船舶軸系校中方法及影響因素分析

陳海斌

（中海散貨運(yùn)輸有限公司技術(shù)部，廣東 廣州510220）

0 引言

所謂船舶軸系校中就是指按一定的要求和方法，將軸系敷設(shè)成某種狀態(tài)下的軸系，其全部軸系上的負(fù)荷及軸系段內(nèi)的應(yīng)力數(shù)值都處在允許范圍之內(nèi)，從而保證軸系持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 船舶軸系校中的方法

1．1 按直線性校中原理校中

以往曾以為將整根軸系直線安裝是合理的，因此，在進(jìn)行軸系校中時(shí)力求盡可能地將尾軸、中間軸、推力軸及發(fā)動(dòng)機(jī)軸排成一條直線，從而保證軸系基本在無彎的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)直線校中原理在生產(chǎn)中常應(yīng)用的校中方法有：

1．1．1 用直尺及厚薄規(guī)測量偏移、曲折

連接法蘭上的偏中值一般是采用直尺和厚薄規(guī)進(jìn)行測量，并進(jìn)行簡單的計(jì)算而得。為便于測量，在兩連接法蘭端之間應(yīng)有0．5～1 mm的間隙。

1．1．2 用兩對(duì)指針測量偏移、曲折

用指針法可提高軸系的找中精度，在測試過程中，兩相鄰軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而偏移和曲折取其轉(zhuǎn)動(dòng)前后的平均值，即計(jì)算兩軸中心線的偏差值，這樣可以避免軸法蘭機(jī)械加工誤差對(duì)軸系找中精度的影響。

1．1．3 用光學(xué)儀器校中

用光學(xué)儀器校中軸系時(shí)，通常是將儀器裝在與軸系連接的減速器大齒輪軸上，或者裝在主機(jī)曲軸的尾法蘭上，并且預(yù)先按軸系中線將減速器或主機(jī)校中好，這時(shí)光學(xué)儀器所發(fā)射的十字線就是其后校中軸系各部件的基準(zhǔn)。

1．1．4 用法蘭方法校中

按法蘭上嚴(yán)格規(guī)定的偏中值校中軸系的方法簡便易行，所以目前在我國船廠中使用較多。采用這種方法校中軸系時(shí)，通常是將尾軸先按軸系理論中線安裝好，再以尾軸的法蘭為基準(zhǔn)，由船尾向船首方向逐段地調(diào)整中間軸及推力軸的位置，使各對(duì)連接法蘭上的偏移和曲折值不超過規(guī)定的偏中值。最后，以推力軸的前法蘭為基準(zhǔn)進(jìn)行主機(jī)定位。

