船舶軸系中液壓螺栓的應(yīng)用探究

丁凱峰 吳永紅 李若騏

摘 要：在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中，傳動(dòng)軸系聯(lián)接件的性能決定了軸系的性能，進(jìn)而影響整個(gè)船舶的性能。液壓螺栓是一種精密設(shè)計(jì)、高壓、高性能的液壓操作螺栓緊固裝置，可用于船舶軸系法蘭聯(lián)結(jié)螺栓，它比軸系上常用的冷凍式過(guò)盈配合螺栓拆裝更方便、更快速，并能重復(fù)使用，正越來(lái)越多被行業(yè)人士機(jī)構(gòu)選用。

關(guān)鍵詞：液壓螺栓;船舶軸系，應(yīng)用探究

液壓螺栓是現(xiàn)代船舶軸系法蘭用的一種新型聯(lián)接件，尤其用在傳遞高強(qiáng)度、大扭矩的船舶軸系上。它克服了傳統(tǒng)鉸制螺栓的缺點(diǎn)， 并滿足了軸系對(duì)螺栓材料提出的高強(qiáng)度性能的要求， 成為聯(lián)接件的一種新的變革。本文從液壓螺栓的研究意義出發(fā)，簡(jiǎn)要探討了液壓螺栓的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了液壓螺栓的優(yōu)缺點(diǎn)，開展此課題研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并能為國(guó)內(nèi)此領(lǐng)域的研究提供了借鑒和參考。

1 液壓螺栓的研究意義

軸系是船舶推進(jìn)裝置中一個(gè)重要的組成部分。一般來(lái)說(shuō)，船舶軸系很長(zhǎng)，如中、大型船舶軸系長(zhǎng)度多在50米以上，這樣為了加工、制造、運(yùn)輸、及拆裝的方便往往將其分成許多段，然后用聯(lián)軸器連接起來(lái)，形成一個(gè)整體。聯(lián)軸器性能的好壞又與它連接的螺栓有很密切的關(guān)系。

1.1能夠較好的適應(yīng)船舶軸系和聯(lián)軸器材料性能的要求

聯(lián)軸器作為聯(lián)接軸系的主要設(shè)備零件，對(duì)整個(gè)軸系的運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用，現(xiàn)階段由于液壓技術(shù)的發(fā)展，在船舶軸系關(guān)鍵部位多采用液壓聯(lián)軸器，其外套材料國(guó)外多采用含鎳高強(qiáng)度材料，具有高的屈服強(qiáng)度，一般達(dá)到700MPa， 而國(guó)內(nèi)多采用其他金屬來(lái)代替。由于軸系和聯(lián)軸器的材料強(qiáng)度較高，這就要求作為連接部件的螺栓具有高的材料性能。

1.2能夠滿足軸系振動(dòng)特性的要求

船舶軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中主要存在三種振動(dòng)形式，既扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、回旋振動(dòng)和縱向振動(dòng)。從實(shí)際運(yùn)行的角度出發(fā)，對(duì)軸系正常運(yùn)行危害最大的情況是發(fā)生共振，因此在軸系設(shè)計(jì)時(shí)，要求共振轉(zhuǎn)速不能超出軸系的常用轉(zhuǎn)速范圍，而共振轉(zhuǎn)速又取決于軸系的剛度和質(zhì)量，液壓螺栓能把聯(lián)軸器精確的對(duì)中，使得兩段軸進(jìn)行剛性聯(lián)結(jié)，對(duì)整個(gè)軸系的剛度基本無(wú)影響。

1.3能夠適應(yīng)現(xiàn)代船舶軸系高強(qiáng)度、傳遞大扭矩的要求

現(xiàn)代船舶主機(jī)功率越來(lái)越大，推進(jìn)強(qiáng)度不斷增加，對(duì)軸系設(shè)備的工作強(qiáng)度、承載能力及傳遞動(dòng)力的要求也不斷的提高。而液壓螺栓作為軸系的一部分連接各軸段聯(lián)軸器法蘭，對(duì)軸系的正常工作起到了關(guān)鍵的作用。

