸納頂升過(guò)程的主要步驟，以及頂升過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題歸納如下：

（1） 為了減少測(cè)量時(shí)的誤差，最好選用新購(gòu)置的千斤頂。因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)量時(shí)我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)千斤頂?shù)倪\(yùn)行不平穩(wěn)或漏泄，造成數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。在讀數(shù)據(jù)時(shí)，要等表針?lè)€(wěn)定后再讀取，防止不必要的誤差。

（2） 在中間軸承基座旁焊一個(gè)小支座，且支座要有足夠的強(qiáng)度和剛度，放置液壓千斤頂，用它將中間軸逐步頂起，直到被測(cè)軸承與軸頸完全脫空。在頂起中間軸的過(guò)程中，用百分表記錄軸的升高量，并同時(shí)記錄下千斤頂相對(duì)應(yīng)的表壓值。

（3） 將百分表歸零，此時(shí)千斤頂剛剛與中間軸接觸，而后對(duì)油泵進(jìn)行加壓，利用千斤頂將軸分“檔位”慢慢地頂起來(lái)，并隨時(shí)記錄下中間軸的位移量和相應(yīng)的千斤頂表壓。在軸承脫空后再頂起一段距離，但軸頸頂起的高度不能超過(guò)中間軸承的裝配間隙。然后慢慢地分“檔位”泄油，使軸慢慢地下降，同樣記錄軸的下降位移量和相對(duì)應(yīng)的千斤頂表壓。

（4） 負(fù)荷測(cè)量前，軸系臨時(shí)支承均已拆除，軸系無(wú)任何附加物。施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要整潔安全，應(yīng)不受振動(dòng)、高分貝噪音作業(yè)干擾。

（5） 安裝頂升油泵部位，應(yīng)考慮船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)測(cè)量精度的影響，如因內(nèi)底板太薄、肋骨間距過(guò)大而引起的變形，須采取相應(yīng)措施消除。

（6） 頂升油泵面積必須核實(shí)，油泵應(yīng)無(wú)滲漏現(xiàn)象，壓力表經(jīng)計(jì)量室檢驗(yàn)合格，要有合格證件，表面值應(yīng)在要求范圍內(nèi)。

（7） 測(cè)量中間軸頂升過(guò)程位移量的數(shù)值所選用的百分表亦須經(jīng)計(jì)量室鑒定，百分表安裝位置與泵中心在同一截面上，且通過(guò)垂直中心。百分表安裝須與軸系隔離，且無(wú)振動(dòng)影響。

（8） 頂升油泵安裝的軸向位置，要選在中間軸承軸瓦中心向前或向后一定距離，該距離應(yīng)為整數(shù)，以便于修正時(shí)查表選取修正系數(shù)值。

（9） 軸承負(fù)荷測(cè)試時(shí)，應(yīng)將軸承螺栓旋松，軸承蓋吊起，以防止碰撞摩擦等影響測(cè)量精度。

（10） 軸承負(fù)荷測(cè)試，須通過(guò)作圖求出軸承負(fù)荷，為使作圖正確，須過(guò)細(xì)地進(jìn)行測(cè)量，要求油泵油壓每升高或降低0.2MPa，記錄對(duì)應(yīng)的百分表讀數(shù)（即軸上升量或下降量）。

（11） 對(duì)軸承負(fù)荷測(cè)定，船東和船檢部門都很重視，為使測(cè)試工作順利進(jìn)行，船廠需做好充分的準(zhǔn)備工作。測(cè)量完后輸入電腦繪制出相應(yīng)的曲線，通過(guò)計(jì)算及時(shí)得出測(cè)試數(shù)據(jù)，再與軸系供應(yīng)商提供的推薦值相比較，根據(jù)比較結(jié)果，得出軸系安裝精度，同時(shí)也為軸系修正提供依據(jù)。

