關(guān)于影響軸系安裝精度若干問(wèn)題的分析

摘 要：軸系安裝的精確度，不僅直接影響船舶的使用壽命和性能，而且也直接影響了船舶的經(jīng)濟(jì)效益，因此有必要對(duì)軸系安裝過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題做出分析，以找出原因及應(yīng)對(duì)方法。本文重點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此做出一些探討。

關(guān)鍵詞：軸系安裝；尾軸鏜孔；尾管軸承壓裝；負(fù)荷調(diào)整

Introduction and Analysis for Frequent Issues during Shafting Installation

YANG Mumao

( COSCO (Guangdong) Shipyard CO.， LTD. Dongguan 523146 )

Abstract: As the precision of shafting installation will directly affect not only the service life and performance of ship but also the economic benefit， it is necessary to analyze the frequent issues occurred during shafting installation and find out the causes and solutions. This paper discusses it combined with the construction experience on site.

Key words: Shaft installation; Stern shaft boring; Bushing press-printing Load; Adjusting

1 前言

船舶的軸系，是唯一傳遞主機(jī)動(dòng)力，使船舶航行的系統(tǒng)組裝部件。軸系安裝的精確度，不僅直接影響船舶的使用壽命和性能，而且也直接影響了船舶的經(jīng)濟(jì)效益。因此有必要對(duì)軸系安裝過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題做出思考，以找出原因及應(yīng)對(duì)方法。

2 軸系校中安裝流程

見(jiàn)圖1。

圖1 軸系校中安裝流程圖

3 常見(jiàn)問(wèn)題的原因及分析

3.1 理論中心線的確定及尾軸、主機(jī)對(duì)中

3.1.1 拉線

拉線這種方法一般是在工作區(qū)域的首、尾兩端豎立兩個(gè)拉線架，其上裝有拉線工具，從而建立所需要的軸系中心線。拉線法不需要特殊的設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，比較方便，所以至今仍被船廠采用。但是由于鋼絲自重下垂造成測(cè)量誤差，且鋼絲在空間測(cè)量較困難，其測(cè)量精度很大程度上是依賴(lài)于操作者的技術(shù)水平，所以一般應(yīng)用于軸系長(zhǎng)度小于20 m的小船上。

3.1.2 照光

初拉線是為了檢查軸線與舵線的相交情況，檢查機(jī)座的分中情況，預(yù)測(cè)主機(jī)墊片厚度確定主機(jī)的縱向安裝位置，檢查鏜孔余量是否足夠，以及測(cè)量舵線至尾管后端面的距離等 。鋼線的撓度對(duì)這些工作的影響不大。但當(dāng)要根據(jù)軸系理論中心線鏜尾管內(nèi)孔及端面等時(shí)，鋼線的撓度會(huì)帶來(lái)不能遷就的影響，所以，對(duì)軸系長(zhǎng)于20 m的，我們就要再進(jìn)行一次照光。因光是直線傳播的，不存在撓度，能便準(zhǔn)確地確定軸系的理論中心線的工作。

3.1.3 拉線、照光時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)

1 ) 船體是一個(gè)剛性不大的彈性體，在船臺(tái)上由于放置時(shí)支承點(diǎn)的改變及日照的變化等都會(huì)改變船體的形狀，這些改變雖然是微小的，但是對(duì)于軸系來(lái)說(shuō)確會(huì)帶來(lái)不能遷就的影響。為此在測(cè)定軸系理論中心線前，對(duì)船體建造進(jìn)展程序，安放狀態(tài)，天氣狀況等都有嚴(yán)格的要求。

2 ) 在主機(jī)及軸系工作區(qū)域內(nèi)主甲板上下各建筑結(jié)構(gòu)安裝完畢，影響船體總強(qiáng)度的主要焊接裝配工作應(yīng)當(dāng)結(jié)束。

