船舶主機曲軸拐檔差調(diào)整關(guān)鍵技術(shù)分析

樊繼明

（中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214400）

目前，船舶呈現(xiàn)出大型化的發(fā)展趨勢，所以需要更高功率的柴油主機，受這一因素的影響，曲軸的重量、尺寸等，也會隨之而不斷增大。就曲軸拐擋差而言，其可以將軸線狀態(tài)直接地反映出來，所以及時調(diào)整曲軸拐擋差，積極優(yōu)化現(xiàn)場施工的方式，對于船舶的穩(wěn)定運行具有重要的意義。

1 以Pro/E為基礎(chǔ)對船舶主機曲軸部件建模

首先，對曲軸進(jìn)行三維建模。在現(xiàn)場施工過程中，經(jīng)過對某船舶主機曲軸的測量，獲取其相關(guān)的數(shù)據(jù)：主軸頸半徑為700mm、主軸頸長度等于300mm、曲柄銷半徑為800mm、曲柄銷長度為300+2×100mm、曲臂的厚度為400mm。通過Pro/E的旋轉(zhuǎn)功能、剪切功能、拉伸功能等，實現(xiàn)對曲柄的建模。由于曲柄之間的尺寸是一致的，只是因為角度、位置存在差異，所以可以利用軟件中旋轉(zhuǎn)復(fù)制的功能進(jìn)行建模設(shè)計。

其次，對軸承座進(jìn)行三維建模。在主機的現(xiàn)場運行中，主軸承主要發(fā)揮支撐的作用，可以利用Pro/E的拉伸功能構(gòu)建模型。因為曲柄主軸頸的長度等于300mm，所以需將軸承座的寬設(shè)置為280mm，兩側(cè)預(yù)留出10mm的空間，避免相互之間發(fā)生摩擦。在模型中，中間軸承需要將寬度設(shè)置為600mm，與孔中心的距離等于4000mm，孔半徑等于700mm。

最后，對中間軸、飛輪、中間軸承基座以及主機機座進(jìn)行三維建模?；赑ro/E的拉伸功能，對中間軸、中間軸承基座與主機機座進(jìn)行建模，其中飛輪的半徑等于3000mm、厚度等于300mm；主機機座的長度設(shè)計為11200mm、厚度為300mm、寬度等于5000mm；中間軸的半徑等于350mm、長度設(shè)計為12000mm；中間軸承基座的長度設(shè)計為10000mm、厚度設(shè)計為300mm、寬度設(shè)計為5000mm。

2 以ANSYS Workbench為基礎(chǔ)對模型進(jìn)行有限元分析

基于現(xiàn)場施工中獲取的數(shù)據(jù)信息，在完成建模后，可以使用ANSYS Workbench進(jìn)行有限元分析，其對具體的施工具有重要的作用。在本次現(xiàn)場施工的分析中，應(yīng)用ANSYS Workbench的具體步驟如下：

（1）將整體模型導(dǎo)入。在ANSYS Workbench中創(chuàng)建一個新項目，并將其添加至Static Structure，將三維模型以.x_t的格式保存，然后導(dǎo)入至ANSYS Workbench。

（2）設(shè)置材料。根據(jù)所掌握的知識，對模型所需要的材料進(jìn)行設(shè)置。其中，飛輪、中間軸承、曲軸需要使用42CrMo；中間軸承座、主機軸承座應(yīng)該使用鑄鋼；而中間軸承基座、主機機座對材料的要求較高，所以將其設(shè)置為理想狀態(tài)的材料。

（3）劃分網(wǎng)格。在ANSYS Workbench中存在工具M(jìn)esh，運用其對全局的尺寸進(jìn)行設(shè)置（100mm），最后獲得382275個節(jié)點、139790個單元。在這一基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)置連接、添加邊界條件與載荷等，為后續(xù)的計算奠定基礎(chǔ)。

3 調(diào)整主機機座高度對各主機軸承與中間軸的影響

受文章篇幅的限制，筆者以各主機軸承與中間軸為主進(jìn)行分析。

3.1 調(diào)整尾端高度

通過ANSYS Workbench完成計算后，工作人員在現(xiàn)場施工的過程中，可以結(jié)合模型的數(shù)據(jù)對主機機的尾端進(jìn)行四次調(diào)整，其實際調(diào)整的高度分別是1mm、0.5mm、0mm、-0.5mm、-1mm。此時主機軸承的負(fù)荷分別為：

（1）1軸承在調(diào)整1mm時為2.99E+05，0.5mm時為3.08E+05，0mm時為3.17E+05，-0.5mm時為3.26E+05，-1mm時為3.35E+05。

（2）2軸 承 在 調(diào) 整 1mm時 為 5.58E+05，0.5mm時 為5.54E+05，0mm時為5.51E+05，-0.5mm時為5.47E+05，-1mm時為5.43E+05。其余的6個軸承也出現(xiàn)了相應(yīng)的變化，而中間軸在調(diào)整1mm時為3.02E+05，0.5mm時為3.49E+05，0mm時為3.96E+05，-0.5mm時為4.43E+05，-1mm時為4.90E+05。

