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(武漢南華高速船舶工程股份有限公司，武漢 430064)

1 調(diào)距槳介紹

調(diào)距槳作為特殊的推進(jìn)裝置，常用于工況多變的工程船、公務(wù)執(zhí)法船以及雙機(jī)并車或多機(jī)并車的軍用艦船。

調(diào)距槳及其軸系結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，按其結(jié)構(gòu)可分為3種形式：①變距油缸及活塞設(shè)置在槳轂內(nèi)；②變距油缸及活塞設(shè)置在艉軸前端可拆聯(lián)結(jié)法蘭內(nèi)；③變距油缸及活塞設(shè)置在與艉軸相連的配油軸內(nèi)。

圖1所示為變距油缸及活塞設(shè)置在槳轂內(nèi)，配油器設(shè)置在齒輪箱輸出軸前端，艉軸、中間軸及齒輪箱輸出軸均為中孔結(jié)構(gòu)，用于安裝雙油管(圖2)。這種結(jié)構(gòu)形式用于8 m以上的長(zhǎng)軸系，軸系由艉軸和多根中間軸組成。因配油器安裝在齒輪箱輸出軸前端，所以必須選配水平異心或角向異心的齒輪箱。

調(diào)距槳變距用的液壓油(約5 MPa)由動(dòng)力油柜上的液壓油泵提供，經(jīng)配油器及雙油管通至變距油缸。在液壓油的作用下活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑塊也作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滑塊的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)槳葉根部圓盤同步旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)螺距的目的。

1-槳轂；2-活塞；3-滑塊；4-槳葉；5-艉軸管后密封；6-艉軸管；7-艉軸軸承潤(rùn)滑油箱；8-艉軸管前密封；9-雙油管；10-艉軸；11-可拆聯(lián)軸器；12-齒輪箱；13-配油器；14-齒輪箱輸入軸；15-齒輪箱輸出軸法蘭；16-艉軸軸承；17-中間軸承圖1 變距油缸及活塞設(shè)置在槳轂內(nèi)的調(diào)距槳結(jié)構(gòu)示意

圖3所示為變距油缸及活塞設(shè)置在艉軸前端可拆聯(lián)結(jié)法蘭內(nèi)，配油器設(shè)置在齒輪箱輸出軸前端，艉軸、中間軸及齒輪箱輸出軸均為中孔結(jié)構(gòu)。艉軸的中孔用于安裝拉桿，齒輪箱輸出軸中孔用于安裝雙油管。這種結(jié)構(gòu)形式用于短軸系，選配水平異心或角向異心的齒輪箱。

圖2 雙油管示意

調(diào)距槳變距用的液壓油由動(dòng)力油柜上的液壓油泵提供，經(jīng)配油器及齒輪箱輸出軸內(nèi)的雙油管進(jìn)入變距油缸，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)拉桿及滑塊也作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滑塊的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)槳葉根部圓盤同步旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)螺距的目的。

圖4所示為變距油缸及活塞設(shè)置在與艉軸相連的配油軸內(nèi)。調(diào)距槳變距用的液壓油通過配油器經(jīng)配油軸的徑向油孔進(jìn)入到變距油缸，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)拉桿及滑塊也作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滑塊的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)槳葉根部圓盤同步旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)螺距的目的。這種結(jié)構(gòu)形式既可用于短軸系，也可用于長(zhǎng)軸系。用于長(zhǎng)軸系時(shí)，中間軸不必設(shè)計(jì)成中孔結(jié)構(gòu)。調(diào)距槳及其軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜。導(dǎo)致槳轂有“三大”，即槳轂尺寸大、重量大、懸臂負(fù)荷大。如果軸系設(shè)計(jì)及軸承安裝不妥，將導(dǎo)致某些軸承支反力為零、或負(fù)的支反力、或支反力過大造成軸承比壓超出允許比壓，甚至導(dǎo)致實(shí)際的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和回旋振動(dòng)偏離設(shè)計(jì)計(jì)算值[1]，這些都是不允許的。為此，生產(chǎn)廠家均提供《軸系合理校中計(jì)算書》[2]，包括如下內(nèi)容：①軸承負(fù)荷計(jì)算；②軸系垂直平面內(nèi)的中間軸承變位計(jì)算，即某些中間軸承的中心線相對(duì)于理論軸線不能同心，要有一定的高度差；③軸系安裝時(shí)，其對(duì)偶法蘭的曲折和偏移；④用頂舉法測(cè)量軸承負(fù)荷，計(jì)算書中給出頂舉位置和相應(yīng)的頂舉系數(shù)。

1-槳轂；2-滑塊；3-槳葉；4-艉軸管后密封；5-艉軸管；6-艉軸軸承；7-艉軸軸承潤(rùn)滑油箱；8-艉軸管前密封；9-拉桿；10-艉軸；11-可拆聯(lián)軸器；12-活塞；13-齒輪箱輸出法蘭；14-齒輪箱；15-齒輪箱輸入軸；16-配油器；17-中間軸承圖3 變距油缸及活塞設(shè)置在艉軸前端可拆聯(lián)結(jié)法蘭內(nèi)的調(diào)距槳結(jié)構(gòu)示意