3.3 頂升法實(shí)例分析

以6 600kW三用船左艉管前軸承（jack1）頂升位置（圖2）為例：在頂升法測(cè)量艉軸承負(fù)荷時(shí)，根據(jù)上述步驟，得到了如圖5所示壓力與位移的曲線。

在該圖曲線中，有一部分不同于傳統(tǒng)的頂舉曲線圖中周圍標(biāo)出的部分，按計(jì)算書及通常的數(shù)據(jù)分析方法支撐頂升時(shí)，當(dāng)油壓達(dá)到一定值的瞬間，液壓千斤頂?shù)呢?fù)荷增加不大，但軸抬起較快時(shí)，此時(shí)的拐點(diǎn)，圖中將發(fā)現(xiàn)有兩次類似的情況出現(xiàn)。這是因?yàn)椋阂簤呵Ы镯斏系淖枇κ遣豢杀苊獾?，?fù)荷響應(yīng)的曲線在一定范圍內(nèi)存在滯后；由于艉管結(jié)構(gòu)的特殊性，在負(fù)荷由軸承完全轉(zhuǎn)移到液壓千斤頂上時(shí)，受到螺旋槳的浮力，艉管內(nèi)油壓波動(dòng)的影響，以及艉管后軸承與前軸承不像其他軸承的負(fù)荷曲線均勻，而出現(xiàn)波動(dòng)。

由于會(huì)受上述因素的干擾，所以在測(cè)量時(shí)，應(yīng)緩慢升高油泵的壓力，待油泵壓力達(dá)到穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)值，以消除液體壓力滯后的影響。在進(jìn)行軸承負(fù)荷曲線分析時(shí)，根據(jù)軸承的間隙頂舉時(shí)不能超過(guò)1mm的限制，通常取大于0.20mm為數(shù)據(jù)分析段，將作圖測(cè)得的數(shù)據(jù)代入下面公式計(jì)算。

軸承負(fù)荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）

式中：A—液壓千斤頂活塞面積（mm2），實(shí)測(cè)取

6 358.5mm?

C—距離修正系數(shù)，取0.93 ，見(jiàn)下面表一 。

Pu—為升壓曲線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)，頂起負(fù)荷（bar）。（參見(jiàn)圖5）

Pd—為降壓曲線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)，下降負(fù)荷（bar）。（參見(jiàn)圖5）

下表一為軸系生產(chǎn)廠商提供的左舷軸系頂升數(shù)據(jù)（推薦值），根據(jù)實(shí)際測(cè)得的軸承負(fù)荷與推薦值相比較，數(shù)據(jù)顯示左艉管前軸承的負(fù)荷比推薦值略小，但在允許范圍內(nèi)。

表一 左舷軸系頂升數(shù)據(jù)（推薦值）

軸承 頂升位置 軸承負(fù)荷（KN） 頂升系數(shù)C

前艉管 Jack（1） 22.1 0.93

中間軸 Jack（2） 19.9 1.02

中間軸 Jack（3） 22.3 0.99

齒輪箱后軸承 Jack（4） 16.7 1.74

4 影響軸系校中的兩大因素

通常三用工作船的軸線校中工作，船廠一般都是在船舶下水后系泊在碼頭時(shí)進(jìn)行。由于受到客觀條件的限制，校中時(shí)船舶的負(fù)載狀況與船舶正常航行時(shí)裝載狀況有較大差距，而載況對(duì)船體變形的影響趨勢(shì)不可預(yù)測(cè)。然而在實(shí)際工況時(shí)，對(duì)于某些船型（如長(zhǎng)艉軸類三用船或供應(yīng)船），軸系的軸向尺寸較大，軸承的數(shù)目較多，船體變形會(huì)使軸系的各個(gè)軸承處產(chǎn)生較大的相對(duì)位移，影響軸系的反力分布。在這種情況下，考慮船體變形對(duì)軸系對(duì)中的影響很有必要。

