轉(zhuǎn)葉式舵機修理工藝研究

常軍軍

摘 ?要：船舶舵機是控制船舶航向，保證船舶安全航行的重要設(shè)備，其完好性不言而喻。該文通過闡述轉(zhuǎn)葉式舵機的結(jié)構(gòu)原理，并以某輪舵機修理為案例，對轉(zhuǎn)葉式舵機轉(zhuǎn)舵機構(gòu)部件容易出現(xiàn)的故障進行了描述和原因分析，根據(jù)案例實際提出了修理方案，重點對轉(zhuǎn)舵機構(gòu)相關(guān)部件裝配技術(shù)參數(shù)、修理加工工藝以及裝配工藝流程進行了探討和研究，以為舶舶輪機相關(guān)管理人員及修理者提供參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)葉式舵機;工作原理;修理;技術(shù)參數(shù);工藝流程

中圖分類號：U664 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

船舶安全地航行，除了應(yīng)具有良好的推進性外，還應(yīng)有良好的操縱性能，船舶推進性能是由主機和螺旋槳的正確匹配來保證的，而船舶保持和改變航向是靠舵裝置的作用。舵裝置主要是由舵和操舵裝置組成，舵機就是操舵裝置的主要部件。船用舵機目前多采用液壓式，根據(jù)其作用方式的不同，液壓式舵機分為往復(fù)式和轉(zhuǎn)葉式2類。轉(zhuǎn)葉式舵機可直接安裝在舵桿上，省去了將直線運動轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運動的機械傳動環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，因此占地面積小、重量輕、安裝方便，受到船東的歡迎。

1 轉(zhuǎn)液式舵機工作原理

轉(zhuǎn)葉式液壓舵機，主要由轉(zhuǎn)舵機構(gòu)、舵機油泵、控制閥和操縱系統(tǒng)幾個部分組成，其中轉(zhuǎn)舵機構(gòu)是舵機的核心部件，是將油液的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動舵桿的機械能的裝置。轉(zhuǎn)舵機構(gòu)由舵機殼體、轉(zhuǎn)子、定子、軸承蓋等部件組成（圖1），舵機殼體固定在船體上，其內(nèi)腔裝有2或3個定子，定子通過拂配螺絲與殼體緊固。舵機轉(zhuǎn)子以鍵聯(lián)接或是錐度配合，并通過液壓螺母緊固在舵桿上端，轉(zhuǎn)子上裝有2或3個轉(zhuǎn)葉。殼體與上軸承蓋內(nèi)各有一滑動軸承與轉(zhuǎn)子配合，上、下各有唇型橡膠密封進行密封，保持轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)的軸向密封。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉與殼體內(nèi)壁、定子與轉(zhuǎn)子配合處安裝有密封條，保持轉(zhuǎn)舵機構(gòu)工作時部件間的徑向密封。這種結(jié)構(gòu)就將舵機殼體內(nèi)腔分隔離成4或6個密封腔室，當油泵工作時，分別從其中2或3個腔室吸油并排入另2或3個腔室，轉(zhuǎn)葉就會在液壓差的作用下轉(zhuǎn)動，并通過轉(zhuǎn)子帶動舵桿、進而帶動舵葉轉(zhuǎn)動，改變油泵的吸排油方向，即可改變舵葉轉(zhuǎn)動的方向，從而達到保持和改變航向的目的。

為保證舵機的正常運行，轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的定期維護和修理，密封件的定期更新是非常重要的，我們常說的舵機修理其實就是轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的修理。該文以某輪舵機修理為案例，對轉(zhuǎn)葉式舵機殼體、轉(zhuǎn)子、軸承蓋、滑動軸承、推力軸承等部件修理工藝及部件裝配工藝流程進行探討。

2 案例舵機故障描述、原因分析及修理方案

2.1 案例舵機故障描述

某輪在修理過程中，船方反饋舵機局部漏泄，工作壓力不足，轉(zhuǎn)舵困難。在舵機拆解后，經(jīng)勘驗發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)舵機構(gòu)各部件如下問題。

