一艘舵系受損船修理技術(shù)的研究

邱 濤，陳 曦，劉二成，張軍鎖

(山海關(guān)船舶重工有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066206)

舵系是影響船舶的操作性能和正常航行最主要的設(shè)備之一。[1]如果營(yíng)運(yùn)船舶的舵系出現(xiàn)了各種各樣的問(wèn)題，其后果將會(huì)是災(zāi)難性的。某遠(yuǎn)洋船在航行中舵葉發(fā)生碰撞，舵桿肉眼可見(jiàn)已經(jīng)嚴(yán)重扭曲變形，只能靠港修理。本文以該船舵系修理為實(shí)例，對(duì)該船舵系的修理工藝和方案的制定進(jìn)行研究，對(duì)原有的工藝進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，成功的滿足了修理船期和修理質(zhì)量的雙重需要，也為以后的船舶舵系修理提供參考。

1 修理方案的選擇和施工流程

該船舵機(jī)由Kawasaki公司于2015年生產(chǎn)，半懸掛舵，舵桿和舵葉的連接方式為鍵連接和液壓連接混合形式，上舵承為平面止推滑動(dòng)軸承，舵桿套和舵銷套均為高分子材料。舵桿質(zhì)量9 t，舵葉質(zhì)量35 t。由于操作失誤導(dǎo)致舵系發(fā)生故障，通過(guò)轉(zhuǎn)舵試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)舵柄0°，舵葉實(shí)際已達(dá)右舵18.5°；且轉(zhuǎn)舵時(shí)舵機(jī)出現(xiàn)極大的噪聲和振動(dòng)。通過(guò)分析與研究決定采取下列措施給予修理。

1.1 水下檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)水下檢驗(yàn)確認(rèn)舵葉本體沒(méi)有裂縫和明顯變形，排出舵葉的結(jié)構(gòu)修理工程。

1.2 漂浮狀態(tài)下舵機(jī)及舵桿拆卸

1.2.1 舵機(jī)拆卸，損傷程度檢查

1)先將舵機(jī)底座螺栓做好記號(hào)，將螺栓全部拆除。

2)利用倒鏈將舵機(jī)移位，放在預(yù)制好的托架上。

3)現(xiàn)場(chǎng)將舵機(jī)解體，抽出柱塞，經(jīng)檢查柱塞表面、油封和缸套內(nèi)沒(méi)有明顯損傷。

4)將柱塞吊運(yùn)回車間，在車床上架好、調(diào)平，用千分表測(cè)量其彎曲度。發(fā)現(xiàn)最大彎曲為6.7 mm，該柱塞桿需要翻新修理。

1.2.2 舵桿拆卸，損傷程度檢查

1)水上保舵。搭設(shè)倒掛腳手架，將舵葉與船體結(jié)構(gòu)焊接成一體，保證在舵柄和舵桿抽出后舵葉固定在原位。

2)拆卸舵柄。根據(jù)說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)，舵柄的正常拆卸質(zhì)量應(yīng)為138.1 t，實(shí)際施工中，利用預(yù)制好的專用工裝，電動(dòng)液壓泵和3個(gè)100 t液壓油頂，配合加熱1 h后，舵柄成功拆卸，檢查后發(fā)現(xiàn)鍵及鍵槽位置有明顯拉痕，并且舵桿上端已經(jīng)發(fā)生彎曲。如圖1所示。

圖1 舵桿上端彎曲現(xiàn)狀圖

1.2.3 拆卸舵桿

根據(jù)說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)，舵桿的正常拆卸壓力應(yīng)為3 800.146 kN，實(shí)際施工中，我們利用電動(dòng)液壓泵和4個(gè)100 t液壓油頂，配合加熱1 h后，舵桿拆卸成功。

1.3 舵機(jī)的修理

舵機(jī)柱塞桿最大彎曲為6.7 mm，故采用冷彎、噴涂、光車的流程進(jìn)行翻新修復(fù)，由于柱塞桿的尺寸小，較易修復(fù)。

1.4 舵桿的檢查及修復(fù)

1)測(cè)量。舵桿總質(zhì)量7 t、長(zhǎng)7 m，利用10 m車床將舵桿兩端固定，用千分表分別將兩端調(diào)整對(duì)零。然后在舵桿上每隔0.6 m選取1個(gè)點(diǎn)，共13個(gè)點(diǎn)測(cè)量彎曲度。如圖2所示。