此外，從船舶出塢或下水在系泊碼頭漂浮，具備軸系校中條件開始，到主機(jī)、變速齒輪箱定位、安裝結(jié)束，至少要經(jīng)歷兩三個(gè)月的時(shí)間。在這期間里，氣溫變化對(duì)船體變形的影響也是不可預(yù)測(cè)的。然而在軸系校中期間，溫度變化對(duì)校中的影響很大。另外，考慮主機(jī)、變速齒輪箱從冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)時(shí)機(jī)座因熱膨脹而相對(duì)于中間軸抬高更多，在這種情況下船體與軸線的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，各軸承負(fù)荷同時(shí)也會(huì)發(fā)生變化，所以此因素也得考慮在內(nèi)。

5 軸系校中時(shí)需注意的問(wèn)題

首先要了解軸系校中計(jì)算書中是否對(duì)艉管軸承有偏斜的要求。也就是艉管前后軸承是同心還是后軸承后部有一定的向下傾斜。如果艉管前后軸承呈同心狀態(tài)，則艉軸與艉管軸承會(huì)有不同的軸角度。一般地說(shuō)該角度越小說(shuō)明軸與軸承的貼合情況越好，軸與軸承的運(yùn)行就越不容易出現(xiàn)問(wèn)題?，F(xiàn)在，有許多船東或船廠在軸系訂貨時(shí)，艉軸承（前/后）與艉軸管裝配后由設(shè)備商配套供應(yīng)，保證兩者的同心度，船廠在安裝時(shí)只需精確定位艉軸管即可。

軸系校中時(shí)對(duì)船舶漂浮吃水狀態(tài)的要求是：保證船體后部吃水高于軸線0.5m以上。實(shí)踐證明，船體艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的溫差變化對(duì)船體艉部變形的影響就越小，而船舶完全空載出現(xiàn)的艏艉吃水差距較大的狀況引起的船體艉部的變形完全在軸系校中時(shí)考慮的預(yù)變范圍之內(nèi)。

軸系校正的檢查應(yīng)在上午9：00之前或陰雨天或晚上進(jìn)行，并要求盡可能連續(xù)完成，不可以分兩次檢驗(yàn)。

關(guān)于軸系各對(duì)法蘭的SAG和GAP值要求，雖然各軸法蘭連接后仍可能對(duì)中間軸承進(jìn)行一定幅度的調(diào)整，但仍應(yīng)按要求進(jìn)行，即按軸系校中計(jì)算書中規(guī)定的數(shù)值，考慮±0.05mm的公差進(jìn)行驗(yàn)收。

有關(guān)軸承負(fù)荷（主要包括艉管前軸承、各中間軸承、變速齒輪箱軸承負(fù)荷）檢測(cè)，首先必須弄清楚各軸承的最大允許負(fù)荷為多少（由軸系生產(chǎn)商提供）。對(duì)于各中間軸承負(fù)荷要求盡可能地調(diào)整在其理論負(fù)荷的±20%的范圍之內(nèi)，對(duì)于變速齒輪箱軸承負(fù)荷，要求盡可能地調(diào)整在公司推薦的軸承允許負(fù)荷的下限值。

6 結(jié)束語(yǔ)

軸系校中既涉及理論計(jì)算又與現(xiàn)場(chǎng)施工密切相關(guān)，因此，在施工中必需按照《軸系校中計(jì)算書》，嚴(yán)格把控軸系校中工藝要求，合理校中，使各軸承的負(fù)荷和軸上的彎曲力矩得到合理的分配，從而提高軸系設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作可靠性，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的軸系故障而造成不可挽回的損失。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸俊岫.船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn).哈爾濱工程大學(xué)出版社

[2]周繼良、鄒鴻鈞.船舶軸系校中原理及其應(yīng)用.人民交通出版社

3.2 軸系頂升步驟及注意問(wèn)題

盡管頂升法的工藝已經(jīng)比較完善，且有相關(guān)校中的輔助計(jì)算的工具，整個(gè)測(cè)量校中的過(guò)程相對(duì)固定。但如果在測(cè)量的過(guò)程中在某些細(xì)節(jié)上不加小心，有可能得到一系列不正確數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)軸系進(jìn)行校中必然帶來(lái)一定的偏差。在此，本人結(jié)合多年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)軸系校中檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，歸納頂升過(guò)程的主要步驟，以及頂升過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題歸納如下：