3 ) 機(jī)艙及臨近部位的雙重底、油水柜等密封試驗(yàn)等全部結(jié)束，并穩(wěn)定24 h。

4 ) 與軸系有關(guān)的零部件如人字架、主機(jī)座、軸承座等都已裝配焊接完畢。

5 ) 船體墊墩、側(cè)支承合理，牢固可靠。

6 ) 在陰天或晚上進(jìn)行測(cè)定工作，以避免日曬而引起船體的變形。

7 ) 保持船內(nèi)安靜，停止火工校正等敲擊和振動(dòng)等工作。

3.2 尾軸鏜孔及襯套的壓裝

3.2.1 尾軸鏜孔

軸系中心線測(cè)定后，根據(jù)軸系理論中心線劃出了各加工圓和檢查圓，我們就可以鏜尾管內(nèi)孔及端面。當(dāng)軸系按直線校中時(shí)，各孔與軸系理論中心線一致，保證同軸度就可以了，但如果是按軸系合理校中時(shí)，軸系實(shí)際中心線為一彈性曲線。真正完全符合彈性曲線的鏜孔在尾部應(yīng)當(dāng)是簡(jiǎn)化支承中心處的切線，但是這是無(wú)法加工的，所以各船廠都是按軸系理論中心線進(jìn)行加工并安裝軸承，軸承真正的彈性中心線只能靠軸與軸承間的磨合來(lái)完成。

在軸系鏜孔及安裝過(guò)程中最主要的是鏜孔的質(zhì)量，鏜孔的質(zhì)量保證了，尾管襯套壓裝、軸承間隙、密封安裝的質(zhì)量等也就保證了。影響軸系鏜孔及安裝質(zhì)量的因素很多，現(xiàn)對(duì)較為重要的因素和要注意的事項(xiàng)做一些總結(jié)和分析。

1）鏜桿撓度的調(diào)整及其影響

由于鏜桿自重使其存在撓度，為很好地控制質(zhì)量必須消除撓度。一般是通過(guò)提高鏜桿中間軸承來(lái)消除。提高量一搬可以用拉鋼絲的方法通過(guò)模似試驗(yàn)得出。

① 鏜桿中間軸承提得過(guò)高，如圖2，則A，D點(diǎn)可能離空過(guò)多，不利于保證前后密封與軸的同心度，造成密封不嚴(yán)、加速密封的磨損。且可能使溫度探頭探測(cè)不到實(shí)際溫度。

② 鏜桿中間提高得不夠，如圖3，側(cè)可能促使A，D點(diǎn)區(qū)域承受極大的比壓，磨損過(guò)大，溫度過(guò)高，造成高溫報(bào)警。遇到這種情況可以控制在所允許的溫度內(nèi)慢車(chē)運(yùn)行一段時(shí)間，磨合即可。

圖2 鏜桿中間軸承提得過(guò)高 圖3 鏜桿中間提高得不夠

2）影響尾管鏜孔的因素

由于鏜尾管內(nèi)孔是在船上進(jìn)行的，加工設(shè)備自身鋼性不強(qiáng)，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)陋，又沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)固的基礎(chǔ)，被加工的部位加工余量不均勻等往往會(huì)造成加工表面粗糙和尺寸難以控制等問(wèn)題。造成上述問(wèn)題的隨機(jī)因素很多，現(xiàn)在就通常出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析：

① 毛坯誤差的復(fù)映規(guī)律對(duì)尾管鏜孔質(zhì)量的影響

由于鏜孔中心線和尾管毛坯的中心線是不重合的，再加上尾管毛坯本身存在尺寸形狀誤差及表面硬度不勻等，使加工時(shí)切削深度和切削力產(chǎn)生不斷的變化從而使鏜機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，因而造成加工后的工件表面還保留著與毛坯表面類(lèi)似的形狀或尺寸誤差。因鏜孔中心線與尾管毛坯的中心線可能相差幾厘米，其比尾管毛坯本身存在尺寸形狀及表面硬度誤差要大得多，其造成的毛坯誤差的復(fù)映是影響尾管鏜孔質(zhì)量的重要因素。要減少這種影響，可在船體分段吊裝時(shí)應(yīng)盡量控制好誤差和在望光時(shí)適當(dāng)修改中心線。必要時(shí)可在鏜孔時(shí)加多一次進(jìn)給。

