王志珍， 張潮宏

(1.廣東省職業(yè)技術(shù)教研室， 廣東 廣州 510115；2.中交四航局江門(mén)航通船業(yè)有限公司， 廣東 江門(mén) 529145)

0 引 言

舵槳機(jī)推進(jìn)的突出特點(diǎn)是操縱性能好，螺旋槳可繞垂直軸作360°回轉(zhuǎn)。特別是采用雙機(jī)的船舶，更能顯示其優(yōu)越性，其可以使船舶原地回轉(zhuǎn)、緊急停止、急速轉(zhuǎn)彎、快速進(jìn)退、橫向移動(dòng)以及微速航行等。因此，舵槳機(jī)在港內(nèi)作業(yè)船和航行于狹窄航道的小型運(yùn)輸船上得到廣泛應(yīng)用[1]。

對(duì)于某些具有雙軸系的船舶，為了使螺旋槳槳葉邊緣距離船外板有一定空隙，或出于機(jī)槳布置需要，容許軸線在縱向有一個(gè)傾角，在水平投影上離開(kāi)船舶中線面向外或向內(nèi)偏斜一個(gè)角度。

中交四航局江門(mén)航通船業(yè)有限公司首次建造大型開(kāi)體泥駁，該開(kāi)體泥駁的舵槳機(jī)舵線縱傾3°、外偏斜5°。實(shí)船舵槳機(jī)的安裝、軸系的校中和主機(jī)的合理布置精度要求高、工藝復(fù)雜，是該船建造的一個(gè)難題，有必要對(duì)其進(jìn)行研究詳述以供參考。

1 實(shí)船軸系布置及舵槳機(jī)安裝工藝方法分析

某實(shí)船參數(shù)：總長(zhǎng)97.01 m，型寬18 m，型深6.1 m，設(shè)計(jì)滿載吃水5.4 m，泥艙容積3 015 m3，最大開(kāi)啟2×20°,航速(100% MCR)11.8 kn，采用雙機(jī)、雙舵槳推進(jìn)，其軸系布置如圖1所示。

圖1 某實(shí)船開(kāi)體泥駁軸系布置

實(shí)船左、右半體各設(shè)有1臺(tái)主機(jī)，對(duì)稱布置，主機(jī)額定功率為1 765 kW，825 r/min。主機(jī)通過(guò)高彈性聯(lián)軸器、中間軸、萬(wàn)向軸、舵槳機(jī)進(jìn)行推進(jìn)，舵槳機(jī)舵線縱傾3°、外偏斜5°。實(shí)船舵槳機(jī)安裝的難點(diǎn)在于舵槳機(jī)基座的定位和安裝。

舵槳機(jī)基座的安裝要求是向船尾縱傾的同時(shí)還須向船外偏斜，其定位安裝方法如下：第一種方法是將舵槳機(jī)基座安裝法蘭厚度、O型密封圈槽在車間按要求尺寸加工到位，直接吊至船體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行定位焊裝，通過(guò)精確控制焊接變形量使其達(dá)到要求；第二種方法是將舵槳機(jī)基座的安裝法蘭厚度留有裕量，將舵槳機(jī)基座吊到船體結(jié)構(gòu)上定位焊裝，通過(guò)適當(dāng)控制焊接變形量，待其安裝完畢后，再現(xiàn)場(chǎng)加工基座法蘭平面，并加工O型密封圈槽到規(guī)定的尺寸。

方法一精確控制焊接變形難度大，一旦變形超標(biāo)，后續(xù)打磨以及采取反變形矯正難度大、時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大；方法二易控制精度、勞動(dòng)強(qiáng)度小，但需要準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)加工基座法蘭平面和O型密封槽的銑削機(jī)。因此，實(shí)船決定采用第二種方法。

2 實(shí)船舵槳機(jī)安裝及軸系和主機(jī)校中安裝工藝具體實(shí)施

2.1 舵槳機(jī)基座的安裝工藝

舵槳機(jī)基座在車間整體制作，安裝面板法蘭厚度預(yù)留5 mm加工裕量，基座定位后直接焊裝至船體結(jié)構(gòu)上，安裝工藝如下：

(1) 拉軸線、舵線和舵槳機(jī)基座中心線

根據(jù)軸系布置圖，通過(guò)理論計(jì)算確定基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，用拉線法[2]拉出舵槳機(jī)輸入軸中心線、舵槳軸中心線、舵槳機(jī)基座法蘭中心線，如圖2所示。