圖2 彎曲狀態(tài)圖

2)校直。根據(jù)彎曲狀態(tài)圖找出校直支點(diǎn)和壓力點(diǎn)后，利用水壓機(jī)壓力施壓2次，舵桿基本校直。

3)退火。通過(guò)冷壓的舵桿具有很大的內(nèi)應(yīng)力，為避免在使用中發(fā)生反彈，必須用退火的方式去除應(yīng)力。采用600 ℃的退火溫度，以75 ℃/h均勻升溫，當(dāng)溫度達(dá)到600 ℃時(shí)保溫2 h，保溫結(jié)束隨爐冷卻。當(dāng)工件恢復(fù)到常溫后再次測(cè)量，未發(fā)現(xiàn)明顯變形。

4)補(bǔ)焊光車。將舵桿在車床上再次檢查變形量，在舵桿的配合位進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)焊，之后等待舵承孔和舵葉修復(fù)完工后，按照舵承孔和舵葉上錐孔的尺寸進(jìn)行光車。

1.5 進(jìn)塢后拆除舵葉

1.5.1 工具準(zhǔn)備

該舵葉質(zhì)量35 t，高10 m。使用工具：卷?yè)P(yáng)機(jī)2臺(tái)，大型滑輪組2組，手拉式倒鏈2個(gè)。在船體和舵葉本體上，將吊裝時(shí)專用的吊耳焊接好，之后對(duì)其進(jìn)行探傷試驗(yàn)。

1.5.2 拆除

首先將兩個(gè)大型滑輪組固定在舵葉左右位置，將舵葉與卷?yè)P(yáng)機(jī)利用事先焊接好的吊耳相連接。然后將兩個(gè)手拉式倒鏈固定在舵葉前后位置，與舵葉上的吊耳連接。接下來(lái)將之前用來(lái)封舵的工具割除，之后同時(shí)控制兩側(cè)卷?yè)P(yáng)機(jī)慢慢將舵葉落下，并通過(guò)前后兩端的手拉式倒鏈隨時(shí)調(diào)整舵葉的角度，待下舵銷完全脫離之后，利用50 t門機(jī)將舵葉吊移上岸。見(jiàn)圖3。

圖3 舵葉拆卸圖

1.6 上舵承和舵臂的找正及鏜孔

1.6.1 鏜孔基準(zhǔn)的確定

根據(jù)新造船的基準(zhǔn)點(diǎn)確認(rèn)原則，應(yīng)該以艉軸孔的中心線為基準(zhǔn)用全站儀來(lái)確認(rèn)舵承孔的位置，但該船尾軸沒(méi)有工程不抽軸，不能夠確認(rèn)艉軸的中心線，故應(yīng)按照實(shí)際情況采取其他的方法來(lái)確認(rèn)拉線的基準(zhǔn)點(diǎn)。如圖4所示，上舵承、舵桿承、舵銷承3個(gè)位置需要在一條直線上。其中上舵承和舵桿承的底部結(jié)構(gòu)和旁撐結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，且該船是舵葉發(fā)生碰撞，碰撞位置在舵銷承附近，所以認(rèn)為舵銷承發(fā)生變形。因此依據(jù)上舵承、舵桿承為基準(zhǔn)進(jìn)行拉線，結(jié)果如表1所示，用鉛垂以上舵承上平面為中心點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表1所示(P為左舷；S為右舷；F為船頭；A為船尾)。故決定以上舵承和舵桿承為基準(zhǔn)對(duì)舵銷承孔進(jìn)行鏜孔。

圖4 舵孔基準(zhǔn)圖

表1 以上舵承孔和舵桿承孔為基準(zhǔn)拉線結(jié)果mm

1.6.2 安裝工具

鏜桿安裝后應(yīng)按下舵銷孔上下端面的工藝基準(zhǔn)螺釘為校中依據(jù)，用內(nèi)徑千分尺調(diào)整鏜桿與工藝基準(zhǔn)螺釘之間的距離，使鏜桿與舵系中心重合，誤差不大于0.03 mm。

1.6.3 鏜孔

鏜孔分為粗鏜、半精鏜和精鏜3個(gè)步驟。各檔孔徑每一次鏜出，中途不允許停止鏜削。工作中在孔徑表面噴注混合冷卻油。內(nèi)孔鏜削合格后才允許切削端部平面，其外形按施工圖紙，所鏜平面必須垂直于中心線，垂直度公差應(yīng)不大于0.2 mm/m。測(cè)量各擋孔徑尺寸并作記錄。測(cè)量記錄如表2。

