海上半潛式平臺(tái)錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的檢修

顧志超

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452）

長(zhǎng)傳動(dòng)軸是半潛式平臺(tái)錨機(jī)的關(guān)鍵零件，由于缺乏長(zhǎng)傳動(dòng)軸的圖紙和技術(shù)參數(shù)，影響長(zhǎng)傳動(dòng)軸的修理施工。長(zhǎng)傳動(dòng)軸的圖紙和技術(shù)參數(shù)是進(jìn)口錨機(jī)設(shè)備的核心，國(guó)外設(shè)備廠家對(duì)核心技術(shù)采取技術(shù)壁壘。為了突破技術(shù)壁壘，檢修中，測(cè)量長(zhǎng)傳動(dòng)軸和軸承尺寸，繪制長(zhǎng)傳動(dòng)軸的圖紙；依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定長(zhǎng)傳動(dòng)軸的技術(shù)參數(shù)。目前，無(wú)半潛式平臺(tái)錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸檢修的相關(guān)報(bào)道。長(zhǎng)傳動(dòng)軸受熱后，易產(chǎn)生變形；長(zhǎng)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配的零件較多，涉及滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承等零件。鑒于以上技術(shù)問(wèn)題，在檢修中，無(wú)損探傷檢測(cè)（NDT）長(zhǎng)傳動(dòng)軸，對(duì)軸上的銹蝕麻點(diǎn)，采用新型激光焊接技術(shù)，解決了長(zhǎng)傳動(dòng)軸受熱變形的技術(shù)問(wèn)題；分析長(zhǎng)傳動(dòng)軸和滾動(dòng)軸承的配合尺寸，計(jì)算長(zhǎng)傳動(dòng)軸與滑動(dòng)軸承的配合間隙，對(duì)長(zhǎng)傳動(dòng)軸采用鍍鐵、磨削的修理工藝，更換滾動(dòng)軸承。解決了相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，探索出了行之有效的檢修工藝，創(chuàng)建了錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸檢修的成功范例，填補(bǔ)了海上半潛式平臺(tái)錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸檢修的技術(shù)空白。

檢修流程圖（圖1）顯示從開(kāi)始檢修、制作工裝、拆卸長(zhǎng)傳動(dòng)軸、測(cè)量尺寸、畫(huà)長(zhǎng)傳動(dòng)軸圖、NDT 檢測(cè)探傷、參數(shù)的確定和標(biāo)準(zhǔn)的符合性判斷、修理、零件組裝、試運(yùn)行、至檢修完成的全部流程。

圖1 檢修流程圖Fig.1 Overhaul flow chart

1 錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)

錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度為3 668 mm，由于該傳動(dòng)軸較長(zhǎng)，且軸承多達(dá)5 個(gè)，故稱(chēng)此軸為長(zhǎng)傳動(dòng)軸。圖中的聯(lián)軸節(jié)軸頸用于裝配聯(lián)軸器，長(zhǎng)傳動(dòng)軸通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接短傳動(dòng)軸；長(zhǎng)傳動(dòng)軸由A 前軸承位、C 中軸承位和E 后軸承位的滾動(dòng)軸承支撐；在B 傳動(dòng)小齒輪銅套位置，裝配了內(nèi)鑲嵌銅套的小齒輪，銅套為滑動(dòng)軸承，小齒輪帶動(dòng)錨機(jī)鏈輪[1]轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)錨鏈的收放，完成起錨和拋錨工作，裝配在前離合器撥叉位的離合器控制小齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)；長(zhǎng)傳動(dòng)軸上的齒輪[2-3]與高速液壓馬達(dá)齒輪嚙合；據(jù)平臺(tái)設(shè)備維修記錄記載，在D 傳動(dòng)大齒輪軸承位置，原設(shè)計(jì)為內(nèi)鑲嵌銅套的大齒輪，銅套為滑動(dòng)軸承，后將滑動(dòng)軸承改為滾動(dòng)軸承；裝配在后離合器撥叉位的離合器切換液壓馬達(dá)的輸入。

圖2 錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)Fig.2 Long transmission shaft structure of anchor winch