圖2 舵槳機(jī)軸線、舵線和基座中心線拉線圖

圖2為左半體機(jī)，右半體機(jī)對(duì)稱布置。根據(jù)軸系布置圖，已知：O點(diǎn)坐標(biāo)為x=FR 0 ；距舯y=5 250；距基線z=4 535；舵槳機(jī)舵線縱傾3°；外偏斜5°。計(jì)算各基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)如下：

基準(zhǔn)點(diǎn)1坐標(biāo)：x=FR 4；距舯y=5 250；距基線z=4 535-2 400 tg3°=4 409。

基準(zhǔn)點(diǎn)2坐標(biāo)：x=FR -5；距舯y=5 250；距基線z=4 535+3 000 tg3°=4 692。

基準(zhǔn)點(diǎn)3坐標(biāo)：x=FR 0+500 sin3°=FR 0+26.2；距舯y=5 250-500 sin3°tg5°=5 247.7；距基線z=4 535+500 cos3°=5 034.3。

基準(zhǔn)點(diǎn)4坐標(biāo)：x=FR 0-4 535 tg3°=FR 0-237.7；距舯y=5 250+4 535 tg3°tg5°=5 270.8；距基線z=0。

基準(zhǔn)點(diǎn)5坐標(biāo)：x=FR 0+500sin3°+400=FR 0+426.2；距舯y=5 250-500 sin3°tg5°=5 247.7；距基線z=4 535+500 cos3°-400tg3°=5 013.3。

基準(zhǔn)點(diǎn)6坐標(biāo)：x=FR 0-4 535tg3°+400=FR 0+162.3；距舯y=5 250+4 535tg3°tg5°=5 270.8；距基線z=0。

(2) 舵槳機(jī)基座的定位與安裝

舵槳機(jī)基座在車間制作完畢后，在法蘭面上劃十字線，確定前、后、內(nèi)、外等4點(diǎn)，分別定為A、B、E、F，計(jì)算A、B、E、F等4點(diǎn)坐標(biāo)，將舵槳機(jī)基座吊上船，按計(jì)算好的A、B、E、F等4點(diǎn)坐標(biāo)定位并焊裝。舵槳機(jī)基座前、后、內(nèi)、外定位坐標(biāo)如圖3所示。焊接時(shí)要求2名焊工同時(shí)進(jìn)行，由船內(nèi)、外側(cè)到船首、尾側(cè)對(duì)稱作業(yè)，盡量減少變形量。

圖3 舵槳機(jī)基座前、后、內(nèi)、外定位坐標(biāo)圖

根據(jù)軸系布置，舵槳機(jī)基座安裝、精加工完畢后，其上平面A、B兩點(diǎn)距軸線距離為555 mm(見(jiàn)圖1)。由于實(shí)船舵槳機(jī)基座制作時(shí)法蘭厚度預(yù)留5 mm加工裕量，因此，舵槳機(jī)基座A、B、E、F在定位安裝時(shí)，距軸線距離應(yīng)按550 mm計(jì)算(見(jiàn)圖3)。

已知O點(diǎn)坐標(biāo)，可計(jì)算C點(diǎn)坐標(biāo)：

x=FR 0+(400-550sin3°)=FR 0+371.2；y=5 250+550sin5°=5 297.9；z=4 535-400sin3°-(550-550tg3°sin3°-550tg5°sin5°)=3 969.8。

A點(diǎn)坐標(biāo)：

x=FR 0+371.2+1 850cos3°=FR 0+2 218.7；y=5 297.9;z=3 969.8-1 850sin3°=3 873。

B點(diǎn)坐標(biāo)：

x=FR 0+371.2-1 850cos3°=FR 0-1 476.3；y=5 297.9；z=3 969.8+1 850sin3°=4 066.6。

E點(diǎn)坐標(biāo)：

x=FR 0+371.2；y=5 297.9-1 850cos5°=3 454.9；z=3 969.8-1 850sin5°=3 808.6。

F點(diǎn)坐標(biāo)：

x=FR 0+371.2；y=5 297.9+1 850cos5°=7 140.9；z=3 969.8+1 850sin5°=4 131。

(3) 加工舵槳機(jī)基座法蘭平面和O型密封圈槽

舵槳機(jī)基座焊裝完畢后，重新按圖2所示拉出舵槳機(jī)基座法蘭中心線，并按圖紙尺寸在基座內(nèi)側(cè)劃出舵槳機(jī)法蘭安裝平面圓，并在平面圓下方50 mm處劃出檢驗(yàn)圓，打樣沖眼做好標(biāo)記。加工圓和檢驗(yàn)圓劃好后，可用專用的加工平面和O型槽的銑削機(jī)(見(jiàn)圖4)加工舵槳機(jī)基座平面和O型密封圈槽，要求加工完畢后舵槳機(jī)基座平面度≤0.15 mm、粗糙度為5。