1．2 按軸系上允許負(fù)荷用測力計(jì)校中

1．2．1 長軸系采用彈簧測力計(jì)校中

采用彈簧測力計(jì)進(jìn)行長軸系測力校中是目前在生產(chǎn)中安裝長軸系的一種校中方法。其工藝過程如下：（1）將中間軸系吊放在基座面板上。在各個(gè)軸系的螺栓孔中對(duì)稱地裝2個(gè)調(diào)節(jié)螺栓，以便在校中時(shí)調(diào)節(jié)軸承的位置。（2）將中間軸吊放在中間軸承上。假如按軸系結(jié)構(gòu)每根中間軸只用1個(gè)軸承支撐，這時(shí)則需在每根中間軸下增設(shè)1個(gè)臨時(shí)支撐。（3）將整個(gè)軸系按連接法蘭進(jìn)行粗略校中，但中間軸與發(fā)動(dòng)機(jī)軸或減速器軸的連接法蘭則需嚴(yán)格對(duì)中，保證法蘭上的偏移≤0．1 mm，曲折≤0．1 mm／m，從而避免由于軸系安裝彎曲而影響發(fā)動(dòng)機(jī)或減速器正常工作。（4）在任何一個(gè)中間軸承的螺栓孔中對(duì)稱地裝2個(gè)測力計(jì)。在軸承蓋與軸頸之間放入軟墊塊，并擰緊軸承蓋的壓緊螺栓，將軸頸在軸承內(nèi)壓死，以避免轉(zhuǎn)動(dòng)而影響對(duì)水平載荷的測量。（5）放松軸承上的調(diào)節(jié)螺栓，使測力計(jì)受力。記錄各軸承左右2個(gè)測力計(jì)上的負(fù)荷，按公式計(jì)算每個(gè)軸承上垂直平面及水平平面上的實(shí)際負(fù)荷。（6）軸承經(jīng)測力計(jì)校中合格后，在軸承下配制墊塊，之后用基座螺栓將軸承緊固在基座上。（7）若軸系的測力校中是在船臺(tái)上完成的，在船下水后應(yīng)松開軸系與發(fā)動(dòng)機(jī)或減速器的連接法蘭，檢查這對(duì)法蘭上偏移和曲折值是否超過1．2．1（3）中的允許范圍；若超過，則應(yīng)該作必要的校正。

1．2．2 短軸系采用測力計(jì)校中

短軸由于軸系的韌性差、剛性大，在尾軸與發(fā)動(dòng)機(jī)軸偏中不大的情況下，也會(huì)在有關(guān)軸承上引起很大的附加負(fù)荷，在軸內(nèi)引起很大的彎曲應(yīng)力。故對(duì)短軸的校中應(yīng)嚴(yán)格控制各軸承上的附加負(fù)荷，使其不超過允許的范圍。

在校中前，將中間軸與尾軸連接起來，在中間軸軸承上裝上測力計(jì)測中間軸承上負(fù)荷。然后軸系按軸承負(fù)荷校中好后，以中間軸的前法蘭為基準(zhǔn)，按照法蘭上規(guī)定的允許偏中值進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的最后定位工作。

1．3 按軸承上合理負(fù)荷校中

所謂軸承合理校中，其實(shí)質(zhì)是在遵守規(guī)定的軸承負(fù)荷、應(yīng)力、轉(zhuǎn)角等限制條件下，通過校中計(jì)算從而確定各軸承的合理位置，將軸承安裝成規(guī)定的曲線狀態(tài)，來達(dá)到使各個(gè)軸承上的負(fù)荷合理分配的目的。其重點(diǎn)在于軸承上各負(fù)荷的計(jì)算。

該方法較之常用的各種校中方法，主要優(yōu)點(diǎn)是校中計(jì)算已成為船舶軸系設(shè)計(jì)不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、工藝一體化，故能更好地改善軸系各個(gè)軸承尤其是尾軸管和減速箱大齒輪軸承的負(fù)荷狀況，提高軸系的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。

應(yīng)說明的是，在實(shí)踐中為簡化計(jì)算方法，常采用試錯(cuò)法來代替線性規(guī)劃法以確定軸系校中各個(gè)軸承的合理位置。其合理校中的計(jì)算內(nèi)容如下：（1）進(jìn)行軸系各機(jī)構(gòu)要素的處理，建立軸承計(jì)算的物理模型；（2）計(jì)算按直線校中時(shí)軸系各支座處的彎矩、反力、撓度及截面轉(zhuǎn)角；（3）計(jì)算能表征軸承負(fù)荷與位移關(guān)系的軸承負(fù)荷影響數(shù)；（4）根據(jù)給定的約束條件，用線性規(guī)劃法或試錯(cuò)法確定軸承的最佳位移或合理位移量，計(jì)算軸系有關(guān)連接法蘭上允許的偏移、曲折值；（5）根據(jù)軸承位移及軸承負(fù)荷影響數(shù)從而求出軸承上的實(shí)際負(fù)荷；（6）計(jì)算當(dāng)采用頂舉法檢驗(yàn)軸承負(fù)荷時(shí)的軸承負(fù)荷頂舉系數(shù)。