2 錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的檢測(cè)

拆卸錨機(jī)零件，制作工裝，焊接支架，將長(zhǎng)傳動(dòng)軸水平架起，無(wú)損探傷檢測(cè)（NDT）長(zhǎng)傳動(dòng)軸，發(fā)現(xiàn)A 前軸承位和B 傳動(dòng)小齒輪銅套位有多個(gè)銹蝕麻點(diǎn)（圖3）。

圖3 長(zhǎng)傳動(dòng)軸檢測(cè)Fig.3 Detection of long transmission shaft

根據(jù)《CB/T 3688—1995 船用起錨機(jī)和起錨絞盤(pán)修理技術(shù)要求》[4]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“技術(shù)要求”），應(yīng)對(duì)A 前軸承位和B 傳動(dòng)小齒輪銅套位的多個(gè)銹蝕麻點(diǎn)進(jìn)行修理。修理部位的尺寸和技術(shù)要求，將根據(jù)下面的測(cè)量和計(jì)算確定。

3 長(zhǎng)傳動(dòng)軸與軸承的配合尺寸測(cè)量和計(jì)算

測(cè)量長(zhǎng)傳動(dòng)軸和軸承的尺寸，以便確定長(zhǎng)傳動(dòng)軸與軸承的配合關(guān)系。為了保證測(cè)量的精度要求，使用外徑千分尺測(cè)量長(zhǎng)傳動(dòng)軸的外徑，使用內(nèi)徑百分表測(cè)量軸承的內(nèi)徑。

3.1 長(zhǎng)傳動(dòng)軸和支撐軸承的配合尺寸測(cè)量

長(zhǎng)傳動(dòng)軸由三個(gè)滾動(dòng)軸承支撐，分別位于：A 前軸承位、C 中軸承位和E 后軸承位（圖2）。下面將對(duì)長(zhǎng)傳動(dòng)軸和這三個(gè)滾動(dòng)軸承進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量長(zhǎng)傳動(dòng)軸的外徑和滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑。

測(cè)量A 前軸承位的軸外徑[5]，由左向右依次選取a1、a2 部分；測(cè)量C 中軸承位的軸外徑，由左向右依次選取c1、c2 部分；測(cè)量E 后軸承位的軸外徑，由左向右依次選取e1、e2 部分；在每個(gè)部分測(cè)量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸外徑尺寸。軸外徑的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 軸外徑測(cè)量數(shù)據(jù)（單位：mm）Table 1 Shaft outside diameter measurement data (unit: mm)

測(cè)量A 前軸承位的滾動(dòng)軸承內(nèi)徑[6]，由左向右依次選取A1、A2 部分；測(cè)量C 中軸承位的軸承內(nèi)徑，由左向右依次選取C1、C2 部分；測(cè)量E 后軸承位的軸承內(nèi)徑，由左向右依次選取E1、E2 部分；在每個(gè)部分測(cè)量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸承內(nèi)徑尺寸。支撐軸承內(nèi)徑的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 支撐軸承內(nèi)徑測(cè)量數(shù)據(jù)（單位：mm）Table 2 Measurement data of inner diameter of support bearing (unit: mm)

表1和表2的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，a1、a2、A1、A2 的尺寸接近280 mm，c1、c2、C1、C2 的尺寸接近300 mm，e1、e2、E1、E2 的尺寸接近220 mm，由此可以初步判斷傳動(dòng)軸和軸承按照公制單位設(shè)計(jì)。分析認(rèn)為，軸的基本尺寸按照φ280 mm、φ300 mm、φ220 mm 設(shè)計(jì)，若對(duì)軸進(jìn)行修理，還需確定軸的公差帶，為此查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新版）》[7]，結(jié)合錨機(jī)的工況，重載運(yùn)行，確定公差帶為r6，加工精度為6 級(jí)。公差尺寸分別為：

