舵桿與舵葉安裝工藝探討

吳 杰，辛黎明

(上海華潤大東船務(wù)工程有限公司，上海 202155)

當遇到因海損變形而導(dǎo)致舵桿扭曲變形，或因海水腐蝕、未采用合適的安裝工藝導(dǎo)致舵葉與舵桿的配合錐面出現(xiàn)間隙等現(xiàn)象，必須將舵葉與舵桿拆卸，并分別檢查，測量或修復(fù)舵葉和舵桿，然后將其進行安裝。對于該安裝過程，如果沒有適當?shù)陌惭b工藝，可能導(dǎo)致安裝過程中部件的損壞。下文以某一形式的舵系進行論述。

1 舵系的組成及結(jié)構(gòu)特點

該舵系是一個半平衡懸掛舵[1]，由下列主要零部件組成：舵葉、舵桿、舵銷、舵承機構(gòu)和舵柄等。如圖1所示。

圖1 舵桿、舵銷與舵葉鑄(鍛)鋼件的典型裝配關(guān)系示意圖

舵承機構(gòu)和舵柄機構(gòu)由舵承座、摩擦片、舵承推力盤、舵承軸承和舵柄等組成。舵機油缸通過滑塊轉(zhuǎn)動舵柄，舵柄依靠與舵桿頂端的傳動鍵和錐體的配合面來傳遞轉(zhuǎn)動，而舵葉、舵桿等的重量則通過推力盤、摩擦片和舵承座由船體結(jié)構(gòu)承擔。摩擦片主要起減少摩擦力、減小磨損的作用。

舵銷是一個帶不銹鋼保護套的銷，它與舵葉以圓錐體進行連接，用螺母將舵銷進行固定，并與掛舵臂上的舵銷軸承以間隙配合進行安裝。

舵桿頂端以傳動平鍵和錐體配合的方式同舵柄連接。底端以帶鍵的錐體與舵葉連接，傳遞運動和轉(zhuǎn)舵力矩，并用舵桿螺母將錐體進行固定，舵桿的轉(zhuǎn)動通過傳動平鍵、舵桿錐體和舵葉的脹緊配合傳遞給舵葉，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)舵。

2 主要安裝工藝過程分析

2.1 滑動軸承的安裝

用冷凍安裝的方法將事先加工好的舵承軸承、舵桿軸承和舵銷軸承分別安裝到各自的座孔中。對于大型滑動軸承的安裝，因體積較大，一般多采用干冰冷凍的方法，軸承在端面進行鉆孔攻螺紋，以方便吊運，同時采用相應(yīng)的軸承吊運設(shè)備，縮短已冷卻收縮軸承的安裝持續(xù)時間，防止因環(huán)境影響而使得軸承受熱膨脹，影響安裝。安裝過程還必須防止凍傷等事故的發(fā)生。另外，還需準備壓裝工具，以免因意外而使得軸承在安裝過程中卡滯，造成安裝失敗。

2.2 舵桿預(yù)裝

由于舵桿預(yù)裝能利用船舶停靠在碼頭的時機施工，可以利用碼頭起重機所具有的較大的起重能力，減少船舶在船塢中的施工工程量，縮短塢期。

將舵桿收回到舵桿軸承中的安裝方式可以方便舵葉的吊裝和調(diào)整，而且可以避免舵桿在舵葉對中過程中意外碰撞，步驟如下。

1) 安裝傳動鍵到舵桿下部的錐體上，并用螺釘固定。

2) 吊裝舵桿到舵桿軸承孔中，將舵承推力盤、平鍵與舵桿以及舵承座與摩擦片分別進行裝配。

3) 將舵桿與舵承推力盤吊起一定的高度，使舵桿收回到舵桿軸承中以騰出舵葉安裝空間。

2.3 舵銷緊固安裝

1) 將舵銷安裝到舵葉的舵銷錐孔中，并用舵銷螺母將其固定。

2) 焊接螺母保險塊。

2.4 安裝舵桿和舵葉

2.4.1 吊運和校中舵葉的工藝特點

1) 吊點的設(shè)置：根據(jù)舵葉的結(jié)構(gòu)特點以及重量，在舵桿錐孔的船首方向設(shè)一個前舵葉吊耳(如圖2所示)，在舵桿錐孔的后方左右兩側(cè)分別設(shè)置2個吊耳，同時在舵葉的下部設(shè)置2個千斤頂，用于舵葉向上微調(diào)頂升。

圖2 舵葉起重吊耳和頂升油缸布置

2) 吊運舵葉，將舵葉調(diào)整呈垂直狀態(tài)，使得舵銷恰好能進入舵銷軸承中，將軸承孔和舵銷表面清理干凈并均勻涂抹潤滑脂，逐步向上頂升和吊起舵葉，同時注意舵銷與軸承的同軸度，舵葉吊起直到碰到掛舵臂為止。