（1）舵機殼體、上軸承蓋內(nèi)滑動軸承內(nèi)表面均有嚴重拉痕，且與轉(zhuǎn)子配合處軸徑及油封壓圈外圓裝配間隙超過技術(shù)標準，上軸承蓋內(nèi)與油封配合處內(nèi)孔也出現(xiàn)磨損和較深的拉痕。

（2）與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉下端面配合的殼體內(nèi)腔底平面拉毛，殼體內(nèi)軸向推力軸承平面磨損嚴重。

（3）裝配于轉(zhuǎn)子上與軸承蓋內(nèi)滑動軸承配合的油封壓圈外圓、與殼體內(nèi)滑動軸承配合的轉(zhuǎn)子軸徑處外圓均出現(xiàn)磨損和較深的拉痕，與推力軸承平面配合的轉(zhuǎn)子下端面拉毛。

（4）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉底部彈簧式金屬補償密封條磨損，上下唇型端面油封老化，局部出現(xiàn)拉痕。

2.2 故障原因分析

（1）舵機轉(zhuǎn)子下端面與推力軸承互為摩擦副，在正壓力作用下，達到一定強度時，摩擦副表面的原子互相擴散或溶解，會形成強固的接點。該輪舵機因長時間未維護保養(yǎng)，摩擦副表面形成的接點的晶格滑移，并不斷生長，造成摩擦副間發(fā)生咬死現(xiàn)象，隨著咬死現(xiàn)象的不斷加重，使推力軸承平面嚴重拉傷磨損，轉(zhuǎn)子下端面拉毛。

（2）推力軸承平面的不均勻磨損帶來轉(zhuǎn)子下沉和軸線偏移，不僅造成轉(zhuǎn)葉底部金屬補償密封條和殼體內(nèi)腔底平面的摩擦力加大，殼體底平面和密封條平面拉毛，還造成軸承蓋和殼體內(nèi)滑動軸承與配合的轉(zhuǎn)子軸徑和油封壓圈外圓磨損和偏磨，配合間隙變大超過技術(shù)標準。

（3）轉(zhuǎn)舵機構(gòu)密封面多，由于長時間保養(yǎng)缺失，密封件老化嚴重，同時轉(zhuǎn)子下沉和軸線偏移，使端面密封件及轉(zhuǎn)葉下端面上密封條受力不均，局部出現(xiàn)拉傷，密封失效，舵機出現(xiàn)泄漏，導(dǎo)致舵機工作壓力不足。

2.3 舵機修理方案

經(jīng)過對案例舵機故障原因分析，并根據(jù)各部件實際狀況，確立修理方案如下。

（1）轉(zhuǎn)子下端平面拉毛通過車床加工進行消除;與殼體內(nèi)滑動軸承配合的轉(zhuǎn)子軸徑外圓磨損嚴重，通過車床加工車小直徑后鑲?cè)謴?fù)尺寸;裝配于轉(zhuǎn)子上與軸承蓋內(nèi)滑動軸承配合的油封壓圈新制換新。

（2）殼體內(nèi)腔底平面拉毛通過車床加工進行消除;殼體內(nèi)推力軸承和滑動軸承、軸承蓋內(nèi)滑動軸承磨損嚴重，進行新制換新;與油封配合的軸承蓋內(nèi)孔處的拉痕，通過車床加工車大直徑后鑲?cè)謴?fù)尺寸。

（3）上下軸向唇形密封件換新;定子與轉(zhuǎn)子配合處、轉(zhuǎn)葉與殼體配合處、轉(zhuǎn)葉上下端面上金屬密封條進行檢查，有磨損及較深拉痕的進行換新。

3 轉(zhuǎn)舵機構(gòu)各部件裝配技術(shù)參數(shù)和加工技術(shù)要求

結(jié)合該舵機說明書及修理技術(shù)規(guī)范要求，確定轉(zhuǎn)舵機構(gòu)各部件間裝配技術(shù)參數(shù)和加工技術(shù)要求。

（1）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉外圓與殼體內(nèi)孔、轉(zhuǎn)子外圓與定子內(nèi)孔均為0.30 mm～0.40 mm間隙配合;轉(zhuǎn)子軸徑與殼體內(nèi)滑動軸承內(nèi)孔為0.45 mm～0.50 mm間隙配合;油封壓圈外圓與軸承蓋內(nèi)滑動軸承內(nèi)孔為0.20 mm～0.25 mm間隙配合。