從表1的測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，a1、c1、c2、e1、e2 的尺寸均在公差尺寸范圍內(nèi)，說(shuō)明選擇的公差帶r6，基本符合傳動(dòng)軸的實(shí)際尺寸，在表1的測(cè)量數(shù)據(jù)中只有a2 的尺寸小于公差帶r6，此段軸表面有大量的銹蝕麻點(diǎn)，考慮對(duì)該段軸表面進(jìn)行修理，由于a1 和a2 同處于A 前軸承位，因此，確定對(duì)A 前軸承位軸表面進(jìn)行修理。

3.2 長(zhǎng)傳動(dòng)軸與齒輪內(nèi)鑲軸承的尺寸測(cè)量和計(jì)算

3.2.1 長(zhǎng)傳動(dòng)軸與齒輪內(nèi)鑲軸承的配合尺寸測(cè)量

分別測(cè)量長(zhǎng)傳動(dòng)軸與齒輪內(nèi)鑲軸承配合處的軸外徑尺寸：測(cè)量B 傳動(dòng)小齒輪銅套位的軸外徑尺寸，測(cè)量D 傳動(dòng)大齒輪軸承位的軸外徑尺寸。

在長(zhǎng)傳動(dòng)軸上的齒輪內(nèi)鑲軸承位比較長(zhǎng)，如B 傳動(dòng)小齒輪銅套位的長(zhǎng)度為380 mm，因此，每段測(cè)量左、中、右三個(gè)部分，B 傳動(dòng)小齒輪銅套位依次測(cè)量b1、b2 和b3 部分；D 傳動(dòng)大齒輪軸承位依次測(cè)量d1、d2 和d3 部分；在每個(gè)部分測(cè)量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸外徑尺寸。軸的外徑測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 軸外徑測(cè)量數(shù)據(jù)（單位：mm）Table 3 Shaft outside diameter measurement data (unit: mm)

B 傳動(dòng)小齒輪銅套屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，測(cè)量該滑動(dòng)軸承的內(nèi)徑尺寸，依次測(cè)量B1、B2 和B3 部分；通過(guò)查閱平臺(tái)設(shè)備維修記錄，發(fā)現(xiàn)D 傳動(dòng)大齒輪軸承位原為滑動(dòng)軸承配合，后將滑動(dòng)軸承改為滾動(dòng)軸承。依次測(cè)量D 傳動(dòng)大齒輪軸承位D1、D2和D3 的軸承內(nèi)徑部分；在每個(gè)部分測(cè)量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸承內(nèi)徑尺寸。齒輪內(nèi)鑲軸承的內(nèi)徑測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 齒輪內(nèi)鑲軸承內(nèi)徑測(cè)量數(shù)據(jù)（單位：mm）Table 4 Measurement data of inner diameter of inlaid bearing in gear (unit: mm)

表3和表4的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，D 傳動(dòng)大齒輪軸承位的軸外徑尺寸基本接近軸表面光滑，與其配合的軸承內(nèi)徑符合軸承的標(biāo)準(zhǔn)公差要求[8]，軸和軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，因此，不對(duì)該部位的軸表面進(jìn)行修理。

至于B 傳動(dòng)小齒輪銅套位的軸徑與滑動(dòng)軸承的配合是否符合技術(shù)要求，尚需通過(guò)下面的計(jì)算，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。

3.2.2 計(jì)算長(zhǎng)傳動(dòng)軸與滑動(dòng)軸承的配合間隙值

根據(jù)表3和表4的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算B 傳動(dòng)小齒輪銅套位的軸與滑動(dòng)軸承配合處的最大間隙值和最小間隙值，長(zhǎng)傳動(dòng)軸與滑動(dòng)軸承配合間隙值見(jiàn)表5。

表5 長(zhǎng)傳動(dòng)軸與滑動(dòng)軸承配合間隙值（單位：mm）Table 5 Clearance between long transmission shaft and sliding bearing (unit: mm)

表5的數(shù)據(jù)顯示，軸與滑動(dòng)軸承配合的最大間隙值為0.479 mm，最小間隙值為0.356 mm。

3.2.3 軸與滑動(dòng)軸承的標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙值計(jì)算

計(jì)算軸與滑動(dòng)軸承的標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙，根據(jù)“技術(shù)要求”，軸與軸承的徑向裝配間隙為0.001 0～0.001 5 倍軸頸直徑，標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙由下式計(jì)算：