圖4 舵槳機(jī)基座專用銑削機(jī)

2.2 舵槳機(jī)的吊裝工藝

(1) 制作安裝專用工具

從圖1可知，本船推進(jìn)系統(tǒng)由主機(jī)、高彈性聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸(中間軸、萬(wàn)向軸)、舵槳機(jī)等組成。由于中間軸和舵槳機(jī)的輸入軸有3°夾角，且采用萬(wàn)向軸連接，為了使軸系校中安裝具有可操作性，必須制作1對(duì)指針，如圖5所示。指針總長(zhǎng)度應(yīng)與萬(wàn)向軸半長(zhǎng)一致，對(duì)中時(shí)要求1對(duì)指針兩指尖跳動(dòng)上下<1 mm，左右<2 mm[3]。

圖5 指針

(2) 舵槳機(jī)的定位和安裝

舵槳機(jī)的吊裝可按照供應(yīng)商提供的安裝說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，但如何判斷舵槳機(jī)是否已安裝到位是實(shí)船安裝的關(guān)鍵。本船的做法是在舵槳機(jī)吊裝基本到位后，將預(yù)制好的指針安裝在舵槳機(jī)輸入軸法蘭上，如圖6所示。吊裝前根據(jù)軸系布置圖計(jì)算指針端點(diǎn)H點(diǎn)的坐標(biāo)：x=FR 0+1 903cos3°=FR 0+1 900.4,y=5 250,z=4 535-1 903sin3°=4 435.4。舵槳機(jī)吊裝上船后，根據(jù)指針端點(diǎn)H點(diǎn)的坐標(biāo)調(diào)整舵槳機(jī)位置；舵槳機(jī)調(diào)整到位后，可進(jìn)行鉆孔并按安裝說(shuō)明書(shū)要求的力矩?cái)Q緊緊固螺栓；最后封裝舵槳機(jī)底板，安裝導(dǎo)流管、螺旋槳。

圖6 舵槳機(jī)本體的定位和安裝

2.3 軸系和主機(jī)的校中安裝工藝

考慮到船舶下水后船體變形對(duì)軸系中心線的影響，軸系校中在船舶下水后進(jìn)行，軸系校中采用平軸法[4]。以已安裝好的舵槳機(jī)輸入軸為基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整中間軸承的高低及左右位置求得中間軸位置；再以中間軸為基準(zhǔn)求得主機(jī)的位置，求取主機(jī)位置時(shí)須測(cè)量主機(jī)飛輪與中間軸輸入端法蘭之間的偏移和曲折值，此值必須在規(guī)定的范圍內(nèi)。軸系校中工藝如下：

(1) 軸系校中條件

實(shí)船主機(jī)和中間軸承采用鋼墊片安裝，軸系校中時(shí)應(yīng)具備的條件有：船舶上層建筑和甲板室已安裝，船舶已下水1周以上，主機(jī)基座、中間軸承基座固定焊接完畢，固定墊片下平面與基座已打磨焊固，上平面已拂磨結(jié)束，主機(jī)、中間軸已吊運(yùn)上船并經(jīng)初步校中，其他重大設(shè)備必須吊裝到位，船舶應(yīng)無(wú)集中負(fù)荷遷移，船舶排水量應(yīng)不小于空載排水量的85%，各水艙壓載均勻，校中最好在夜間或陰天進(jìn)行，校中時(shí)應(yīng)停止敲打、沖擊等振動(dòng)作業(yè)。

(2) 中間軸的校中和安裝

中間軸校中應(yīng)以已安裝好的舵槳機(jī)為基準(zhǔn)，分別在舵槳機(jī)輸入端法蘭和中間軸輸出端法蘭處安裝對(duì)中用指針，調(diào)整中間軸承前后、左右、高低位置確定中間軸位置，校中時(shí)應(yīng)使對(duì)中指針的兩指尖上下跳動(dòng)<1 mm、左右跳動(dòng)<2 mm。

由于本船中間軸較短，兩端法蘭距中間軸承300 mm，根據(jù)材料力學(xué)[5]有關(guān)知識(shí)計(jì)算，其兩端法蘭的下垂量為0.007 mm,可忽略不計(jì)。如果連接法蘭端面距中間軸承中心的距離大于0.22L(L為中間軸長(zhǎng))，校中時(shí)還需考慮中間軸和連接法蘭的下垂量。

中間軸校中定位好后即可配調(diào)整墊片、固定螺栓并安裝固定中間軸承。

(3) 主機(jī)的校中和安裝

在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中柴油機(jī)軸承受熱膨脹升高值通常大于中間軸承，因此在主機(jī)安裝時(shí)要有意降低該升高增量，使主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后曲軸中心線與軸系中心線一致。當(dāng)制造廠沒(méi)有提供該膨脹升高值時(shí)，主機(jī)軸承、中間軸承升高量可按下式[6]計(jì)算：