（2）定子長度與殼體內(nèi)腔深度相同，推力軸承與轉(zhuǎn)子安裝后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉上下端面與殼體上平面和內(nèi)腔底平面裝配間隙均為0.20 mm。

（3）舵機殼體與軸承蓋裝配平面、殼體內(nèi)腔平面的平面度≤0.1 mm;與推力軸承配合的轉(zhuǎn)子下端面、定子端面、推力軸承平面的平面度≤0.05 mm;轉(zhuǎn)子、定子端面平行度采用6級位置公差，各部件內(nèi)外圓圓度和圓柱度采用6級形狀公差;各部件表面精糙度Ra≤0.40 ?m。

4 舵機轉(zhuǎn)舵機構(gòu)各部件修理加工工藝流程

4.1 舵機轉(zhuǎn)子修復(fù)

（1）舵機轉(zhuǎn)子選擇D6300立式車床進行修理加工。轉(zhuǎn)子吊裝車床裝夾，底平面向上，以轉(zhuǎn)子與下滑動軸承配合處軸徑外圓未磨損處校圓、以轉(zhuǎn)子外圓從0°、90°、180°、270°度4個角度上下拉母線校平找中后，加工與殼體內(nèi)滑動軸承配合的轉(zhuǎn)子軸徑處外圓，直徑車小20 mm。

（2）選用30 mm厚DH36高強度板卷制鑲?cè)Γ碇平雍咸幦竿?，卷制長度按軸頸車的長度放長15 mm～20 mm左右，滿足車床加工切割工藝需要;選擇D1250立車進行鑲?cè)︻A(yù)加工，長度方向留加工余量1 mm，外圓留余量3 mm～5 mm，內(nèi)孔與轉(zhuǎn)子過盈量0.25 mm～0.30 mm;利用工業(yè)電加熱毯或工頻加熱器將鑲?cè)訙?，通過熱漲法將鑲?cè)ρb配于轉(zhuǎn)子上。

（3）檢查確認轉(zhuǎn)子校中無誤，對轉(zhuǎn)子加裝的鑲?cè)M行加工，外圓加工恢復(fù)至原始尺寸，同時光車轉(zhuǎn)子端面，消除轉(zhuǎn)子端面拉毛處缺陷，加工過程中外圓和平面的圓度、圓柱度及平面度應(yīng)符合加工技術(shù)要求。

（4）油封壓圈新制。材料選用100厚DH36高強度板，加工過程中先粗車，內(nèi)外圓及平面留加工余量，為減少鉆孔時受熱變形，粗車后先進行油封壓圈裝配孔的鉆床加工，然后再對油封壓圈進行精加工，油封壓圈內(nèi)孔與裝配處轉(zhuǎn)子軸徑外圓為0 mm～0.025 mm過渡配合，外圓加工恢復(fù)至原始尺寸。精加工時油封壓圈外圓與內(nèi)孔同心度以及內(nèi)外圓圓度和圓柱度應(yīng)符合加工技術(shù)要求。

（5）加工結(jié)束后，測量記錄加工后的轉(zhuǎn)子軸徑和長度尺寸，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉長度尺寸以及新制的油封壓圈外徑尺寸;根據(jù)裝配技術(shù)參數(shù)要求，確定好軸承蓋和殼體內(nèi)滑動軸承內(nèi)孔、殼體底平面距推力軸承平面深度、舵機殼體內(nèi)腔深度和定子須加工的尺寸。

4.2 舵機殼體修復(fù)及其內(nèi)腔徑向滑動軸承、軸向推力軸承換新

（1）拆除殼體內(nèi)定子、軸向推力軸承及徑向滑動軸承;滑動軸承和推力軸承材料為ZCuSn10Zn2鑄件，鑄件先進行預(yù)加工，滑動軸承外圓按殼體配合處內(nèi)孔0.40 mm～0.50 mm過盈量，內(nèi)孔及長度留2 mm～3 mm加工余量;推力軸承內(nèi)外圓加工至尺寸，厚度留加工余量2 mm～3 mm，并預(yù)先加工好各環(huán)形、徑向油槽及軸承裝配沉孔。