式中：δ為軸與軸承的徑向標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙，mm；d為軸頸直徑，mm。

軸頸直徑的基本尺寸為280 mm。將數(shù)據(jù)代入(1)式：

δ=(0.001 0～0.001 5)× 280 mm

δ=(0.280～0.420) mm

對(duì)照表5軸與滑動(dòng)軸承配合間隙值，可以看出B1 處的最大間隙0.433 mm，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙0.420 mm，B1 處的最小間隙0.396 mm，在標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙(0.280～0.420) mm 之間；B2 處的最大間隙0.479 mm，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙0.420 mm，B2 處的最小間隙0.356 mm，在標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙0.280～0.420 mm 之間；B3 處的最大間隙0.470 mm，B3 處的最小間隙0.423 mm，均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙0.420 mm。

3.2.4 計(jì)算達(dá)到修理上限的配合間隙值

根據(jù)“技術(shù)要求”，超過(guò)最大裝配間隙2 倍時(shí)，應(yīng)予修理。達(dá)到修理上限的配合間隙值由下式計(jì)算：

式中：δmax 為達(dá)到修理上限的配合間隙值，mm；δ為軸與軸承的最大裝配間隙，mm。

δmax=2×0.420 mm

δmax=0.840 mm

表5的數(shù)據(jù)顯示，軸與滑動(dòng)軸承的配合間隙值均未達(dá)到修理上限的配合間隙值δmax。

4 錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的修理

4.1 錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的修理

通過(guò)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的檢測(cè)和計(jì)算，可見(jiàn)A 前軸承位和B 傳動(dòng)小齒輪銅套位有多個(gè)銹蝕麻點(diǎn)，依據(jù)“技術(shù)要求”，對(duì)A 前軸承位和B 傳動(dòng)小齒輪銅套位的長(zhǎng)傳動(dòng)軸進(jìn)行修理，修理工藝和技術(shù)參數(shù)如下。

清理打磨銹蝕麻點(diǎn)。

長(zhǎng)傳動(dòng)軸受熱易產(chǎn)生變形，若采用傳統(tǒng)手工電弧焊補(bǔ)銹蝕麻點(diǎn)，長(zhǎng)傳動(dòng)軸受熱后會(huì)彎曲變形，為了克服焊補(bǔ)變形的影響，本次采用新型激光焊接技術(shù)，對(duì)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的銹蝕麻點(diǎn)進(jìn)行焊補(bǔ)，填充修復(fù)了銹蝕麻點(diǎn)，同時(shí)避免了長(zhǎng)傳動(dòng)軸受熱變形的技術(shù)難題。

采用鍍鐵工藝修理長(zhǎng)傳動(dòng)軸，鍍鐵層與軸基體材料的結(jié)合牢固，可滿(mǎn)足長(zhǎng)傳動(dòng)軸的工作要求。

長(zhǎng)傳動(dòng)軸上磨床，找正軸中心線(xiàn)，對(duì)修理的軸段進(jìn)行磨削，加工至鍍鐵工藝要求尺寸[9]。

對(duì)非修理部位進(jìn)行絕緣保護(hù)，長(zhǎng)傳動(dòng)軸的銹蝕修理部位鍍鐵。

鍍鐵后，長(zhǎng)傳動(dòng)軸上磨床，找正軸中心線(xiàn)，對(duì)修理的軸段進(jìn)行磨削。

長(zhǎng)傳動(dòng)軸A 前軸承位的加工技術(shù)要求：此段軸與滾動(dòng)軸承裝配，采用過(guò)盈配合，軸徑徑向圓跳動(dòng)≤0.050 mm，Ra=0.8 μm。

長(zhǎng)傳動(dòng)軸B 傳動(dòng)小齒輪銅套位置加工技術(shù)要求：此段軸與滑動(dòng)軸承裝配，采用間隙配合，軸徑徑向圓跳動(dòng)≤0.050 mm，Ra=0.8 μm。

長(zhǎng)傳動(dòng)軸修理加工圖紙，詳見(jiàn)圖4。

圖4 錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸修理加工圖Fig.4 Working drawing for repair of long transmission shaft of anchor winch