1.4具有良好的經(jīng)濟(jì)性

液壓螺栓具有較好的工作可靠性，使用管理方便，基本不需要什么費(fèi)用。由于目前液壓螺栓并沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化，所以在購(gòu)置方面，主要是采用進(jìn)口產(chǎn)品或國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)的某一類產(chǎn)品，如果使用國(guó)外進(jìn)口則費(fèi)用相對(duì)較高，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品則價(jià)格相對(duì)比較便宜。

2 液壓螺栓的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1液壓螺栓的結(jié)構(gòu)

液壓螺栓是由一個(gè)兩端帶螺紋的錐形本體， 一個(gè)與錐形本體相配合的膨脹套和兩個(gè)螺母組成，如圖1。

2.2液壓螺栓的工作原理

液壓螺栓是連接法蘭式聯(lián)軸器軸系的重要部件，除了起連接功能外，螺栓還擔(dān)負(fù)著傳遞扭矩和預(yù)緊拉力的任務(wù)。

安裝時(shí)，將螺栓連套筒放入軸系法蘭螺栓孔內(nèi)，這時(shí)套筒與螺栓安裝孔有一定間隙，用拉伸器拉動(dòng)螺栓，通過(guò)錐形桿與錐形套之間相對(duì)位移使錐套與螺孔之間形成壓配合狀態(tài)，并達(dá)到安裝位置，此時(shí)在螺栓的一端裝上螺母后，再用液壓緊固另一端螺母，釋放高壓油后，其預(yù)緊力就作用在螺栓上。預(yù)緊力將引起螺栓直徑稍微的減小，但中間錐套的過(guò)盈量可彌補(bǔ)螺栓的徑向收縮。拆卸時(shí)，將液壓泵聯(lián)接到螺栓的中心孔上，泵油后將螺栓從套中推出，一旦螺栓從膨脹錐套中滑出，錐套會(huì)立即恢復(fù)到原有的直徑。工作時(shí)，軸系傳遞的扭矩是通過(guò)螺栓與中間錐套，中間錐套與法蘭孔之間產(chǎn)生過(guò)盈應(yīng)力，三者緊密結(jié)合來(lái)傳遞扭矩，此外，預(yù)緊力的作用也使得法蘭結(jié)合面產(chǎn)生摩擦力傳遞扭矩。

3液壓螺栓的優(yōu)缺點(diǎn)

軸系用液壓螺栓是一種帶有可擴(kuò)張中間錐套的緊配螺栓，由帶斜錐套的桿身和具有相應(yīng)圓錐 內(nèi)孔的中間錐套以及兩只螺母組成。它利用過(guò)盈緊配合的軸向力使得法蘭面產(chǎn)生摩擦力傳力，所以其傳遞扭矩的形式是通過(guò)兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一是依靠螺栓在螺孔中的膨脹所產(chǎn)生的抗剪力;二是依靠螺栓預(yù)緊力所產(chǎn)生的法蘭面間的摩擦效應(yīng)， 這樣使得聯(lián)接更可靠，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。它的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便并省時(shí)。由于安全系數(shù)和強(qiáng)度的提高，與傳統(tǒng)的緊螺栓聯(lián)接相比，在直徑和數(shù)量上可以減少，相應(yīng)法蘭的直徑也可減少，從而使聯(lián)軸器法蘭更為緊湊，費(fèi)用減少。缺點(diǎn)是液壓螺栓的材料要求較高，配合面間的加工精度要求較高，拆裝時(shí)需要專用油泵，在技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代和地區(qū)以及規(guī)模較小的生產(chǎn)單位，在應(yīng)用上受到一定程度的限制但是隨著國(guó)內(nèi)外工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)得到凸現(xiàn)，應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，前景也越來(lái)越廣闊。

結(jié)語(yǔ)

因船上軸系周圍空間有限、不好施工，液壓螺栓以其快速拆裝、節(jié)省空間、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)非常適用于軸系的螺栓聯(lián)結(jié)。船舶軸系傳遞的轉(zhuǎn)矩載荷很高，對(duì)聯(lián)接件的強(qiáng)度和韌度有很高的要求，液壓螺栓作為一種新型扭矩聯(lián)接件近年來(lái)引起了廣泛的重視。在大力倡導(dǎo)科學(xué)發(fā)展觀的今天，相信該技術(shù)會(huì)被越來(lái)越多船廠及船東使用，進(jìn)而提高船廠生產(chǎn)效率、方便船東后期維護(hù)。

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