② 沙眼對(duì)尾管鏜孔質(zhì)量的影響

當(dāng)鏜到有沙眼的地方時(shí)可能會(huì)蹦刀，從而影響到表面粗糙度，還會(huì)起級(jí)。船廠在工藝上要求在鏜孔前先填焊好沙眼，但因鏜桿與尾管之間空間太小，實(shí)際操作中很難做到。再者很多沙眼都是在工件表面下的，鏜孔前發(fā)現(xiàn)不了，所以很難做到鏜孔前先填焊好所有的沙眼。在粗鏜、半精鏜時(shí)遇到沙眼蹦刀就換刀再接刀鏜。在精鏜時(shí)遇到沙眼蹦刀就多鏜一刀（精鏜不能接刀）。鏜完拆鏜軸后才填焊沙眼打磨光潔。

③ 鏜桿裝置的剛性對(duì)加工精度的影響

因鏜桿剛性不足往往會(huì)出現(xiàn)切削時(shí)在切削力作用下鏜桿產(chǎn)生彈性變形，在作用力不變的情況下，變形量在鏜桿兩軸承之間位置處最大，越靠近軸承處越小。由于鏜桿彈性變形使切削加工的孔有錐度，鏜桿變形越大的地方切削的孔的尺寸越小，這種情況在機(jī)械加工中稱(chēng)為讓刀。為此在設(shè)計(jì)和選用鏜桿直徑時(shí)應(yīng)盡量大些以便增加剛性。鏜桿支承軸承距離應(yīng)盡量靠近，以減輕鏜桿變形。除了鏜桿剛性以外，軸承、軸承架的剛性，也應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)。

④ 加工設(shè)備的振動(dòng)對(duì)加工精度的影響

加工設(shè)備的振動(dòng)，會(huì)降低加工精度。原動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)會(huì)影響鏜桿，此時(shí)可以把原動(dòng)機(jī)改為皮帶傳動(dòng)，來(lái)隔離振源。如果變速機(jī)構(gòu)中齒輪制造精度不高也會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，因此要提高變速齒輪的制造精度，并經(jīng)過(guò)磨合后再用效果較好。有的鏜桿采用可收緊的滑動(dòng)軸承，此時(shí)要收緊軸承間隙，并加強(qiáng)潤(rùn)滑以減小由于切削量不均勻時(shí)鏜桿在軸承中的振動(dòng)。

⑤ 加工技術(shù)的影響

當(dāng)切削余量不均勻時(shí)切削力就會(huì)變化造成鏜桿的振動(dòng)。因此可以先用較大的切削余量粗加工，待切削余量較小時(shí)再精加工；為了克服讓刀造成的切削不均勻，可以采用雙刀切削，當(dāng)兩把刀安裝成180 °夾角時(shí)，可以使兩切削力抵消一部分，減少鏜桿的彈性變形。其他如走刀量，切削速度也會(huì)影響加工質(zhì)量。

3.2.2 尾管軸承的壓裝

由于尾管軸承為壓入配合，通常公差為過(guò)盈0.03~0.05 mm。壓裝壓力是檢驗(yàn)的主要指標(biāo)。下面就襯套的壓裝易出現(xiàn)的幾個(gè)問(wèn)題作一點(diǎn)分析：

1 ) 尾管軸承壓不進(jìn)去

造成尾管軸承壓不進(jìn)去，往往是內(nèi)孔修刮時(shí)，如圖4，沒(méi)注意要A、B兩個(gè)區(qū)域都修刮，只修刮一個(gè)區(qū)域，這樣會(huì)達(dá)不到圖紙上的徑向全跳動(dòng)公差要求，也就是磨偏心了。解決方法是拔出來(lái)重鏜內(nèi)孔，重新測(cè)量尺寸后換新尾管軸承加工。