（1） 為了減少測(cè)量時(shí)的誤差，最好選用新購(gòu)置的千斤頂。因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)量時(shí)我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)千斤頂?shù)倪\(yùn)行不平穩(wěn)或漏泄，造成數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。在讀數(shù)據(jù)時(shí)，要等表針?lè)€(wěn)定后再讀取，防止不必要的誤差。

（2） 在中間軸承基座旁焊一個(gè)小支座，且支座要有足夠的強(qiáng)度和剛度，放置液壓千斤頂，用它將中間軸逐步頂起，直到被測(cè)軸承與軸頸完全脫空。在頂起中間軸的過(guò)程中，用百分表記錄軸的升高量，并同時(shí)記錄下千斤頂相對(duì)應(yīng)的表壓值。

（3） 將百分表歸零，此時(shí)千斤頂剛剛與中間軸接觸，而后對(duì)油泵進(jìn)行加壓，利用千斤頂將軸分“檔位”慢慢地頂起來(lái)，并隨時(shí)記錄下中間軸的位移量和相應(yīng)的千斤頂表壓。在軸承脫空后再頂起一段距離，但軸頸頂起的高度不能超過(guò)中間軸承的裝配間隙。然后慢慢地分“檔位”泄油，使軸慢慢地下降，同樣記錄軸的下降位移量和相對(duì)應(yīng)的千斤頂表壓。

（4） 負(fù)荷測(cè)量前，軸系臨時(shí)支承均已拆除，軸系無(wú)任何附加物。施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要整潔安全，應(yīng)不受振動(dòng)、高分貝噪音作業(yè)干擾。

（5） 安裝頂升油泵部位，應(yīng)考慮船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)測(cè)量精度的影響，如因內(nèi)底板太薄、肋骨間距過(guò)大而引起的變形，須采取相應(yīng)措施消除。

（6） 頂升油泵面積必須核實(shí)，油泵應(yīng)無(wú)滲漏現(xiàn)象，壓力表經(jīng)計(jì)量室檢驗(yàn)合格，要有合格證件，表面值應(yīng)在要求范圍內(nèi)。

（7） 測(cè)量中間軸頂升過(guò)程位移量的數(shù)值所選用的百分表亦須經(jīng)計(jì)量室鑒定，百分表安裝位置與泵中心在同一截面上，且通過(guò)垂直中心。百分表安裝須與軸系隔離，且無(wú)振動(dòng)影響。

（8） 頂升油泵安裝的軸向位置，要選在中間軸承軸瓦中心向前或向后一定距離，該距離應(yīng)為整數(shù)，以便于修正時(shí)查表選取修正系數(shù)值。

（9） 軸承負(fù)荷測(cè)試時(shí)，應(yīng)將軸承螺栓旋松，軸承蓋吊起，以防止碰撞摩擦等影響測(cè)量精度。

（10） 軸承負(fù)荷測(cè)試，須通過(guò)作圖求出軸承負(fù)荷，為使作圖正確，須過(guò)細(xì)地進(jìn)行測(cè)量，要求油泵油壓每升高或降低0.2MPa，記錄對(duì)應(yīng)的百分表讀數(shù)（即軸上升量或下降量）。

（11） 對(duì)軸承負(fù)荷測(cè)定，船東和船檢部門都很重視，為使測(cè)試工作順利進(jìn)行，船廠需做好充分的準(zhǔn)備工作。測(cè)量完后輸入電腦繪制出相應(yīng)的曲線，通過(guò)計(jì)算及時(shí)得出測(cè)試數(shù)據(jù)，再與軸系供應(yīng)商提供的推薦值相比較，根據(jù)比較結(jié)果，得出軸系安裝精度，同時(shí)也為軸系修正提供依據(jù)。