3) 用放下舵桿的方法來檢查舵葉的位置，如果有偏差，則再次吊起舵桿，并在前后、左右方向?qū)Χ嫒~進行調(diào)整，通過這種方法，逐步消除位置偏差，然后將舵桿放入舵葉錐孔中，用塞尺檢查平鍵與舵葉錐孔鍵槽之間的間隙和舵桿與錐孔四周的間隙，要求鍵與鍵槽兩側(cè)的間隙以及舵桿與錐孔的間隙基本一致，同時檢查舵桿與錐孔的同軸度，隨后固定舵葉。

4) 當舵葉調(diào)整到位后，再次吊起舵桿，清潔舵桿錐體表面和舵葉錐孔，然后逐步將舵桿放入舵葉錐孔內(nèi)，同時將平鍵對準舵葉錐孔的鍵槽，然后快速放下舵桿，錐體和錐孔在舵桿和其上零件自重的作用下緊密配合，以便舵桿與舵葉的液壓裝配。

5)測量舵承機構(gòu)推力盤與舵承座摩擦片之間的間隙，間隙要求大于液壓裝配時舵桿的軸向推進量，以保證舵桿錐體與舵葉錐孔按要求完全配合。

2.4.2 舵葉舵桿的連接安裝

1) 當舵桿放入舵葉后，安裝舵桿鎖緊螺母，并在鎖緊螺母和舵葉本體間留出液壓千斤頂?shù)陌惭b高度，準備液壓安裝。

2) 將1臺液壓泵用于軸向推進的液壓千斤頂，另1臺液壓泵用作舵葉本體的徑向擴張。放置帶磁力座的百分表，使百分表的頂針接觸到舵桿端面，排除液壓系統(tǒng)中的空氣。

3) 向液壓千斤頂油泵加壓至5.0 MPa后，調(diào)整百分表指針至“0”位，壓入量即以此點起算。用2臺液壓泵對軸向及徑向同時加壓，將舵桿壓入至設(shè)計的推進距離，同時計算液壓推進力(壓裝時以壓入距離為準，液壓推進力供參考)。在加壓過程中每壓入一定的距離，應(yīng)準確地記下油壓和壓入量。

4) 壓裝到位后，短時間關(guān)閉徑向擴張油壓，如百分表指針不動，隨后泄放徑向擴張用壓力油，10 min后如百分表讀數(shù)無變化，則泄掉軸向油壓。

5) 擰緊舵桿鎖緊螺母，焊接螺母保險塊，回裝舵葉上擴張壓力油的絲堵。

6) 再次用塞尺檢查，核實舵承機構(gòu)的推力盤與舵承座摩擦片之間有間隙存在，并保證間隙大于0.1 mm。

2.5 舵承座的安裝和檢查

1) 松開并移走舵葉頂升用的千斤頂和起升舵葉用的起重葫蘆，檢查舵桿和舵承推力盤，并確認落座于舵承座的摩擦片上。

2) 檢查舵承推力盤與摩擦片之間位置的正確性，并確認它們之間完全接觸。

3) 檢查并測量舵承與舵桿之間的間隙，要求四周間隙基本一致。

2.6 舵柄及附件的安裝

1) 舵柄等附件的安裝：①清潔舵柄孔和舵桿錐部及傳動鍵；②將舵柄安裝到舵桿上，同時校準舵柄錐孔與舵桿錐體首尾處的裝配標記，使傳動鍵與鍵槽相配合；③安裝舵柄傳動鍵；④安裝舵柄的鎖緊螺栓和其他附件。

2) 舵機安裝：舵柄壓裝到位后，裝復(fù)轉(zhuǎn)舵油缸滾輪和滑塊等，檢查舵柄中心與轉(zhuǎn)舵機構(gòu)間的安裝位置。檢查舵角零位和舵角反饋零位是否重合。

2.7 確定舵葉“零位”

1) 將船體中心線引到舵葉底部船臺或船塢表面上，并向后延長適當距離。

2) 從舵葉上端面中心線的尾端向下吊線錘，并調(diào)整舵葉的角度位置，使線錘的尖部正好與船臺(塢)上的船體中心線重合。允許偏差不超過±1.5 mm。

2.8 舵封板安裝

1) 焊接可拆卸板。

2) 恢復(fù)舵葉拆裝時割除的結(jié)構(gòu)，重新油漆。再次檢查舵葉零位、船體零位，并且固定舵葉零位。

3) 待舵機艙內(nèi)的舵承機構(gòu)安裝結(jié)束后，在舵系自由狀態(tài)下，重新配制止跳塊。舵葉旋轉(zhuǎn)到左、右35°滿舵以及正舵位置，檢查舵銷軸承與舵銷之間的間隙，不許有碰撞和摩擦現(xiàn)象發(fā)生，且間隙基本保持一致。