2 影響軸系校中質(zhì)量的因素

2．1 傳動(dòng)軸的加工誤差

傳動(dòng)軸（包括尾軸、中間軸、推力軸）在加工制造時(shí)必須按規(guī)定的精度要求進(jìn)行加工。若加工誤差過大，傳動(dòng)軸對(duì)軸系校中的質(zhì)量就會(huì)造成不良的影響。

2．2 軸系的安裝彎曲

在安裝軸系時(shí)，為獲得良好的校中質(zhì)量，往往將軸系按一定的彎曲狀態(tài)敷設(shè)，這就是軸系的安裝彎曲。然而當(dāng)軸系存在安裝彎曲時(shí)，在各支承軸承上就會(huì)存在附加負(fù)荷，該附加負(fù)荷的大小及方向由軸系的彎曲度及方向所決定。

2．3 船體變形

船體在安裝軸系范圍內(nèi)發(fā)生變形則會(huì)引起安裝在其上的軸系隨之發(fā)生彎曲。軸系的這種彎曲是附加的，并且往往是難以控制的。

船體變形通常分為總體變形和局部變形2類。船體總體縱向變形產(chǎn)生的原因是：新船航行初期焊接應(yīng)力的重新分布、太陽或水溫造成船體各部溫度不均、船舶下水后船體支承力的變化、船體裝載量的變化等。船體局部變形的原因主要有：船體焊接應(yīng)力的重新分布、船臺(tái)上龍骨墩對(duì)船底的支持力與船下水后的浮力有顯著的差別、船體局部區(qū)域遭受集中載荷等。

2．4 軸法蘭端下垂

目前，在許多情況下軸系校中是以已定位好的尾軸或主機(jī)曲軸的連接法蘭為基準(zhǔn)，按連接法蘭上的允許偏中值將中間軸逐段地進(jìn)行校中。在這種情況下，如不考慮各軸端因自重或其他載荷的作用而引起軸系下垂的影響，校中時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偏差?；谶@種情況，在按連接法蘭校中時(shí)，需將所測得的兩連接法蘭上的偏移值δ及曲折值φ按法蘭的下垂量及偏轉(zhuǎn)度進(jìn)行修正。

2．5 軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

船舶軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)軸系校中的影響主要是軸系跨距是否合理，這種影響經(jīng)常被設(shè)計(jì)者所忽視。根據(jù)理論計(jì)算，軸系在具有相同偏中值的情況下，軸承上所產(chǎn)生的附加負(fù)荷大小與軸承跨距成反比。這就是說，在允許軸承上有相等的附加負(fù)荷條件下，軸承跨距越大，則允許的偏中值就越大。這就等于在校中時(shí)放大了軸系的安裝誤差，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)允許軸系有更大的彎曲而不致發(fā)生事故。

影響軸系校中質(zhì)量的因素很多，除上面幾種之外，還包括尾軸管軸承中的油膜、海水或潤滑油壓力、減速齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度上升等。在研究軸系校中質(zhì)量時(shí)，這些因素均應(yīng)予以考慮。

3 結(jié)語

軸系校中的質(zhì)量關(guān)系到船舶的整體性能以及在運(yùn)營中船舶與人員的安全。校中的方法有很多種，需要根據(jù)船檢機(jī)構(gòu)、船東、船廠的條件，更主要的是船本身的要求來進(jìn)行選擇。影響軸系校中質(zhì)量的因素也有很多，在研究軸系校中質(zhì)量時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

［1］周繼良，鄒鴻鈞．船舶軸系原理及其應(yīng)用［M］．北京：人民交通出版社，1980

［2］王守新．工程力學(xué)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998

［3］盧熹，靜波，陳之炎．船舶柴油機(jī)軸系合理校中自動(dòng)搜索的研究［D］．上海交通大學(xué)，1997