船舶推進軸系鎖緊裝置的設計與應用

王樹山,都基旭

（大連中遠船務工程有限公司 技術中心，遼寧大連 116113）

0 引言

對于雙推進軸系船舶，無論是配備定距槳還是調距槳，一般均需要為每個推進軸系配備軸系鎖緊裝置。當船舶停機檢修時，或當一個軸系正常運轉推進船舶行駛，另一軸系因故停止時，需要在軸系上設置鎖緊裝置，將停止工作的軸系鎖定，特別是對于定距槳，防止其螺旋槳在水流的作用下被動地帶動軸系旋轉，從而保護齒輪箱和主機及軸系等設備。為保證軸系在鎖緊工況下處于穩(wěn)定的鎖緊狀態(tài)，并且便于操作，則需要根據(jù)建造船型的軸系布置特點，選用或設計合適類型的鎖軸裝置。大連中遠船務建造的ERRV項目（emergency response rescue vessel，應急響應救援船）是典型的緊湊型海工輔助船舶。船長僅62 m，設置雙軸系推進，每個軸系周圍空間緊湊，對鎖軸裝置的尺寸和操作易用性要求較高。因此需要根據(jù)軸系的實際布置情況和制動力矩的要求，設計合適有效的鎖軸裝置。

1 鎖軸裝置類型及比較

目前在實際的船舶應用中，鎖軸裝置[1]主要分兩種：制動盤式鎖軸裝置和非制動盤式鎖軸裝置。

1.1 制動盤式鎖軸裝置

制動盤式鎖軸裝置分為盤式鎖軸裝置和銷式鎖軸裝置。盤式鎖軸裝置是指在軸系上安裝較大制動盤，通過剎車帶動抱緊制動盤，進而鎖緊螺旋槳軸系，常應用于調距槳船舶。銷式鎖軸裝置同樣是在軸系上設置較大的制動盤，盤上在圓周方向加工有若干銷孔，當要鎖軸時，將制動銷插入制動盤上的銷孔中，進行軸系鎖緊。

制動盤式鎖軸裝置加工制作相對復雜，成本較高，安裝時占用空間較大，使用及安裝不便，鎖軸裝置工作狀態(tài)信號不易輸出等[2]。因此，為克服上述缺點，現(xiàn)在船舶采用的鎖軸裝置大部分使用螺旋槳法蘭鎖軸裝置。

1.2 非制動盤式鎖軸裝置

非制動盤式鎖軸裝置包括軸系法蘭鉆孔式和法蘭開槽式。軸系法蘭鎖軸裝置（鉆孔式）固定軸系，如圖1所示，即采用鎖軸銷卡入法蘭鉆孔的方式來實現(xiàn)螺旋槳軸系的鎖定，其優(yōu)點是與制動盤式鎖軸以及銷式鎖軸相比，螺旋槳軸系法蘭代替制動盤，體積較小，制造成本低，結構簡單，安裝及維修方便，鎖緊力較大，對軸系的鎖定牢固，在外力作用下不易脫開。缺點是法蘭鉆孔會影響法蘭強度，因此設計此鎖軸裝置時應考慮到法蘭強度計算，而且制動法蘭需要加大尺寸。

圖1 軸系法蘭鎖軸裝置（鉆孔式）示意圖

法蘭開槽式鎖軸裝置，如圖2所示，鎖緊塊和底座用固定螺栓固定在船體上，并將底座和船體焊接在一起。鎖緊銷和左、右固定板通過兩個鎖緊螺栓連接在一起，限制鎖緊銷的軸向位置。

圖2 鎖軸裝置安裝圖

法蘭開槽式鎖軸裝置的工作原理是：當鎖緊銷的上部分插入到中間軸法蘭開口，下部分卡到鎖緊塊的槽中時，限制了軸法蘭的旋轉，從而實現(xiàn)了軸系的止動；當把鎖緊螺栓拆卸下來，把鎖緊銷從中間軸法蘭開口和鎖緊塊槽中抽出來后，主機才能起動，軸系才能旋轉。對于通過鎖緊軸系法蘭方式鎖緊軸系的縮緊裝置，需要中間軸法蘭特殊設計，即法蘭需留有豁口，與鎖緊銷接觸配合，同時中間軸法蘭直徑需大于與之相連接的螺旋槳軸法蘭；為便于鎖緊操作時鎖緊銷對準豁口位置，可沿法蘭圓周多設置幾個豁口，如2個或4個。圖3為某船中間軸法蘭豁口實際圖片，共4個豁口，均布于法蘭外沿。

圖3 中間軸法蘭豁口設計

2 ERRV的鎖軸裝置設計及應用

2.1 鎖軸裝置的設計

隨著大連中遠船務建造海工輔助船及特種船的數(shù)量不斷增多，特別是雙軸系調距槳的船型建造項目也越來越多。大連中遠船務承建的ERRV系列是典型的雙軸系可調槳，每軸系由推進電機、減速齒輪箱、中間軸、螺旋槳軸等組成，軸系周圍空間狹小，對鎖軸裝置的外形尺寸和操作易用性等要求較高。因此需要設計正確的軸系鎖緊裝置，更好的軸系設計使用要求[3]。

因軸系所處空間有限，特別是軸系法蘭附近管路布置較密集，因此，采用增大軸系法蘭直徑方式的鎖緊裝置不宜采用。針對本船特點，設計鎖軸裝置如圖4所示。

根據(jù)軸系制動力（90 kN），鎖軸裝置材質、尺寸等條件，通過有限元分析進行設計的鎖軸裝置是否能可靠地將軸系鎖定，分析結果見圖 5，最大等效應力在許用應力范圍內。

2.2 所軸裝置的應用

圖4 ERRV項目鎖軸裝置

圖5 鎖軸裝置強度分析

如圖4所示，將底座6與法蘭1的距離調整到合適位置，將底座6焊接到船板；需要鎖軸時，將鎖緊板3向法蘭1方向繞旋轉銷5轉動，與任意兩個旋轉到合適位置的圓頭螺栓2鎖緊，再將止動銷4插入銷孔后擰緊，防止松動。需解除鎖軸狀態(tài)時，將鎖緊板3繞旋轉銷5背離法蘭1方向轉動，再將止動銷4插入銷孔后擰緊。

為此船設計的該鎖軸裝置，組成結構簡單，安裝簡單，操作方便，制造成本低，對軸系的鎖定和解除鎖定方便快捷，而且鎖緊板由止動銷固定，鎖緊板不易滑動，使用可靠性好。同時，此鎖軸裝置對推進軸系設計沒有特殊要求，不需增大軸系法蘭直徑或在法蘭邊緣開槽，直接利用鎖緊連接螺栓的方式實現(xiàn)對軸系的鎖緊，操作簡單易用。

3 結論

通過對各種鎖軸裝置的類型及優(yōu)缺點分析，根據(jù)大連中遠船務ERRV軸系特點，因地制宜，設計出簡單易用，可靠性高的鎖軸裝置，滿足船舶使用要求，經(jīng)實船安裝使用，取得了良好的應用效果，同時取得了較好的經(jīng)濟效益和使用效益。

[1]王志永. 船舶軸系設計及安裝[J]. 中國水運月刊,2010,10(4): 89, 91.

[2]關福州, 王俊. 機械式精密鎖緊機構的設計與分析[J].金屬加工(冷加工), 2013(6): 41-42.

[3]譚仁臣. 船舶輔機與軸系[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 2008.