2.9 舵系間隙檢測

1) 舵系間隙的檢測工作應(yīng)分別在舵葉處于“零位”“左35°”和“右35°”的狀態(tài)下進行。

2) 舵系間隙的檢測部位包括：舵承軸承、舵桿軸承和舵銷軸承。

3) 舵裝置的各部位間隙應(yīng)符合施工圖的設(shè)計要求。

3 影響因素分析

3.1 安裝舵銷軸承的影響

由于舵葉的重量較大，豎起過程耗時較多，且與舵桿錐體的對中又較困難，如果安裝了舵銷軸承，由于舵銷的剛性大，當舵銷對準并進入軸承后可以依靠軸承的導(dǎo)向作用提升舵葉。但要注意吊運提升過程中舵銷與軸承的同軸度和兩者軸線的傾斜度，過大的傾斜度會造成舵銷與軸承因擠壓作用而損壞軸承內(nèi)孔。

3.2 縮回舵桿的影響

1) 如果舵桿不縮回，則在舵葉提升的過程中，由于起重吊點設(shè)置的影響，使得舵葉在與舵桿對中的過程中有晃動產(chǎn)生，如舵桿處于較低位置，則有利于吊運過程中目標點的尋找和位置比較，但存在指揮、操作滯后等因素，增加舵葉與舵桿發(fā)生碰撞的可能性。根據(jù)舵桿與舵葉配合性質(zhì)，舵桿的轉(zhuǎn)動是依靠其錐體與舵葉錐面的過盈配合產(chǎn)生的摩擦力和平鍵的剪切力來傳遞的，如果在安裝過程中損壞了錐體和錐面，則會使舵葉錐孔的液壓擴張因錐面的破壞而無法進行，即錐孔建立不了安裝所需的擴張油壓，則舵桿也就無法安裝到正確的位置，無法達到設(shè)計所需的過盈量，無法傳遞設(shè)計所要求的轉(zhuǎn)距。

2) 如果舵桿縮回，在整個舵葉的吊運提升過程中，雖然失去一個目標點，但通過先將舵銷與舵銷軸承安裝，以及舵銷軸承的導(dǎo)向作用，實際上可以達到舵葉與舵桿的對中安裝，當舵葉依靠舵銷軸承的導(dǎo)向作用向上提升時，可逐步放下舵桿進行對中操作，這樣可以避免舵桿與舵葉的碰撞，以及舵葉錐面的損傷破壞。

3.3 安裝傳動鍵的影響

傳動鍵與舵桿鍵槽的配合為過盈配合，與舵葉鍵槽的配合為過渡配合。由于平鍵有倒角，所以，當平鍵與鍵槽的安裝位置偏差不大時，在舵桿與舵葉的對中過程中可以自動對中，同時舵桿將隨之進行微量的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)平鍵與鍵槽的對中。所以，從安裝質(zhì)量和縮短安裝時間來考慮，預(yù)先安裝傳動鍵比較好。

3.4 舵承推力盤與摩擦片之間的間隙

當舵桿錐體與舵葉錐孔進行液壓安裝時，兩者之間會產(chǎn)生軸向的位移，由于舵葉的重量遠大于舵桿，如果固定舵桿而使得舵葉向上提升，則推進用的液壓油缸要增加一個用于克服舵葉重量的力，才能推進舵葉的液壓裝配，而從受力角度考慮，該增加的力必須由舵桿和舵桿鎖緊螺母之間的螺紋來承受，這樣易造成螺紋變形，不利于鎖緊螺母的安裝。所以在過盈配合連接時一般使舵桿移動，為了保證舵桿能順利移動，必須確保預(yù)先安裝在舵桿上的推力盤與摩擦片之間的間隙大于其軸向推進量。

4 結(jié)束語

通過以上分析可知，舵桿與舵葉的安裝過程需注意：①舵葉上吊點的設(shè)置應(yīng)保證舵葉能在前后、左右方向上進行水平位置的調(diào)整；②采用舵葉提升到位后放下舵桿進行對中的方法；③舵桿與舵葉的錐面和錐孔進行初步連接時，檢查舵承推力盤與摩擦片之間的位置和間隙，其間隙值必須大于舵桿與舵葉錐孔過盈配合所需的軸向推進量；④采用液壓裝配連接時，使舵桿進行軸向移動以減少舵桿和舵桿鎖緊螺母之間螺紋的受力。