船舶轴系校中方法及影响因素分析

2013-04-17陈海斌

机电信息 2013年9期

关键词：中间轴测力计轴系

陈海斌

（中海散货运输有限公司技术部，广东广州510220）

0 引言

所谓船舶轴系校中就是指按一定的要求和方法，将轴系敷设成某种状态下的轴系，其全部轴系上的负荷及轴系段内的应力数值都处在允许范围之内，从而保证轴系持续正常运转。

1 船舶轴系校中的方法

1．1 按直线性校中原理校中

以往曾以为将整根轴系直线安装是合理的，因此，在进行轴系校中时力求尽可能地将尾轴、中间轴、推力轴及发动机轴排成一条直线，从而保证轴系基本在无弯的状态下运转。根据直线校中原理在生产中常应用的校中方法有：

1．1．1 用直尺及厚薄规测量偏移、曲折

连接法兰上的偏中值一般是采用直尺和厚薄规进行测量，并进行简单的计算而得。为便于测量，在两连接法兰端之间应有0．5～1 mm的间隙。

1．1．2 用两对指针测量偏移、曲折

用指针法可提高轴系的找中精度，在测试过程中，两相邻轴是转动的，而偏移和曲折取其转动前后的平均值，即计算两轴中心线的偏差值，这样可以避免轴法兰机械加工误差对轴系找中精度的影响。

1．1．3 用光学仪器校中

用光学仪器校中轴系时，通常是将仪器装在与轴系连接的减速器大齿轮轴上，或者装在主机曲轴的尾法兰上，并且预先按轴系中线将减速器或主机校中好，这时光学仪器所发射的十字线就是其后校中轴系各部件的基准。

1．1．4 用法兰方法校中

按法兰上严格规定的偏中值校中轴系的方法简便易行，所以目前在我国船厂中使用较多。采用这种方法校中轴系时，通常是将尾轴先按轴系理论中线安装好，再以尾轴的法兰为基准，由船尾向船首方向逐段地调整中间轴及推力轴的位置，使各对连接法兰上的偏移和曲折值不超过规定的偏中值。最后，以推力轴的前法兰为基准进行主机定位。

1．2 按轴系上允许负荷用测力计校中

1．2．1 长轴系采用弹簧测力计校中

采用弹簧测力计进行长轴系测力校中是目前在生产中安装长轴系的一种校中方法。其工艺过程如下：（1）将中间轴系吊放在基座面板上。在各个轴系的螺栓孔中对称地装2个调节螺栓，以便在校中时调节轴承的位置。（2）将中间轴吊放在中间轴承上。假如按轴系结构每根中间轴只用1个轴承支撑，这时则需在每根中间轴下增设1个临时支撑。（3）将整个轴系按连接法兰进行粗略校中，但中间轴与发动机轴或减速器轴的连接法兰则需严格对中，保证法兰上的偏移≤0．1 mm，曲折≤0．1 mm／m，从而避免由于轴系安装弯曲而影响发动机或减速器正常工作。（4）在任何一个中间轴承的螺栓孔中对称地装2个测力计。在轴承盖与轴颈之间放入软垫块，并拧紧轴承盖的压紧螺栓，将轴颈在轴承内压死，以避免转动而影响对水平载荷的测量。（5）放松轴承上的调节螺栓，使测力计受力。记录各轴承左右2个测力计上的负荷，按公式计算每个轴承上垂直平面及水平平面上的实际负荷。（6）轴承经测力计校中合格后，在轴承下配制垫块，之后用基座螺栓将轴承紧固在基座上。（7）若轴系的测力校中是在船台上完成的，在船下水后应松开轴系与发动机或减速器的连接法兰，检查这对法兰上偏移和曲折值是否超过1．2．1（3）中的允许范围；若超过，则应该作必要的校正。

1．2．2 短轴系采用测力计校中

短轴由于轴系的韧性差、刚性大，在尾轴与发动机轴偏中不大的情况下，也会在有关轴承上引起很大的附加负荷，在轴内引起很大的弯曲应力。故对短轴的校中应严格控制各轴承上的附加负荷，使其不超过允许的范围。