（2）將殼體內(nèi)腔裝配滑動軸承、推力軸承的內(nèi)孔及平面清潔干凈，滑動軸承利用干冰采用冷凍法安裝到位，推力軸承通過沉頭螺絲裝配。

（3）選擇D6300立式車床進行殼體加工。殼體吊裝車床裝夾，以殼體內(nèi)孔校圓、以內(nèi)圓從0°、90°、180°、270° 4個角度上下拉母線校平找中后，對殼體內(nèi)腔底平面車加工，將平面上拉毛處消除，再加工滑動軸承內(nèi)孔至要求的尺寸，加工推力軸承平面，使殼體底平面距推力軸承平面深度至要求的尺寸。

（4）殼體內(nèi)腔清潔干凈，將定子與殼體進行裝配緊固，檢查確認殼體校中無誤后，加工殼體與軸承蓋裝配平面及定子上端面，使殼體內(nèi)腔深度和定子長度至要求的尺寸。

（5）加工過程中，殼體內(nèi)腔底平面、與軸承蓋裝配平面、推力軸承平面、定子上端面的平面度、平行度以及滑動軸承內(nèi)孔圓度和圓柱度應(yīng)符合加工技術(shù)要求。

4.3 舵機上軸承蓋修復(fù)及其上滑動軸承換新

（1）拆除上軸承蓋內(nèi)滑動軸承，并根據(jù)轉(zhuǎn)子加工后測量的油封壓圈外徑尺寸D4，確定軸承端蓋內(nèi)滑動軸承內(nèi)孔須加工的尺寸D4"。

（2）選擇D3150立式車床進行軸承端蓋加工。軸承蓋吊裝車床裝夾，以端蓋與殼體裝配平面校平、以端蓋與殼體裝配定臺階外圓校圓找中后，光車端蓋內(nèi)與唇形油封配合處內(nèi)孔，直徑光大10 mm～12 mm，光車后測量尺寸，確定鑲?cè)Φ耐鈴匠叽纭?/p>

（3）鑲?cè)Σ牧稀⒕碇?、預(yù)加工及安裝與轉(zhuǎn)子上鑲?cè)に嚵鞒滔嗤?軸承蓋內(nèi)滑動軸承材料、預(yù)加工及安裝與殼體內(nèi)滑動軸承工藝流程相同。

（4）鑲?cè)盎瑒虞S承裝配后，檢查確認軸承蓋校中無誤后，加工鑲?cè)?nèi)孔至原始尺寸，滑動軸承內(nèi)孔至尺寸D4"，加工過程中，鑲?cè)?nèi)孔、滑動軸承內(nèi)孔圓度和圓柱度應(yīng)符合加工技術(shù)要求。

5 舵機轉(zhuǎn)舵機構(gòu)內(nèi)場裝配工藝流程

（1）舵機轉(zhuǎn)子、上軸承蓋、殼體加工完畢后，將殼體內(nèi)定子及推力軸承拆卸，用砂皮及油石將所有加工平面、內(nèi)外圓表面及油槽處去毛刺，所有螺孔、油孔清潔干凈。

（2）安裝殼體底部油封及油封壓圈，并用緊固螺絲臨時固定。

（3）定子與殼體內(nèi)腔表面貼合處密封槽內(nèi)裝入密封膠條，膠條粗切割時長度留30 mm左右余量，吊裝定子到位，安裝過程中膠條下端面與殼體底平面應(yīng)貼牢。

（4）將定子上定位拂配螺栓裝入，裝配定子緊固螺絲，并按要求扭力收緊，然后將定子上密封膠條多余部分切除。

（5）殼體內(nèi)推力軸承裝配，軸承下平面與殼體平面須貼牢，用0.02 mm塞尺檢查應(yīng)塞不進。推力軸承裝配后，用深度尺測量確認殼體底平面至推力軸承平面高度值為L1”。