表2 舵銷承孔鏜孔結(jié)果 mm

1.7 舵葉兩錐孔的找正及鏜孔

首先要對(duì)舵葉兩錐孔進(jìn)行找正拉線以決定鏜孔的位置和尺寸：新造船的做法是舵葉找完平行之后用一個(gè)舵桿同時(shí)鏜2個(gè)舵孔，以保證雙錐孔同心，但實(shí)際情況為雙錐孔是不同的錐度，且沒(méi)有合適的工具進(jìn)行雙錐孔同時(shí)鏜孔；常規(guī)修理的做法是以一個(gè)舵孔為基準(zhǔn)去鏜另外一個(gè)舵孔，以保證雙錐孔同心[2]，但拉線后發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)舵孔偏心50 mm，如果去鏜孔的話很有可能對(duì)舵葉本體強(qiáng)度有損傷，風(fēng)險(xiǎn)很大。故最終決定采用“鏜兩刀”的辦法，即以上舵孔上平面和下舵孔下平面為基準(zhǔn)拉完線后先鏜上舵孔，鏜完后二次拉線驗(yàn)證，通過(guò)后再鏜下舵孔，這樣解決了所有矛盾。重復(fù)1.6.2和1.6.3的過(guò)程，鏜孔完畢。如圖5所示，拉線后的數(shù)據(jù)為表3，鏜孔后的數(shù)據(jù)為表4。

圖5 舵孔縮略圖

表3 拉線后的數(shù)據(jù)mm

表4 鏜孔后的數(shù)據(jù) mm

1.8 舵桿和舵葉上錐孔的藍(lán)配

此次舵桿與舵葉錐孔藍(lán)配采用將舵葉放置垂直狀態(tài)，用200 t龍門吊配合藍(lán)配。為了安全施工，經(jīng)過(guò)對(duì)舵葉外形、尺寸的測(cè)量，預(yù)制一部專用工裝，將舵葉放置其中，并用鐵板配合焊接，將舵葉固定。之后搭設(shè)腳手架，使得施工人員能夠順利進(jìn)行藍(lán)配工作。藍(lán)配最終達(dá)到85%的接觸面積，通過(guò)驗(yàn)收。

1.9 舵桿和舵柄的藍(lán)配

舵桿和舵柄的藍(lán)配工作同樣采用垂直狀態(tài)，用200 t龍門吊配合。首先對(duì)舵柄的外形、尺寸進(jìn)行測(cè)量。然后將舵柄固定在預(yù)制好的底座上，再將底座焊接到地錨上，之后可以進(jìn)行藍(lán)配工作。藍(lán)配最終達(dá)到85%的接觸面積，通過(guò)驗(yàn)收。

1.10 舵銷和舵葉下錐孔的藍(lán)配

舵銷尺寸較小，其和舵葉的藍(lán)配工作采用水平狀態(tài)，用汽車吊配合即可，藍(lán)配最終達(dá)到85%的接觸面積，通過(guò)驗(yàn)收。

1.11 舵桿、舵葉、舵機(jī)回裝

舵桿、舵葉和舵機(jī)采用拆卸的逆過(guò)程回裝。舵機(jī)回裝后根據(jù)造船時(shí)留下的基準(zhǔn)點(diǎn)驗(yàn)證其平行度和垂直度，見(jiàn)圖6。調(diào)整完畢后底座位置澆筑環(huán)氧樹(shù)脂[3]。

圖6 平行度和垂直度的驗(yàn)證

1.12 應(yīng)急舵和自動(dòng)舵的試驗(yàn)

船舶舵系安裝完畢后，通過(guò)海試應(yīng)急舵，試驗(yàn)結(jié)果正常，自動(dòng)舵的舵角指示器和反饋機(jī)構(gòu)調(diào)整后試驗(yàn)也恢復(fù)正常。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)該船受損舵系的修理進(jìn)行剖析，并根據(jù)該船現(xiàn)狀對(duì)原有的工藝進(jìn)行改進(jìn)，最終滿足了船東對(duì)船舶修理質(zhì)量和修期的雙重要求，成功的完成了該船的修理。船舶投入營(yíng)運(yùn)一段時(shí)間后，船方反饋舵系正常作業(yè)，狀態(tài)良好。通過(guò)本文能對(duì)以后船舶舵系修理的工藝選擇和方案實(shí)施提供幫助和借鑒。