在校中前，将中间轴与尾轴连接起来，在中间轴轴承上装上测力计测中间轴承上负荷。然后轴系按轴承负荷校中好后，以中间轴的前法兰为基准，按照法兰上规定的允许偏中值进行发动机的最后定位工作。

1．3 按轴承上合理负荷校中

所谓轴承合理校中，其实质是在遵守规定的轴承负荷、应力、转角等限制条件下，通过校中计算从而确定各轴承的合理位置，将轴承安装成规定的曲线状态，来达到使各个轴承上的负荷合理分配的目的。其重点在于轴承上各负荷的计算。

该方法较之常用的各种校中方法，主要优点是校中计算已成为船舶轴系设计不可或缺的一个重要环节，实现了设计、工艺一体化，故能更好地改善轴系各个轴承尤其是尾轴管和减速箱大齿轮轴承的负荷状况，提高轴系的运转质量。

应说明的是，在实践中为简化计算方法，常采用试错法来代替线性规划法以确定轴系校中各个轴承的合理位置。其合理校中的计算内容如下：（1）进行轴系各机构要素的处理，建立轴承计算的物理模型；（2）计算按直线校中时轴系各支座处的弯矩、反力、挠度及截面转角；（3）计算能表征轴承负荷与位移关系的轴承负荷影响数；（4）根据给定的约束条件，用线性规划法或试错法确定轴承的最佳位移或合理位移量，计算轴系有关连接法兰上允许的偏移、曲折值；（5）根据轴承位移及轴承负荷影响数从而求出轴承上的实际负荷；（6）计算当采用顶举法检验轴承负荷时的轴承负荷顶举系数。

2 影响轴系校中质量的因素

2．1 传动轴的加工误差

传动轴（包括尾轴、中间轴、推力轴）在加工制造时必须按规定的精度要求进行加工。若加工误差过大，传动轴对轴系校中的质量就会造成不良的影响。

2．2 轴系的安装弯曲

在安装轴系时，为获得良好的校中质量，往往将轴系按一定的弯曲状态敷设，这就是轴系的安装弯曲。然而当轴系存在安装弯曲时，在各支承轴承上就会存在附加负荷，该附加负荷的大小及方向由轴系的弯曲度及方向所决定。

2．3 船体变形

船体在安装轴系范围内发生变形则会引起安装在其上的轴系随之发生弯曲。轴系的这种弯曲是附加的，并且往往是难以控制的。

船体变形通常分为总体变形和局部变形2类。船体总体纵向变形产生的原因是：新船航行初期焊接应力的重新分布、太阳或水温造成船体各部温度不均、船舶下水后船体支承力的变化、船体装载量的变化等。船体局部变形的原因主要有：船体焊接应力的重新分布、船台上龙骨墩对船底的支持力与船下水后的浮力有显著的差别、船体局部区域遭受集中载荷等。

2．4 轴法兰端下垂

目前，在许多情况下轴系校中是以已定位好的尾轴或主机曲轴的连接法兰为基准，按连接法兰上的允许偏中值将中间轴逐段地进行校中。在这种情况下，如不考虑各轴端因自重或其他载荷的作用而引起轴系下垂的影响，校中时就会出现偏差。基于这种情况，在按连接法兰校中时，需将所测得的两连接法兰上的偏移值δ及曲折值φ按法兰的下垂量及偏转度进行修正。

2．5 轴系的结构设计

船舶轴系的结构设计对轴系校中的影响主要是轴系跨距是否合理，这种影响经常被设计者所忽视。根据理论计算，轴系在具有相同偏中值的情况下，轴承上所产生的附加负荷大小与轴承跨距成反比。这就是说，在允许轴承上有相等的附加负荷条件下，轴承跨距越大，则允许的偏中值就越大。这就等于在校中时放大了轴系的安装误差，在运转时允许轴系有更大的弯曲而不致发生事故。

影响轴系校中质量的因素很多，除上面几种之外，还包括尾轴管轴承中的油膜、海水或润滑油压力、减速齿轮箱运转时温度上升等。在研究轴系校中质量时，这些因素均应予以考虑。