3.3 頂升法實(shí)例分析

以6 600kW三用船左艉管前軸承（jack1）頂升位置（圖2）為例：在頂升法測(cè)量艉軸承負(fù)荷時(shí)，根據(jù)上述步驟，得到了如圖5所示壓力與位移的曲線。

在該圖曲線中，有一部分不同于傳統(tǒng)的頂舉曲線圖中周圍標(biāo)出的部分，按計(jì)算書及通常的數(shù)據(jù)分析方法支撐頂升時(shí)，當(dāng)油壓達(dá)到一定值的瞬間，液壓千斤頂?shù)呢?fù)荷增加不大，但軸抬起較快時(shí)，此時(shí)的拐點(diǎn)，圖中將發(fā)現(xiàn)有兩次類似的情況出現(xiàn)。這是因?yàn)椋阂簤呵Ы镯斏系淖枇κ遣豢杀苊獾?，?fù)荷響應(yīng)的曲線在一定范圍內(nèi)存在滯后；由于艉管結(jié)構(gòu)的特殊性，在負(fù)荷由軸承完全轉(zhuǎn)移到液壓千斤頂上時(shí)，受到螺旋槳的浮力，艉管內(nèi)油壓波動(dòng)的影響，以及艉管后軸承與前軸承不像其他軸承的負(fù)荷曲線均勻，而出現(xiàn)波動(dòng)。

由于會(huì)受上述因素的干擾，所以在測(cè)量時(shí)，應(yīng)緩慢升高油泵的壓力，待油泵壓力達(dá)到穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)值，以消除液體壓力滯后的影響。在進(jìn)行軸承負(fù)荷曲線分析時(shí)，根據(jù)軸承的間隙頂舉時(shí)不能超過(guò)1mm的限制，通常取大于0.20mm為數(shù)據(jù)分析段，將作圖測(cè)得的數(shù)據(jù)代入下面公式計(jì)算。

軸承負(fù)荷：R = C×A × ≈20.12 （KN）

式中：A—液壓千斤頂活塞面積（mm2），實(shí)測(cè)取

6 358.5mm?

C—距離修正系數(shù)，取0.93 ，見(jiàn)下面表一 。

Pu—為升壓曲線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)，頂起負(fù)荷（bar）。（參見(jiàn)圖5）

Pd—為降壓曲線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)，下降負(fù)荷（bar）。（參見(jiàn)圖5）

下表一為軸系生產(chǎn)廠商提供的左舷軸系頂升數(shù)據(jù)（推薦值），根據(jù)實(shí)際測(cè)得的軸承負(fù)荷與推薦值相比較，數(shù)據(jù)顯示左艉管前軸承的負(fù)荷比推薦值略小，但在允許范圍內(nèi)。

表一 左舷軸系頂升數(shù)據(jù)（推薦值）

軸承 頂升位置 軸承負(fù)荷（KN） 頂升系數(shù)C

前艉管 Jack（1） 22.1 0.93

中間軸 Jack（2） 19.9 1.02

中間軸 Jack（3） 22.3 0.99

齒輪箱后軸承 Jack（4） 16.7 1.74

4 影響軸系校中的兩大因素

通常三用工作船的軸線校中工作，船廠一般都是在船舶下水后系泊在碼頭時(shí)進(jìn)行。由于受到客觀條件的限制，校中時(shí)船舶的負(fù)載狀況與船舶正常航行時(shí)裝載狀況有較大差距，而載況對(duì)船體變形的影響趨勢(shì)不可預(yù)測(cè)。然而在實(shí)際工況時(shí)，對(duì)于某些船型（如長(zhǎng)艉軸類三用船或供應(yīng)船），軸系的軸向尺寸較大，軸承的數(shù)目較多，船體變形會(huì)使軸系的各個(gè)軸承處產(chǎn)生較大的相對(duì)位移，影響軸系的反力分布。在這種情況下，考慮船體變形對(duì)軸系對(duì)中的影響很有必要。

