王樹(shù)山,都基旭

（大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司 技術(shù)中心，遼寧大連 116113）

0 引言

對(duì)于雙推進(jìn)軸系船舶，無(wú)論是配備定距槳還是調(diào)距槳，一般均需要為每個(gè)推進(jìn)軸系配備軸系鎖緊裝置。當(dāng)船舶停機(jī)檢修時(shí)，或當(dāng)一個(gè)軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)推進(jìn)船舶行駛，另一軸系因故停止時(shí)，需要在軸系上設(shè)置鎖緊裝置，將停止工作的軸系鎖定，特別是對(duì)于定距槳，防止其螺旋槳在水流的作用下被動(dòng)地帶動(dòng)軸系旋轉(zhuǎn)，從而保護(hù)齒輪箱和主機(jī)及軸系等設(shè)備。為保證軸系在鎖緊工況下處于穩(wěn)定的鎖緊狀態(tài)，并且便于操作，則需要根據(jù)建造船型的軸系布置特點(diǎn)，選用或設(shè)計(jì)合適類型的鎖軸裝置。大連中遠(yuǎn)船務(wù)建造的ERRV項(xiàng)目（emergency response rescue vessel，應(yīng)急響應(yīng)救援船）是典型的緊湊型海工輔助船舶。船長(zhǎng)僅62 m，設(shè)置雙軸系推進(jìn)，每個(gè)軸系周圍空間緊湊，對(duì)鎖軸裝置的尺寸和操作易用性要求較高。因此需要根據(jù)軸系的實(shí)際布置情況和制動(dòng)力矩的要求，設(shè)計(jì)合適有效的鎖軸裝置。

1 鎖軸裝置類型及比較

目前在實(shí)際的船舶應(yīng)用中，鎖軸裝置[1]主要分兩種：制動(dòng)盤式鎖軸裝置和非制動(dòng)盤式鎖軸裝置。

1.1 制動(dòng)盤式鎖軸裝置

制動(dòng)盤式鎖軸裝置分為盤式鎖軸裝置和銷式鎖軸裝置。盤式鎖軸裝置是指在軸系上安裝較大制動(dòng)盤，通過(guò)剎車帶動(dòng)抱緊制動(dòng)盤，進(jìn)而鎖緊螺旋槳軸系，常應(yīng)用于調(diào)距槳船舶。銷式鎖軸裝置同樣是在軸系上設(shè)置較大的制動(dòng)盤，盤上在圓周方向加工有若干銷孔，當(dāng)要鎖軸時(shí)，將制動(dòng)銷插入制動(dòng)盤上的銷孔中，進(jìn)行軸系鎖緊。

制動(dòng)盤式鎖軸裝置加工制作相對(duì)復(fù)雜，成本較高，安裝時(shí)占用空間較大，使用及安裝不便，鎖軸裝置工作狀態(tài)信號(hào)不易輸出等[2]。因此，為克服上述缺點(diǎn)，現(xiàn)在船舶采用的鎖軸裝置大部分使用螺旋槳法蘭鎖軸裝置。

1.2 非制動(dòng)盤式鎖軸裝置

非制動(dòng)盤式鎖軸裝置包括軸系法蘭鉆孔式和法蘭開(kāi)槽式。軸系法蘭鎖軸裝置（鉆孔式）固定軸系，如圖1所示，即采用鎖軸銷卡入法蘭鉆孔的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋槳軸系的鎖定，其優(yōu)點(diǎn)是與制動(dòng)盤式鎖軸以及銷式鎖軸相比，螺旋槳軸系法蘭代替制動(dòng)盤，體積較小，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝及維修方便，鎖緊力較大，對(duì)軸系的鎖定牢固，在外力作用下不易脫開(kāi)。缺點(diǎn)是法蘭鉆孔會(huì)影響法蘭強(qiáng)度，因此設(shè)計(jì)此鎖軸裝置時(shí)應(yīng)考慮到法蘭強(qiáng)度計(jì)算，而且制動(dòng)法蘭需要加大尺寸。

圖1 軸系法蘭鎖軸裝置（鉆孔式）示意圖

法蘭開(kāi)槽式鎖軸裝置，如圖2所示，鎖緊塊和底座用固定螺栓固定在船體上，并將底座和船體焊接在一起。鎖緊銷和左、右固定板通過(guò)兩個(gè)鎖緊螺栓連接在一起，限制鎖緊銷的軸向位置。