圖4 尾管軸承磨偏心 圖5 尾管軸承凸肩

尾柱內(nèi)孔一般分為兩級(jí)，后端直徑較前端大1~2 mm。其突臺(tái)也可造成尾管軸承壓不進(jìn)去。應(yīng)在其突臺(tái)處磨出30°左右的倒角，如圖5，同時(shí)為好壓裝襯套，工人們往往會(huì)在內(nèi)孔尺寸報(bào)驗(yàn)后在尾柱內(nèi)孔后端磨出微小的喇叭口。

2 ) 尾管軸承壓入壓力后期大幅度加大

造成尾管軸承壓入壓力后期大幅度加大的原因是尾柱內(nèi)孔的兩級(jí)或尾管軸承的兩級(jí)不同心，從而使尾管軸承壓入后期受到極大的剪切力，如圖6。

圖6 軸承的兩級(jí)不同心

3 ) 尾管軸承壓入壓力保持不變

造成尾管軸承壓入壓力保持不變是因?yàn)槲补軆?nèi)孔達(dá)不到按尾管軸承壓入方向只允許順錐度的要求。有部分是倒錐度，離空了，如圖7。

4 ) 尾管軸承壓入壓力不升反降

造成尾管軸承壓入壓力不升反降是因?yàn)槲补軆?nèi)孔和尾管軸承達(dá)不到按軸承壓入方向只允許順錐度的要求，尾管內(nèi)孔和襯套都有倒錐度了，過(guò)盈量越來(lái)越小，如圖8。

圖7 尾管有部分是倒錐度 圖8 尾管內(nèi)孔和襯套都有倒錐度

3.2.3 尾軸安裝應(yīng)注意的事項(xiàng)

① 安裝前尾管內(nèi)的附件要安裝完整，清潔經(jīng)船東認(rèn)可后進(jìn)行。

② 安裝時(shí)必須加足夠的滑油確保軸承不受磨損。

③ 間隙測(cè)量尺寸須經(jīng)船東認(rèn)可。

3.2.4 密封安裝應(yīng)注意的事項(xiàng)

密封安裝前必須先拆開(kāi)檢查，并清潔干凈。尾軸和密封的配合面也要清潔干凈。否則異物極容易進(jìn)入密封“I”型密封環(huán)密封面，引起泄漏。

3.2.5 螺旋槳安裝應(yīng)注意的事項(xiàng)

螺旋槳在領(lǐng)回前其與尾軸的配合壓力已通過(guò)驗(yàn)收，一般安裝時(shí)都不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和工藝文件進(jìn)行就可。

3.3 軸系校中

根據(jù)軸系校中工藝規(guī)程軸系的校中工作必須在船舶下水后進(jìn)行，但也可以在船臺(tái)上用2~3天時(shí)間進(jìn)行軸系粗校中，下水后再重新進(jìn)行對(duì)中并把結(jié)果報(bào)檢查員確認(rèn)，這樣縮短了碼頭周期。找中時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

① 因尾管軸承無(wú)法調(diào)整，所以調(diào)整順序應(yīng)從尾到首。

② 軸承前后端面必須清潔干凈并去掉毛刺，因這些都會(huì)影響到校中的精度。

③ 在中軸前法蘭與主機(jī)曲軸后法蘭校中時(shí)，必須先測(cè)量主機(jī)曲軸的開(kāi)檔是否在要求范圍內(nèi)。

④ 溫度對(duì)校中的影響較大，特別是南北朝向的碼頭，早晚的日照在船的不同側(cè)舷上，造成船體左撓或右撓，從而影響對(duì)中時(shí)各軸段端部的左右楔口。所以軸系校中最好是安排在晚上八點(diǎn)后或陰天進(jìn)行。沒(méi)條件的話(huà)就一定要把報(bào)驗(yàn)安排在天氣狀態(tài)和校中時(shí)相似的時(shí)間，如下午三點(diǎn)校中要安排在第二天的下午三點(diǎn)報(bào)驗(yàn)，以減少溫度的影響。