ΔH=α·ΔT·H

(1)

式中：ΔH為軸承升高量，mm；α為材料的膨脹系數(shù)，對(duì)于焊接的鋼結(jié)構(gòu)取1.17×10-5,對(duì)于鑄鐵取0.9×10-5～1.1×10-5，1/℃；ΔT為溫度差，一般可取20～30 ℃；H為機(jī)座底部面板到軸承中心線距離，mm。

經(jīng)計(jì)算，本船主機(jī)軸承升高量ΔH主機(jī)=0.10 mm，中間軸承升高量ΔH中間軸承=0.05 mm。因此，在安裝時(shí)，主機(jī)曲軸中心線應(yīng)比中間軸中心線降低0.10 mm-0.05 mm=0.05 mm。在校中時(shí)，應(yīng)以校中好的中間軸輸入端法蘭為基準(zhǔn)，使中間軸輸入端法蘭與主機(jī)飛輪之間預(yù)留高彈性聯(lián)軸器總長(zhǎng)L(L為1.0 mm),用兩只百分表分別測(cè)量徑向及角向偏差，調(diào)整主機(jī)左右、高低位置，其偏移值應(yīng)滿足δ≤±0.10 mm,曲折值應(yīng)滿足φ≤±D×10-4[7](D為被測(cè)法蘭外徑，mm)。

主機(jī)校中定位好后即可配調(diào)整墊片、固定螺栓并安裝固定主機(jī)。

(4) 高彈性聯(lián)軸器的校中和安裝

主機(jī)和中間軸定位安裝好后，將不帶調(diào)整環(huán)的高彈性聯(lián)軸器整體吊裝入已對(duì)中好的開(kāi)檔中，按要求的扭距值先緊固飛輪連接盤(pán)與飛輪的連接螺栓，完成高彈性聯(lián)軸器與柴油機(jī)的連接。高彈性聯(lián)軸器與中間軸輸入法蘭之間的調(diào)整環(huán)厚度應(yīng)經(jīng)實(shí)測(cè)后進(jìn)行修磨，調(diào)整環(huán)的厚度=(H上+H下)/2。以中間軸輸入法蘭為基準(zhǔn)，調(diào)整高彈性聯(lián)軸器輸出法蘭的高低及左右位置，其偏移值應(yīng)滿足δ≤±0.10 mm,曲折值應(yīng)滿足φ≤±D×10-4(D為被測(cè)法蘭外徑，mm) 。調(diào)整完畢后將其固定并實(shí)測(cè)兩法蘭上、下和左、右4處的間距，修磨調(diào)整環(huán)，插入修磨好的調(diào)整環(huán)，按要求裝入螺栓，預(yù)緊固并用百分表測(cè)量高彈性聯(lián)軸器輸出法蘭外圓與柴油機(jī)主軸中心的跳動(dòng)，其值≯0.1 mm[8]，否則，須重復(fù)上述方法，直到滿足要求為止。然后，按要求的扭矩值緊固高彈輸出端連接螺栓，完成高彈性聯(lián)軸器的安裝。最后按要求安裝隔艙密封填料裝置，萬(wàn)向軸與軸系校中安裝完畢。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 對(duì)于具有縱傾角和外偏斜角的舵槳機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)，通過(guò)理論計(jì)算舵槳機(jī)基座法蘭面前后、內(nèi)、外等4個(gè)定位坐標(biāo)，通過(guò)拉軸線、舵槳軸心線、舵槳基座中心線定位安裝舵槳機(jī)基座，并現(xiàn)場(chǎng)加工舵槳機(jī)基座法蘭平面，可操作性強(qiáng)，安裝質(zhì)量有保證。

(2) 軸系校中是通過(guò)1對(duì)指針代替萬(wàn)向軸校中安裝舵槳機(jī)、中間軸，再以中間軸為基準(zhǔn)校中安裝主機(jī)的工藝，校中安裝精度高，經(jīng)實(shí)踐證實(shí)安裝質(zhì)量可靠。

(3) 軸系校中安裝工藝將直接影響到軸系安裝質(zhì)量的好壞以及主機(jī)和軸系運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和持久性，同時(shí)也對(duì)造船周期有一定影響，因此采用合適的校中工藝具有重要意義。

研究成果正在推廣應(yīng)用于類似船舶具有縱傾斜角和外偏斜角的舵槳機(jī)及其軸系和主機(jī)的校中安裝中。