圖2 鎖軸裝置安裝圖

法蘭開(kāi)槽式鎖軸裝置的工作原理是：當(dāng)鎖緊銷的上部分插入到中間軸法蘭開(kāi)口，下部分卡到鎖緊塊的槽中時(shí)，限制了軸法蘭的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了軸系的止動(dòng)；當(dāng)把鎖緊螺栓拆卸下來(lái)，把鎖緊銷從中間軸法蘭開(kāi)口和鎖緊塊槽中抽出來(lái)后，主機(jī)才能起動(dòng)，軸系才能旋轉(zhuǎn)。對(duì)于通過(guò)鎖緊軸系法蘭方式鎖緊軸系的縮緊裝置，需要中間軸法蘭特殊設(shè)計(jì)，即法蘭需留有豁口，與鎖緊銷接觸配合，同時(shí)中間軸法蘭直徑需大于與之相連接的螺旋槳軸法蘭；為便于鎖緊操作時(shí)鎖緊銷對(duì)準(zhǔn)豁口位置，可沿法蘭圓周多設(shè)置幾個(gè)豁口，如2個(gè)或4個(gè)。圖3為某船中間軸法蘭豁口實(shí)際圖片，共4個(gè)豁口，均布于法蘭外沿。

圖3 中間軸法蘭豁口設(shè)計(jì)

2 ERRV的鎖軸裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1 鎖軸裝置的設(shè)計(jì)

隨著大連中遠(yuǎn)船務(wù)建造海工輔助船及特種船的數(shù)量不斷增多，特別是雙軸系調(diào)距槳的船型建造項(xiàng)目也越來(lái)越多。大連中遠(yuǎn)船務(wù)承建的ERRV系列是典型的雙軸系可調(diào)槳，每軸系由推進(jìn)電機(jī)、減速齒輪箱、中間軸、螺旋槳軸等組成，軸系周圍空間狹小，對(duì)鎖軸裝置的外形尺寸和操作易用性等要求較高。因此需要設(shè)計(jì)正確的軸系鎖緊裝置，更好的軸系設(shè)計(jì)使用要求[3]。

因軸系所處空間有限，特別是軸系法蘭附近管路布置較密集，因此，采用增大軸系法蘭直徑方式的鎖緊裝置不宜采用。針對(duì)本船特點(diǎn)，設(shè)計(jì)鎖軸裝置如圖4所示。

根據(jù)軸系制動(dòng)力（90 kN），鎖軸裝置材質(zhì)、尺寸等條件，通過(guò)有限元分析進(jìn)行設(shè)計(jì)的鎖軸裝置是否能可靠地將軸系鎖定，分析結(jié)果見(jiàn)圖 5，最大等效應(yīng)力在許用應(yīng)力范圍內(nèi)。

2.2 所軸裝置的應(yīng)用

圖4 ERRV項(xiàng)目鎖軸裝置

圖5 鎖軸裝置強(qiáng)度分析

如圖4所示，將底座6與法蘭1的距離調(diào)整到合適位置，將底座6焊接到船板；需要鎖軸時(shí)，將鎖緊板3向法蘭1方向繞旋轉(zhuǎn)銷5轉(zhuǎn)動(dòng)，與任意兩個(gè)旋轉(zhuǎn)到合適位置的圓頭螺栓2鎖緊，再將止動(dòng)銷4插入銷孔后擰緊，防止松動(dòng)。需解除鎖軸狀態(tài)時(shí)，將鎖緊板3繞旋轉(zhuǎn)銷5背離法蘭1方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再將止動(dòng)銷4插入銷孔后擰緊。

為此船設(shè)計(jì)的該鎖軸裝置，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)單，操作方便，制造成本低，對(duì)軸系的鎖定和解除鎖定方便快捷，而且鎖緊板由止動(dòng)銷固定，鎖緊板不易滑動(dòng)，使用可靠性好。同時(shí)，此鎖軸裝置對(duì)推進(jìn)軸系設(shè)計(jì)沒(méi)有特殊要求，不需增大軸系法蘭直徑或在法蘭邊緣開(kāi)槽，直接利用鎖緊連接螺栓的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)軸系的鎖緊，操作簡(jiǎn)單易用。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)各種鎖軸裝置的類型及優(yōu)缺點(diǎn)分析，根據(jù)大連中遠(yuǎn)船務(wù)ERRV軸系特點(diǎn)，因地制宜，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單易用，可靠性高的鎖軸裝置，滿足船舶使用要求，經(jīng)實(shí)船安裝使用，取得了良好的應(yīng)用效果，同時(shí)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和使用效益。

[1]王志永. 船舶軸系設(shè)計(jì)及安裝[J]. 中國(guó)水運(yùn)月刊,2010,10(4): 89, 91.

[2]關(guān)福州, 王俊. 機(jī)械式精密鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析[J].金屬加工(冷加工), 2013(6): 41-42.

[3]譚仁臣. 船舶輔機(jī)與軸系[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2008.