76m拖輪軸系合理校中法工藝探討

張如文　亢宗楠

摘 要：介紹了76 m拖輪軸系合理校中的方法，研究了齒輪箱受力形式及采用支反力法進(jìn)行校中計(jì)算的方法，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)校中方法的研究，分析了其受力分析的的局限性，提出了能有效調(diào)整軸系負(fù)荷的方法，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了其正確性。

關(guān)鍵詞：76 m拖輪；合理校中；支反力

中途分類號(hào)：U664.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

海洋資源已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一，各沿海發(fā)達(dá)國(guó)家均將海洋科學(xué)列為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略領(lǐng)域，海洋工程作為船舶行業(yè)的后起之秀，從一開(kāi)始就表現(xiàn)出非凡實(shí)力。船舶行業(yè)受到金融危機(jī)的巨大沖擊，海洋工程卻依然保持著飛速的增長(zhǎng)。海洋工作船，作為海洋工程的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著為海洋工程提供人力和物資的運(yùn)輸任務(wù)。由于其需要較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，一般采用可調(diào)槳或者全回轉(zhuǎn)等軸系設(shè)計(jì)，而軸系往往采用長(zhǎng)軸系來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸，因此船舶軸系校中的質(zhì)量對(duì)于確保軸系長(zhǎng)期正常的運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的影響。上世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)外船舶軸系校中普遍采用了合理校中技術(shù)[1]。目前，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)廣泛采用這一技術(shù)，一般情況下，軸系各點(diǎn)的實(shí)際負(fù)荷只要不超過(guò)理論負(fù)荷的20%，就認(rèn)為軸系負(fù)荷狀態(tài)良好。本文結(jié)合76 m多用途海工船的實(shí)際負(fù)荷調(diào)整情況，對(duì)該船的負(fù)荷數(shù)據(jù)做概況性介紹。

2 76 m多用途海工船概況

該船入級(jí)美國(guó)船級(jí)社（ABS），總長(zhǎng)76 m、型寬18 m、型深8 m、設(shè)計(jì)吃水5.2 m。它是一艘集海上抓錨作業(yè)、遠(yuǎn)洋拖帶、港作支持、海上消防、污油回收、海上平臺(tái)作業(yè)支持等，并具有二級(jí)動(dòng)力定位功能的近海工作船，采用雙機(jī)、雙槳驅(qū)動(dòng)。為了增強(qiáng)其靈活性，配備了襟翼舵和可調(diào)距螺旋槳。

3 主要的技術(shù)參數(shù)

主機(jī)MAN編號(hào)P-21157和P-21158

柴油機(jī)編號(hào)9L32/404500 kW

轉(zhuǎn)速750 r/min

齒輪箱型號(hào)Reintjes LAF-6T55-K41A

螺旋槳轉(zhuǎn)速135 r/min

軸線總長(zhǎng)50 m。

4 軸系分布分析及理論數(shù)據(jù)

在生產(chǎn)實(shí)踐中，類似這種軸系總長(zhǎng)近40 m、軸系負(fù)荷需要調(diào)整6個(gè)點(diǎn)受力情況（見(jiàn)圖1），一個(gè)尾軸前軸承、四個(gè)中間軸承、一個(gè)齒輪箱軸承，在負(fù)荷找中時(shí)，幾乎都會(huì)出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，在中間軸的調(diào)整中，很容易確定其負(fù)荷變化趨勢(shì)，從而利用簡(jiǎn)單的支反力原理取得良好的負(fù)荷值。但是齒輪箱的負(fù)荷變化卻不穩(wěn)定，無(wú)法利用簡(jiǎn)單的杠桿原理來(lái)推導(dǎo)出其變化規(guī)律，需要利用三彎矩的理論找出其變化規(guī)律，從而有效的減少校中時(shí)間，達(dá)到縮短造船周期的目的。

當(dāng)軸系根據(jù)對(duì)中計(jì)算數(shù)據(jù)安裝結(jié)束后，我們常采用軸承負(fù)荷頂舉曲線來(lái)測(cè)定軸承的實(shí)際負(fù)荷是否符合計(jì)算的要求。它是利用軸的位移與負(fù)荷的線性關(guān)系，用逐步頂舉法，記錄軸的升高與頂舉力之間的關(guān)系曲線求得頂升部位的負(fù)荷，將此負(fù)荷乘以頂舉系數(shù)，即得出被測(cè)軸承的實(shí)際負(fù)荷。測(cè)出的實(shí)際負(fù)荷值，其誤差不大于計(jì)算值的±20%即認(rèn)為合格。

5 軸承負(fù)荷測(cè)量常見(jiàn)問(wèn)題及分析

（1）離散點(diǎn)過(guò)多：其原因可能是讀數(shù)誤差過(guò)大，也可能是由于測(cè)定百分表的讀數(shù)和壓力表的讀數(shù)時(shí)隔過(guò)久；