1-槳轂；2-滑塊；3-槳葉；4-艉軸管后密封；5-艉軸管；6-艉軸軸承；7-艉軸軸承潤(rùn)滑油箱；8-艉軸管前密封；9-拉桿；10-艉軸；11-可拆聯(lián)軸器；12-活塞；13-中間軸承圖4 變距油缸及活塞設(shè)置在與艉軸相連的配油軸內(nèi)的調(diào)距槳結(jié)構(gòu)示意

《軸系合理校中計(jì)算書》中的相關(guān)數(shù)據(jù)都是對(duì)船廠在軸系安裝完畢檢驗(yàn)和船檢驗(yàn)收的要求。對(duì)于生產(chǎn)調(diào)距槳的專業(yè)廠家而言，不同功率的調(diào)距槳槳轂及其軸系已成為系列產(chǎn)品。所以計(jì)算書的準(zhǔn)確性較高，因生產(chǎn)廠家可以將實(shí)際調(diào)距槳及其軸系在安裝平臺(tái)或試驗(yàn)臺(tái)、大型劃線平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量并驗(yàn)證計(jì)算書中的數(shù)據(jù)，尤其如圖3和圖4所示的短軸系型的調(diào)距槳及其軸系。對(duì)圖4中所示的結(jié)構(gòu)，計(jì)算書中不但給出中間軸承13的計(jì)算負(fù)荷、頂舉位置及頂舉系數(shù)，同時(shí)給出A點(diǎn)的撓度及相應(yīng)的頂舉力。

對(duì)于船廠而言，在進(jìn)行調(diào)距槳軸系對(duì)中及安裝前應(yīng)根據(jù)調(diào)距槳及軸系結(jié)構(gòu)的不同形式進(jìn)行工藝程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證調(diào)距槳及其軸系的安裝質(zhì)量。

2 調(diào)距槳軸系對(duì)中工藝程序的優(yōu)化

2.1 常規(guī)槳及其軸系對(duì)中和安裝工藝程序

常規(guī)槳及其軸系在船臺(tái)僅將螺旋槳、艉軸及艏、艉密封裝置安裝完畢，中間軸及中間軸承、齒輪箱等設(shè)備只是先進(jìn)艙，待船舶下水后，船舶處于正浮狀態(tài)，并保持85%的滿載吃水時(shí)，用排軸法安裝軸系并定位齒輪箱和主機(jī)?？梢?，軸系對(duì)中及其安裝工程絕大部分是在水上完成的。

2.2 調(diào)距槳及其軸系對(duì)中和安裝工藝程序

2.2.1 船臺(tái)初始對(duì)中

所謂船臺(tái)初始對(duì)中，就是參照軸系布置圖和軸系結(jié)構(gòu)圖，用排軸法在船臺(tái)將調(diào)距槳、軸系及齒輪箱安裝并定位。將中間軸承及齒輪箱的活動(dòng)墊片視作拂配的工藝墊片，一旦中間軸承及齒輪箱定位，對(duì)圖1、圖3所示結(jié)構(gòu)的雙油管的長(zhǎng)度便可確定，切掉多余預(yù)留長(zhǎng)度，將配油器安裝到位。動(dòng)力油柜定位并安裝，潤(rùn)滑油管和液壓油管安裝完畢。

槳葉安裝(槳葉散供)、軸系安裝、雙油管安裝、齒輪箱定位及安裝、配油器安裝妥后須做下列試驗(yàn)。

1)用于變距槳變距的液壓系統(tǒng)的壓力試驗(yàn)，要求油壓穩(wěn)定，不得有內(nèi)漏。

2)轂內(nèi)潤(rùn)滑系統(tǒng)的密性試驗(yàn)，穩(wěn)壓不得有泄漏。

3)艉軸艉管裝置重力供油潤(rùn)滑系統(tǒng)的密性試驗(yàn)，其艏、艉密封裝置不得有漏油現(xiàn)象。

4)變距功能試驗(yàn)。① 啟動(dòng)電動(dòng)液壓泵，高壓油由配油器或配油軸進(jìn)油孔進(jìn)入變距油缸內(nèi)，推動(dòng)活塞進(jìn)行變距。槳葉變距試驗(yàn)：“0”螺距；最大“正”螺距；最大“負(fù)”螺距等，并檢查變距的正確性，槳葉根部圓盤上相應(yīng)的螺距印記與槳轂上的相應(yīng)印記一一對(duì)齊。② 用手動(dòng)液壓泵將槳葉變距到最大“正”螺距(航行中的應(yīng)急工況)。

2.2.2 船下水后軸系水上最終對(duì)中

軸系水上對(duì)中的條件是使船舶處于正浮狀態(tài)，并保持85%的滿載吃水。

采用頂舉法作為水上最終對(duì)中的工藝程序環(huán)節(jié)。

1)《軸系合理校中計(jì)算書》中數(shù)據(jù)繁多，有的數(shù)據(jù)可以不采用，例如連接法蘭處的曲折和偏移，因軸段中孔已安裝了雙油管或拉桿，連接法蘭已不宜脫開。用頂舉法已包含了軸承的變位計(jì)算的相關(guān)要求，所以用頂舉法可作為軸系水上最終對(duì)中的工藝程序環(huán)節(jié)。