⑤ 波浪也會(huì)造成軸的變動(dòng)從而影響校中工作。

3.4 軸承負(fù)荷測(cè)量及調(diào)整

3.4.1 軸承負(fù)荷測(cè)量

當(dāng)軸系根據(jù)對(duì)中計(jì)算數(shù)據(jù)，安裝結(jié)束后，我們常采用軸承負(fù)荷頂舉法來(lái)測(cè)定軸承的實(shí)際負(fù)荷是否符合計(jì)算的要求。它是利用軸的位移與負(fù)荷的線性關(guān)系，用逐步頂舉法，記錄軸的升高與頂舉力之間的關(guān)系曲線求得頂升部位的負(fù)荷，將此負(fù)荷乘以頂舉系數(shù)，即可得出被測(cè)軸承的實(shí)際負(fù)荷。

測(cè)出的實(shí)際負(fù)荷值，其誤差應(yīng)不大于計(jì)算值的±20%，即認(rèn)為合格。

3.4.2 軸承負(fù)荷測(cè)量常見(jiàn)問(wèn)題介紹及分析

1 ) 離散點(diǎn)多過(guò)

其原因可能是讀數(shù)誤差過(guò)大造成的。也可能是由于測(cè)定百分表的讀數(shù)和壓力表的讀數(shù)時(shí)隔過(guò)久造成的。

2 ) 遲滯現(xiàn)象較大，如圖9。

其原因可能是千斤頂油缸中心沒(méi)有在軸的正下方，且與百分表支點(diǎn)在同一直線上，造成千斤頂位置不良產(chǎn)生過(guò)大的阻力。從而使千斤頂曲線中會(huì)產(chǎn)生更大的遲滯現(xiàn)象，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3 ) 出現(xiàn)雙拐點(diǎn)，如圖10。

第二個(gè)拐點(diǎn)的斜度比第一個(gè)小，可見(jiàn)其受力較大。其原因可能是因?yàn)榉Q(chēng)重后期軸頂?shù)捷S承上蓋而使受力變大，出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)。還有一種可能是由于上升過(guò)程中相連軸承的作用。

4 ) 出現(xiàn)較為明顯喇叭口，如圖11。

對(duì)有較大負(fù)荷的軸承，每次記錄讀數(shù)時(shí)，要等百分表指針完全穩(wěn)定后才取值，否則導(dǎo)至上升與下降曲線不平行，出現(xiàn)喇叭口。

放置油缸的座架強(qiáng)度不夠，油缸頂升過(guò)程中，船體底板變形及百分表架應(yīng)單獨(dú)裝在不受軸及油缸影響的位置上，也會(huì)出現(xiàn)喇叭口。

圖9 遲滯現(xiàn)象較大 圖10 出現(xiàn)雙拐點(diǎn) 圖11 出現(xiàn)較為明顯喇叭口

3.4.3 繪制出準(zhǔn)確頂舉曲線的措施

① 放置油缸的座架要有足夠的強(qiáng)度，以避免因油缸頂升中間軸時(shí)，船體底板變形而影響測(cè)量準(zhǔn)確性。百分表架應(yīng)單獨(dú)裝在不受軸及油缸影響的位置上。

② 油缸的頂舉點(diǎn)，與百分表?xiàng)U的觸點(diǎn)，必須是在軸的同一橫截面的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)。

③ 在頂舉過(guò)程式中，其軸上不得有其它外加力和任何阻礙。

④ 因波浪的影響，船體和軸會(huì)隨之上下波動(dòng)，表的讀數(shù)也會(huì)隨之有2C的波動(dòng)，記錄時(shí)應(yīng)在百分表較為穩(wěn)定后再讀數(shù)，且要都讀最大數(shù)或最小數(shù)，百分表的讀數(shù)和壓力表的讀數(shù)時(shí)隔不宜久，以繪制出準(zhǔn)確的頂舉曲線。

⑤ 因一般情況下百分表的測(cè)量精度比壓力表的高，所以應(yīng)采取記錄每升高固定頂舉力時(shí)軸對(duì)應(yīng)升高量的方法來(lái)繪制關(guān)系曲線，以提高精度。