3.2 調(diào)整左右高度

通過ANSYS Workbench完成計算后，工作人員在現(xiàn)場施工的過程中，可以結(jié)合模型的數(shù)據(jù)對對主機機的左端進(jìn)行四次調(diào)整，其高度分別是1mm、0.5mm、0mm、-0.5mm、-1mm。此時，主機軸承的負(fù)荷分別為：

（1）1軸承在調(diào)整1mm時為3.12E+05，0.5mm時為3.14E+05，0mm時 為 3.17E+05，-0.5mm時 為 3.19E+05，-1mm時為3.21E+05。

（2）2軸承在調(diào)整1mm時為5.53E+05，0.5mm時為5.52E+05，0mm時 為 5.51E+05，-0.5mm時 為 5.50E+05，-1mm時為5.49E+05。其余的6個軸承也出現(xiàn)了相應(yīng)的變化，而中間軸在調(diào)整1mm時為3.65E+05，0.5mm時為3.80E+05，0mm時 為 3.96E+05，-0.5mm時 為 4.12E+05，-1mm時 為4.27E+05。

4 主機機座調(diào)整曲軸拐擋差預(yù)報軟件的設(shè)計與應(yīng)用

4.1 軟件的設(shè)計原理

結(jié)合上文的分析可以發(fā)現(xiàn)，對主機機座左右高度調(diào)整、首尾高度調(diào)整下，會對船舶的很多部件產(chǎn)生直接的影響，每當(dāng)主機機座的高度提高1mm，拐擋差數(shù)值等于1/100mm/mm。就主機機座尾部的高度來說，其與船舶各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，都存在正比例的關(guān)系，另外，主機左端底邊的實際高度值，同樣與船舶各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，存在正比例的關(guān)系。因此，在現(xiàn)場施工的過程中，工作人員對主機機座左右高度、首尾高度的調(diào)整，會對各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，產(chǎn)生一種具有線性疊加特征的影響。安裝主機后，工作人員應(yīng)該對船舶各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，進(jìn)行詳細(xì)的測量、計算，然后根據(jù)廠商所提供的拐擋差范圍對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

如果經(jīng)過現(xiàn)場施工后，發(fā)現(xiàn)各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，超過了廠商規(guī)定的范圍，就應(yīng)該及時調(diào)整主機機座的左右高度、首尾高度。調(diào)整主機機座的高度后，船舶中各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，可以通過以下的公式進(jìn)行計算：

基于這一公式的計算，工作人員可以掌握各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，是否處于廠商所提供的合理范圍內(nèi)，降低了現(xiàn)場施工計算各部分拐擋差的計算難度。

4.2 軟件的設(shè)計應(yīng)用

在設(shè)計預(yù)報軟件的過程中，工作人員可以運用VB.NET實現(xiàn)對Excel的調(diào)用，實現(xiàn)調(diào)整主機機座左端底邊、尾端底邊高度后，船舶各缸垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差的快速顯示。就預(yù)報軟件在現(xiàn)場施工中的應(yīng)用來說，其主要發(fā)揮兩個模塊的作用，即數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、拐擋差計算模塊。其中，前者可以將調(diào)整主機機座高度之前，各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，以及調(diào)整后垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差的變化率，導(dǎo)入到Excel中。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入的功能，可以將“Microsoft.Office.Interope.Excel”“Microsoft.Office.Core”添加到VB的程序中。

基于這一前提，工作人員在現(xiàn)場施工的過程中，可以使用鼠標(biāo)點擊軟件的界面中按鈕“瀏覽”，然后選擇相應(yīng)的Excel文件，就可以將調(diào)整主機機座之前各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差顯示出來，同時程序會對調(diào)整高度時垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差的具體變化率進(jìn)行讀取。當(dāng)工作人員點擊按鈕“查看”時，系統(tǒng)會將調(diào)整主機機座高度之前各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差以及調(diào)整后的相應(yīng)變化率，以Excel表格的形式顯示出來，便于工作人員隨時獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。而預(yù)報軟件中的拐擋差計算模塊，其在具體的現(xiàn)場施工應(yīng)用中，可以將主機機座左端底邊、尾端底邊的高度（調(diào)整）輸入其中，同時對調(diào)整后各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差進(jìn)行相應(yīng)的計算、顯示。依據(jù)調(diào)整后的實際變化率，對需要調(diào)整的機座高度進(jìn)行預(yù)估，同時自動輸入到系統(tǒng)中。隨后，工作人員點擊按鈕“計算”，則可以直接將需要調(diào)整的具體高度值顯示出來，保證現(xiàn)場施工中對船舶主機曲軸拐擋差調(diào)整結(jié)果的合理性。

5 結(jié)語

綜上所述，對船舶主機曲軸拐擋差的調(diào)整，實際上是一個較大的現(xiàn)場施工工程，同時最終的結(jié)果也具有一定的偶然性、隨機性，無法保證調(diào)整結(jié)果的有效性。為了避免這樣的問題，可以設(shè)計曲軸拐擋差預(yù)報軟件，將其應(yīng)用在現(xiàn)場施工中，幫助工作人員執(zhí)行科學(xué)的、合理的調(diào)整方案，增強曲軸拐擋差調(diào)整的有效性。