此外，從船舶出塢或下水在系泊碼頭漂浮，具備軸系校中條件開始，到主機(jī)、變速齒輪箱定位、安裝結(jié)束，至少要經(jīng)歷兩三個(gè)月的時(shí)間。在這期間里，氣溫變化對(duì)船體變形的影響也是不可預(yù)測(cè)的。然而在軸系校中期間，溫度變化對(duì)校中的影響很大。另外，考慮主機(jī)、變速齒輪箱從冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)時(shí)機(jī)座因熱膨脹而相對(duì)于中間軸抬高更多，在這種情況下船體與軸線的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，各軸承負(fù)荷同時(shí)也會(huì)發(fā)生變化，所以此因素也得考慮在內(nèi)。

5 軸系校中時(shí)需注意的問(wèn)題

首先要了解軸系校中計(jì)算書中是否對(duì)艉管軸承有偏斜的要求。也就是艉管前后軸承是同心還是后軸承后部有一定的向下傾斜。如果艉管前后軸承呈同心狀態(tài)，則艉軸與艉管軸承會(huì)有不同的軸角度。一般地說(shuō)該角度越小說(shuō)明軸與軸承的貼合情況越好，軸與軸承的運(yùn)行就越不容易出現(xiàn)問(wèn)題?，F(xiàn)在，有許多船東或船廠在軸系訂貨時(shí)，艉軸承（前/后）與艉軸管裝配后由設(shè)備商配套供應(yīng)，保證兩者的同心度，船廠在安裝時(shí)只需精確定位艉軸管即可。

軸系校中時(shí)對(duì)船舶漂浮吃水狀態(tài)的要求是：保證船體后部吃水高于軸線0.5m以上。實(shí)踐證明，船體艉部吃水越大，浸水越多，日光照射引起的溫差變化對(duì)船體艉部變形的影響就越小，而船舶完全空載出現(xiàn)的艏艉吃水差距較大的狀況引起的船體艉部的變形完全在軸系校中時(shí)考慮的預(yù)變范圍之內(nèi)。

軸系校正的檢查應(yīng)在上午9：00之前或陰雨天或晚上進(jìn)行，并要求盡可能連續(xù)完成，不可以分兩次檢驗(yàn)。

關(guān)于軸系各對(duì)法蘭的SAG和GAP值要求，雖然各軸法蘭連接后仍可能對(duì)中間軸承進(jìn)行一定幅度的調(diào)整，但仍應(yīng)按要求進(jìn)行，即按軸系校中計(jì)算書中規(guī)定的數(shù)值，考慮±0.05mm的公差進(jìn)行驗(yàn)收。

有關(guān)軸承負(fù)荷（主要包括艉管前軸承、各中間軸承、變速齒輪箱軸承負(fù)荷）檢測(cè)，首先必須弄清楚各軸承的最大允許負(fù)荷為多少（由軸系生產(chǎn)商提供）。對(duì)于各中間軸承負(fù)荷要求盡可能地調(diào)整在其理論負(fù)荷的±20%的范圍之內(nèi)，對(duì)于變速齒輪箱軸承負(fù)荷，要求盡可能地調(diào)整在公司推薦的軸承允許負(fù)荷的下限值。

6 結(jié)束語(yǔ)

軸系校中既涉及理論計(jì)算又與現(xiàn)場(chǎng)施工密切相關(guān)，因此，在施工中必需按照《軸系校中計(jì)算書》，嚴(yán)格把控軸系校中工藝要求，合理校中，使各軸承的負(fù)荷和軸上的彎曲力矩得到合理的分配，從而提高軸系設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作可靠性，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的軸系故障而造成不可挽回的損失。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸俊岫.船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn).哈爾濱工程大學(xué)出版社

[2]周繼良、鄒鴻鈞.船舶軸系校中原理及其應(yīng)用.人民交通出版社