3.4.4 軸承負(fù)荷調(diào)整

當(dāng)軸系軸承進(jìn)行初次負(fù)荷稱(chēng)重，出現(xiàn)的軸承負(fù)荷偏大或偏小時(shí)，我們就應(yīng)對(duì)主機(jī)或中間軸承來(lái)進(jìn)行調(diào)整。下面以只有一根尾軸，一根中間軸和一個(gè)中間軸承的船的軸承負(fù)荷調(diào)整為例，具體分析如下：

① 因尾管軸承無(wú)法調(diào)整，所以調(diào)整順序應(yīng)從尾到首。

② 尾管軸承負(fù)荷偏大或偏小時(shí)可以通過(guò)調(diào)高或調(diào)低中間軸承來(lái)調(diào)整。

③ 中間軸承負(fù)荷偏大或偏小時(shí)可通過(guò)降低或提高中間軸承來(lái)調(diào)整，但要注意其對(duì)尾管軸承負(fù)荷的影響。當(dāng)其影響使到尾管軸承的負(fù)荷不能在要求范圍內(nèi)時(shí)可通過(guò)主機(jī)的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)整，或中間軸承和主機(jī)一起調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)整。

④ 主機(jī)前兩檔軸承負(fù)荷偏大或偏小時(shí)，應(yīng)升高或降低主機(jī)的首部來(lái)調(diào)整，主機(jī)尾部可微調(diào)。因主機(jī)尾部的調(diào)整對(duì)中間軸承的負(fù)荷影響大，首部的調(diào)整對(duì)中間軸承的負(fù)荷影響小。

3.5 主機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂墊片的澆注（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）

（上接第頁(yè)）主機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂墊片澆注的條件有：

① 軸系符合設(shè)計(jì)要求。

② 主機(jī)撓度、水平度、曲臂差符合工藝要求。

③ 基座上表面、機(jī)座下表面的清潔，海綿的塞入，鋼板的焊接。

④ 環(huán)氧的澆注一般于晚上進(jìn)行（環(huán)境較好）。

澆注環(huán)氧時(shí)要保證一定的高度同時(shí)澆注流量不宜太大。環(huán)氧樹(shù)脂墊片大大減少了工作量，縮短了造船周期，但是成本較高。

3.6 中間軸承座的定位及其安裝及軸承座墊片的拂配

軸系的對(duì)中計(jì)算與中間軸承的位置有關(guān)，中間軸承位置的偏移會(huì)直接影響到對(duì)中的效果，嚴(yán)重時(shí)甚至造成燒軸事故的發(fā)生。所以中間軸承的定位要求是比較嚴(yán)格的。中間軸承座的定位偏差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致中間軸承無(wú)法安裝。為提高定位的精度，不應(yīng)以船體的肋位為基準(zhǔn)。因?yàn)槔吖俏恢玫恼`差、分段對(duì)接的裝配誤差等的積累而無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際的要求。因此宜采用尾管后端面作為定位基準(zhǔn)點(diǎn)。在拉線照光后根據(jù)軸系理論中心線決定其三維位置。

因倒膠后、主機(jī)地腳螺栓上緊后軸承負(fù)荷發(fā)生了變化，需要調(diào)整，這時(shí)如果中間軸承只采用臨時(shí)支撐調(diào)整好其負(fù)荷并固定好，中間軸承座墊片暫不拂配的話(huà)我們就可以通過(guò)稍微升降中間軸承來(lái)調(diào)整因環(huán)氧樹(shù)脂的收縮所引起的軸承負(fù)荷問(wèn)題。所以中間軸承座墊片最后才拂配固定。

3.7 大軸接地裝置的安裝

大軸接地裝置把軸系的靜電傳給船體，防止靜電燒壞軸瓦。

4 結(jié)束語(yǔ)

軸系校中安裝是一項(xiàng)要求非常嚴(yán)格的工作，容不得半點(diǎn)馬虎，否則難以達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，甚至?xí)S、燒瓦造成難以彌補(bǔ)的后果。這就要求我們熟悉工藝要求，理解工藝過(guò)程。同時(shí)影響軸系校中安裝質(zhì)量的因素很多，我們要善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題才能把工作做好。