船舶轴系中液压螺栓的应用探究

丁凯峰 吴永红 李若骐

摘 要：在船舶推进系统中，传动轴系联接件的性能决定了轴系的性能，进而影响整个船舶的性能。液压螺栓是一种精密设计、高压、高性能的液压操作螺栓紧固装置，可用于船舶轴系法兰联结螺栓，它比轴系上常用的冷冻式过盈配合螺栓拆装更方便、更快速，并能重复使用，正越来越多被行业人士机构选用。

关键词：液压螺栓;船舶轴系，应用探究

液压螺栓是现代船舶轴系法兰用的一种新型联接件，尤其用在传递高强度、大扭矩的船舶轴系上。它克服了传统铰制螺栓的缺点， 并满足了轴系对螺栓材料提出的高强度性能的要求， 成为联接件的一种新的变革。本文从液压螺栓的研究意义出发，简要探讨了液压螺栓的结构及工作原理，分析了液压螺栓的优缺点，开展此课题研究具有重要的应用价值和经济价值，并能为国内此领域的研究提供了借鉴和参考。

1 液压螺栓的研究意义

轴系是船舶推进装置中一个重要的组成部分。一般来说，船舶轴系很长，如中、大型船舶轴系长度多在50米以上，这样为了加工、制造、运输、及拆装的方便往往将其分成许多段，然后用联轴器连接起来，形成一个整体。联轴器性能的好坏又与它连接的螺栓有很密切的关系。

1.1能够较好的适应船舶轴系和联轴器材料性能的要求

联轴器作为联接轴系的主要设备零件，对整个轴系的运行起到了至关重要的作用，现阶段由于液压技术的发展，在船舶轴系关键部位多采用液压联轴器，其外套材料国外多采用含镍高强度材料，具有高的屈服强度，一般达到700MPa， 而国内多采用其他金属来代替。由于轴系和联轴器的材料强度较高，这就要求作为连接部件的螺栓具有高的材料性能。

1.2能够满足轴系振动特性的要求

船舶轴系在运转过程中主要存在三种振动形式，既扭转振动、回旋振动和纵向振动。从实际运行的角度出发，对轴系正常运行危害最大的情况是发生共振，因此在轴系设计时，要求共振转速不能超出轴系的常用转速范围，而共振转速又取决于轴系的刚度和质量，液压螺栓能把联轴器精确的对中，使得两段轴进行刚性联结，对整个轴系的刚度基本无影响。

1.3能够适应现代船舶轴系高强度、传递大扭矩的要求

现代船舶主机功率越来越大，推进强度不断增加，对轴系设备的工作强度、承载能力及传递动力的要求也不断的提高。而液压螺栓作为轴系的一部分连接各轴段联轴器法兰，对轴系的正常工作起到了关键的作用。

1.4具有良好的经济性

液压螺栓具有较好的工作可靠性，使用管理方便，基本不需要什么费用。由于目前液压螺栓并没有形成标准化，所以在购置方面，主要是采用进口产品或国内自行设计的某一类产品，如果使用国外进口则费用相对较高，国内产品则价格相对比较便宜。

2 液压螺栓的结构及工作原理

2.1液压螺栓的结构

液压螺栓是由一个两端带螺纹的锥形本体， 一个与锥形本体相配合的膨胀套和两个螺母组成，如图1。

2.2液压螺栓的工作原理

液压螺栓是连接法兰式联轴器轴系的重要部件，除了起连接功能外，螺栓还担负着传递扭矩和预紧拉力的任务。

安装时，将螺栓连套筒放入轴系法兰螺栓孔内，这时套筒与螺栓安装孔有一定间隙，用拉伸器拉动螺栓，通过锥形杆与锥形套之间相对位移使锥套与螺孔之间形成压配合状态，并达到安装位置，此时在螺栓的一端装上螺母后，再用液压紧固另一端螺母，释放高压油后，其预紧力就作用在螺栓上。预紧力将引起螺栓直径稍微的减小，但中间锥套的过盈量可弥补螺栓的径向收缩。拆卸时，将液压泵联接到螺栓的中心孔上，泵油后将螺栓从套中推出，一旦螺栓从膨胀锥套中滑出，锥套会立即恢复到原有的直径。工作时，轴系传递的扭矩是通过螺栓与中间锥套，中间锥套与法兰孔之间产生过盈应力，三者紧密结合来传递扭矩，此外，预紧力的作用也使得法兰结合面产生摩擦力传递扭矩。

3液压螺栓的优缺点

轴系用液压螺栓是一种带有可扩张中间锥套的紧配螺栓，由带斜锥套的杆身和具有相应圆锥 内孔的中间锥套以及两只螺母组成。它利用过盈紧配合的轴向力使得法兰面产生摩擦力传力，所以其传递扭矩的形式是通过两方面来实现的，一是依靠螺栓在螺孔中的膨胀所产生的抗剪力;二是依靠螺栓预紧力所产生的法兰面间的摩擦效应， 这样使得联接更可靠，保证设备的正常运行。它的最大优点是结构简单，装拆方便并省时。由于安全系数和强度的提高，与传统的紧螺栓联接相比，在直径和数量上可以减少，相应法兰的直径也可减少，从而使联轴器法兰更为紧凑，费用减少。缺点是液压螺栓的材料要求较高，配合面间的加工精度要求较高，拆装时需要专用油泵，在技术不发达的年代和地区以及规模较小的生产单位，在应用上受到一定程度的限制但是随着国内外工业的发展和技术水平的提高，其优点将会得到凸现，应用将会越来越广泛，前景也越来越广阔。

结语

因船上轴系周围空间有限、不好施工，液压螺栓以其快速拆装、节省空間、工艺简单等优点非常适用于轴系的螺栓联结。船舶轴系传递的转矩载荷很高，对联接件的强度和韧度有很高的要求，液压螺栓作为一种新型扭矩联接件近年来引起了广泛的重视。在大力倡导科学发展观的今天，相信该技术会被越来越多船厂及船东使用，进而提高船厂生产效率、方便船东后期维护。

参考文献：

[1]张富明，王英.新型液压紧配螺栓的优点及其应用[J].船舶，1999（02）：23-24+2.

[2]孟涛，卢保成，李鹏举.联轴器液压螺栓的应用[J].热力发电，2006，35（8）：58-60.

[3]王小娥，陈作越.高强度液压螺栓在船舶传动轴系上的应用[J].船舶科学技术，2017，39（12）：64-66.