按圖4的技術(shù)要求修理加工，經(jīng)過(guò)修理后的長(zhǎng)傳動(dòng)軸見(jiàn)圖5。

圖5顯示，修理后的長(zhǎng)傳動(dòng)軸A 前軸承位置和B 傳動(dòng)小齒輪銅套位置表面光滑，滿(mǎn)足Ra=0.8 μm的技術(shù)要求。對(duì)修理后的長(zhǎng)傳動(dòng)軸測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 長(zhǎng)傳動(dòng)軸測(cè)量數(shù)據(jù)（單位：mm）Table 6 Measurement data of long transmission shaft (unit: mm)

圖5 修理后的錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸Fig.5 Repaired long transmission shaft of anchor winch

以上數(shù)據(jù)表明，尺寸和公差滿(mǎn)足技術(shù)要求。

4.2 錨機(jī)的裝配

按照船用錨機(jī)維修規(guī)范清洗和裝配錨機(jī)零件，更換滾動(dòng)軸承，長(zhǎng)傳動(dòng)軸與滾動(dòng)軸承過(guò)盈配合，油浴加熱滾動(dòng)軸承至121 ℃（250 ℉）后裝配，裝配滑動(dòng)軸承，裝配聯(lián)軸器，裝配短傳動(dòng)軸，裝配并調(diào)整齒輪嚙合間隙，裝配液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)內(nèi)加注清潔的68#液壓油，裝錨鏈輪和剎車(chē)裝置，裝配離合器，掛錨鏈，加注潤(rùn)滑油脂。

4.3 錨機(jī)的修理內(nèi)容總結(jié)

長(zhǎng)傳動(dòng)軸、滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的檢修總結(jié)歸納見(jiàn)表7。

表7 長(zhǎng)傳動(dòng)軸和軸承檢修表Table 7 Overhaul table of long transmission shaft and bearing

長(zhǎng)傳動(dòng)軸、滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承存在的問(wèn)題，修理工藝，零件更換情況和測(cè)試方法見(jiàn)表7。

5 錨機(jī)的試運(yùn)行

錨機(jī)進(jìn)行低、中、高檔空轉(zhuǎn)運(yùn)行各30 min，然后逐步加載，進(jìn)行拉力試驗(yàn)，加載至額定工作拉力，錨機(jī)運(yùn)行正常。

進(jìn)行低、中、高各檔的起/拋錨試驗(yàn)，每拋錨200 m，試驗(yàn)剎車(chē)一次，拋錨鏈長(zhǎng)度≥600 m。錨機(jī)的起/拋錨功能和制動(dòng)功能正常。

在錨機(jī)工作過(guò)程中，長(zhǎng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)良好，軸承的溫度小于65 ℃，設(shè)備運(yùn)行正常。

6 結(jié)論

（1）在半潛式鉆井平臺(tái)錨機(jī)的檢修施工中，需要對(duì)錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸和軸承進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，依據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)尺寸，長(zhǎng)傳動(dòng)軸與滾動(dòng)軸承采用過(guò)盈配合，本次檢修長(zhǎng)傳動(dòng)軸的公差帶為r6。

（2）錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的銹蝕麻點(diǎn)采用激光焊和鍍鐵工藝修理，鍍鐵后采用磨床加工，軸表面光滑，Ra=0.8 μm，長(zhǎng)傳動(dòng)軸與滑動(dòng)軸承采用間隙配合，配合尺寸符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)裝配和試運(yùn)行，設(shè)備工作正常。

（3）對(duì)于一般性海工用錨機(jī)長(zhǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的檢修，建議適當(dāng)減小軸與滾動(dòng)軸承配合的過(guò)盈量。本文通過(guò)半潛式鉆井平臺(tái)錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的檢修、測(cè)量和計(jì)算，破解了進(jìn)口設(shè)備缺少技術(shù)參數(shù)的難題，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化修理，對(duì)于海工重載錨機(jī)長(zhǎng)傳動(dòng)軸的檢修具有指導(dǎo)意義。