（2）遲滯現(xiàn)象較大：其原因可能是千斤頂油缸中心沒(méi)有在軸的正下方，且與百分表支點(diǎn)在同一直線上，造成千斤頂位置不良產(chǎn)生過(guò)大的阻力，從而使千斤頂曲線中產(chǎn)生更大的遲滯現(xiàn)象，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性；

（3）出現(xiàn)雙拐點(diǎn)：第二個(gè)拐點(diǎn)的斜度比第一個(gè)小，可見(jiàn)其受力較大。其原因可能是因?yàn)樨?fù)荷測(cè)量后期軸頂?shù)捷S承上蓋而使受力變大，出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)。也可能是由于上升過(guò)程中相連軸承的作用；

（4）出現(xiàn)較為明顯喇叭口：對(duì)有較大負(fù)荷的軸承，每次記錄讀數(shù)時(shí)，要等百分表指針完全穩(wěn)定后才取值，否則導(dǎo)致上升與下降曲線不平行，出現(xiàn)喇叭口；放置油缸的座架強(qiáng)度不夠，油缸頂升過(guò)程中，船體底板變形及百分表架應(yīng)單獨(dú)裝在不受軸及油缸影響的位置上，也會(huì)出現(xiàn)喇叭口。

6 繪制準(zhǔn)確頂舉曲線的措施

（1）放置油缸的座架要有足夠的強(qiáng)度，以避免因油缸頂升中間軸時(shí)，船體底板變形而影響測(cè)量準(zhǔn)確性；百分表架應(yīng)單獨(dú)裝在不受軸及油缸影響的位置上；

（2）油缸的頂舉點(diǎn)與百分表的觸點(diǎn)，必須是在軸的同一橫截面的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)；

（3）在頂舉過(guò)程中，其軸上不得有其他外加力和任何阻礙；

（4）因波浪的影響，船體和軸會(huì)隨之上下波動(dòng)，表的讀數(shù)也會(huì)隨之有波動(dòng)，記錄時(shí)應(yīng)在百分表較為穩(wěn)定后再讀數(shù)，且要都讀最大數(shù)或最小數(shù)，百分表的讀數(shù)和壓力表的讀數(shù)時(shí)隔不宜久，以繪制出準(zhǔn)確的頂舉曲線；

（5）一般情況下百分表的測(cè)量精度比壓力表高，所以應(yīng)采取記錄每升高固定頂舉力時(shí)軸對(duì)應(yīng)升高量的方法來(lái)繪制關(guān)系曲線，以提高精度。

7 利用頂舉曲線測(cè)量軸系負(fù)荷

選擇大小合適的油頂對(duì)于測(cè)量頂升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，我們選擇直徑14.52 cm2千斤頂，行程為15 mm，油壓表的量程為500 bar。量程選擇不能太大，每一格的跨距最好在5～10 bar，以提高測(cè)量的精確度。

我們?cè)谪?fù)荷校中過(guò)程中，在中間軸承的負(fù)荷點(diǎn)受力都很正常，但是齒輪箱受力偏小或近乎沒(méi)有拐點(diǎn)出現(xiàn)，所以很難把握住齒輪箱的變化規(guī)律，為此，我們只有通過(guò)對(duì)減速齒輪箱結(jié)構(gòu)分析，對(duì)齒輪箱嚙合力進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算和受力分析，找出規(guī)律：

通過(guò)上述分析計(jì)算可知，齒輪箱前后軸承均采用的是滑動(dòng)軸承支撐，承受鉛垂向下的重力，而不是簡(jiǎn)單的支反力。必須采用三彎矩的理論指導(dǎo)對(duì)齒輪箱的調(diào)整，即我們通常認(rèn)為負(fù)荷值較小，需要將齒輪箱后端面頂高螺栓往上升0.20 mm左右，以達(dá)到負(fù)荷增加的目的，而本船的這種滑動(dòng)軸承，若需增加負(fù)荷，只能將負(fù)荷所在位置往下降低0.20 mm，以達(dá)到負(fù)荷增加5 kN～10 kN的目的。圖1為調(diào)整前齒輪箱處負(fù)荷圖，圖2為調(diào)整好后齒輪箱處負(fù)荷圖。

8 結(jié)論

船舶長(zhǎng)軸系合理校中，在減速齒輪箱負(fù)荷調(diào)整時(shí)，采用三彎矩理論計(jì)算，簡(jiǎn)便、精確，以區(qū)別于中間軸所應(yīng)用的支反力理論。在我司后續(xù)多艘船舶的生產(chǎn)實(shí)踐中，如78 m、70 m等船型，應(yīng)用上述理論方法，不僅確保了軸系校中的質(zhì)量，且較大程度的縮短了工期，效益顯著。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S]， 北京，人民交通出版社，2009.

2] MSC. PATRAN & MSC.NASTRAN使用指南[M]. 北京： BUAA， 2002.