（6）檢查確認轉(zhuǎn)子與定子、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉與殼體配合處的長、短金屬密封條符合裝配要求，軸向密封條應(yīng)與轉(zhuǎn)子長度一致，徑向密封條應(yīng)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉上槽長相同，厚度與槽深一致。

（7）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉底部密封條（轉(zhuǎn)葉上下密封條結(jié)構(gòu)不同，下部密封條上有彈簧座孔，上部密封條無彈簧座孔）上彈簧裝妥，密封條裝入轉(zhuǎn)葉底部密封槽內(nèi)，利用兩根細鐵絲臨時固定于轉(zhuǎn)葉上，安裝時密封條搭口位置安裝正確。

（8）吊起轉(zhuǎn)子，調(diào)整轉(zhuǎn)子處于水平位置，按安裝記號將轉(zhuǎn)子緩緩吊入殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子裝配進入還剩約5 mm～7 mm時，慢慢抽出臨時固定用的鐵絲，然后將轉(zhuǎn)子裝配到位;檢查測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉平面與舵機殼體上平面高度差是否為裝配要求的0.20 mm間隙。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉處于兩定子中心（分中）位置，測量并確認轉(zhuǎn)子與定子、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉與殼體內(nèi)腔間隙符合裝配要求，單邊0.15 mm～0.20 mm，間隙之和0.30 mm～0.40 mm。

（9）利用螺絲刀及木榔頭配合將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉與殼體、定子與轉(zhuǎn)子配合處各軸向金屬密封條裝配，裝配時確認密封條搭口位置正確，在將密封條裝入密封槽內(nèi)時，在密封條上向下第一個彈簧座孔內(nèi)放置第一個彈簧，用螺絲刀壓緊彈簧，木榔頭輕輕敲擊密封條上部，使密封條慢慢向下連帶第一只彈簧進入密封槽內(nèi)，依次類推，分別裝入第2、第3等剩余彈簧，直至各密封條裝配到位。

（10）軸向密封條裝配到位后，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)葉上平面各徑向密封槽彈簧座孔內(nèi)放置好彈簧，將密性條裝配到位。

（11）殼體與上軸承端蓋法蘭平面密封環(huán)槽內(nèi)放置好 “O”圈，吊裝上軸承蓋，按記號將上蓋裝配到位，螺絲按要求扭力緊固。

（12）將定子定位拂配螺栓調(diào)整至其裝配位置，拂配螺絲兩端螺母裝配到位，并按要求扭力緊固。

（13）在轉(zhuǎn)子與上軸承蓋接合處形成的環(huán)槽內(nèi)裝配好唇形密封圈，將油封壓圈與轉(zhuǎn)子裝配到位，并用內(nèi)六角螺絲按要求扭力緊固，壓住密封圈。

（14）用塞尺檢查并確認油封壓圈外圓與上滑動軸承內(nèi)孔的間隙符合裝配技術(shù)要求，單邊0.10 mm～0.125 mm，間隙之和0.20 mm～0.25 mm。

6 舵機船上安裝試驗

（1）舵機轉(zhuǎn)舵機構(gòu)上船安裝，殼體與舵機底座裝配到位，底腳螺絲按要求扭力緊固;舵機轉(zhuǎn)子與舵桿組裝，液壓螺母裝配到位，按要求扭力收緊殼體底部唇形密封壓圈緊固螺絲。

（2）舵機系統(tǒng)油泵、控制閥裝配，其上各元件、管件、附件回裝。

（3）舵機按相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求調(diào)試交驗。

7 結(jié)語

舵機是船舶正常安全航行的重要設(shè)備，但不同生產(chǎn)廠家、不同型號轉(zhuǎn)葉式舵機裝配結(jié)構(gòu)及安裝技術(shù)參數(shù)不盡相同，修理過程中應(yīng)結(jié)合實際情況和產(chǎn)品說明書，確認修理技術(shù)參數(shù)和工藝流程。該文結(jié)合實際案例對轉(zhuǎn)葉式舵機轉(zhuǎn)舵機構(gòu)相關(guān)部件修理工藝和裝配工藝流程進行了闡述，希望該文總結(jié)的修理工藝流程能給船舶輪機管理人員及修理者一定的啟發(fā)和幫助。

參考文獻

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