2)頂舉法測(cè)量軸承負(fù)荷。

(1)具體方法及步驟參考《船舶推進(jìn)軸系校中》(CB/Z388—2005)[3]。

(2)中間軸承及齒輪箱原拂配工藝活動(dòng)墊片處理。

《軸系合理校中計(jì)算書》中給出的中間軸承負(fù)荷(Q1，Q2，…)，頂舉位置(a1，a2，…)及相關(guān)的頂舉系數(shù)(f1，f2，…)，見圖5。

1-中間軸承;2-1#中間軸;3-2#中間軸圖5 軸承負(fù)荷布置示意

假設(shè)相應(yīng)的頂舉力為Qa1，Qa2，…按照計(jì)算書要求Qa1×f1≈Q1，Qa2×f2≈Q2，…。將艉軸旋轉(zhuǎn)90°后重復(fù)以上操作，并記錄和計(jì)算。

按所測(cè)數(shù)據(jù)繪制每一次頂升和放下的曲線，作線性部分的斜線，與頂升高度計(jì)算起點(diǎn)直線的交點(diǎn)分別為A和B，見圖6。A和B對(duì)應(yīng)的頂升負(fù)荷平均值(A+B)/2即為頂升試驗(yàn)所得負(fù)荷。將頂升試驗(yàn)負(fù)荷與軸系校中計(jì)算負(fù)荷比較，在要求范圍內(nèi)即為合格[4]。

圖6 軸系校中頂升試驗(yàn)曲線圖

若頂升和放下結(jié)果偏差較大，或與軸系校中計(jì)算負(fù)荷偏差較大，應(yīng)先排除試驗(yàn)本身誤差的可能性，比如，B-A>0.4倍計(jì)算負(fù)荷，有可能是由于摩擦力較大，即頂升試驗(yàn)千斤頂與軸不垂直或未通過軸的中心或千斤頂規(guī)格偏大，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整后重新做試驗(yàn)[5]。

如果排除試驗(yàn)本身誤差的可能性后，Qa1×f1遠(yuǎn)大于Q1，說明該軸承位置偏高，可磨削并重新拂配原工藝活動(dòng)墊片，直至滿足要求位置，并緊固這一中間軸承。如果Qa1×f1遠(yuǎn)小于Q1，說明該軸承位置偏低，可用薄鐵皮或銅皮按要求墊在中間軸承座下平面與原拂配工藝活動(dòng)墊片之間，直至滿足要求位置，并緊固這一中間軸承。頂舉測(cè)量時(shí)由船艉向船艏方向逐一進(jìn)行。在齒輪箱的工藝活動(dòng)墊片與其相鄰的中間軸承的工藝活動(dòng)墊片一并調(diào)節(jié)處理后將中間軸承和齒輪箱最終定位并以鉸制螺栓鎖緊。

雖然調(diào)距槳及其軸系結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但由于在船臺(tái)初始對(duì)中階段，將軸系安裝、中間軸承初定位及安裝、齒輪箱初定位及配鉆的螺栓孔已配鉆完畢等大部分工作已在船臺(tái)完成，所以船下水后的軸系對(duì)中及安裝工作量就大為減少，而且船臺(tái)施工條件比水下施工條件好、方便、工效高，縮短了施工周期。

水下部件(槳葉及槳轂)在試驗(yàn)時(shí)均能目視其動(dòng)作的正確性和可靠性，為日后的系泊及航行試驗(yàn)的成功提供了保證。

3 結(jié)論

基于上述理論分析和方案比較，按其優(yōu)化工藝程序在實(shí)船上進(jìn)行的一系列相關(guān)調(diào)距槳及其軸系的潤(rùn)滑和密性試驗(yàn)、液壓系統(tǒng)的壓力試驗(yàn)及相關(guān)的變距靈活性和正確性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)實(shí)踐證明，將調(diào)距槳及其軸系對(duì)中和安裝工藝程序優(yōu)化成船臺(tái)初始對(duì)中及水下最終對(duì)中兩個(gè)環(huán)節(jié)是合理的。采取此優(yōu)化工藝程序所進(jìn)行的軸系安裝可以保證施工周期短，提高工作效率并確保了軸系的安裝質(zhì)量。

[1] 譚祖勝.高速船推進(jìn)軸系回旋振動(dòng)影響因素及特點(diǎn)探析[J].船舶工程,1999(3):32-34.

[2] 胡 義,楊建國(guó).船舶推進(jìn)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開展[J].船海工程，2009(5):84-87.

[3] 全國(guó)船舶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)指導(dǎo)性技術(shù)文件.CB/Z338—2005，船舶推進(jìn)軸系校中[S],2005.

[4] 李 梓,趙 旭,周劍平.3 600 t化學(xué)品船主推進(jìn)系統(tǒng)安裝工藝[J].船海工程,2009(4):1-4.

[5] 陸俊岫,吳庭笙,魏承楣.船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.