船舶軸舵系制造安裝質量控制要點與風險預防的研究

吳建強

摘 要：船舶軸舵系在機加工、運輸以及安裝過程中，難免會因各種因素的影響而導致質量事故的發生。作者通過對各生產環節的分析，找出潛在的質量風險，同時結合以往經驗教訓，提出相應的控制措施，以最大限度避免質量事故的發生。

關鍵詞： 船舶軸舵系； 機加工； 風險預防； 質量控制

中圖分類號：U671.91 文獻標識碼：A

1 鑄鍛件采購

采購環節主要風險是鑄造質量問題造成的納期風險。產品納期有一定的提前量，但如果提前太長時間會增加庫存成本，因此產品來貨質量的管控就至關重要的。如何確保來貨質量，廠家的選擇是關鍵。采購員在尋找鑄鍛件廠家時，首先要了解廠家是否具備相關資質，其產品質量信譽度可通過了解其以往客戶產品的使用情況來確認；第二要充分要了解廠家各種鑄鍛件的制造周期，萬一前面產品出現質量問題，廠家能否及時供換新產品；第三要了解廠家的生產負荷情況，看能否滿足船廠的納期要求，盡量避免廠家采購第三方產品供貨；最后要了解廠家的過程控制和檢驗配合情況。

2 入庫檢驗

在入庫檢驗時，首先要核對產品編號是否屬于相應船舶，核查材質證書、船檢證書、試驗報告及實物標記。試驗報告需包含化學成分報告、熱處理報告、力學性能報告和無損探傷報告。驗證過程檢驗是否符合要求；其次是檢查軸件在運輸過程中是否有損傷，特別是軸件的關鍵部位，如中間軸尾軸軸承部位；另外就是外形尺寸的確認。產品的外形尺寸需要根據圖紙認真核查；最后是對入庫產品進行無損檢測。對于一些關鍵部位，如填角和截面突變、組裝焊接部位、可能承受高應力區域等進行表面磁粉或著色探傷，檢查是否存在表面裂紋、氣孔等缺陷。同時對圖紙指定的、焊接過的部位或根據經驗有可能出現嚴重內部缺陷的部位需進行超聲波探傷。以上的檢驗程序完成，產品即可入庫。

3 軸加工檢驗

軸加工檢驗主要有以下幾個方面：軸件產品檢驗標記的轉移；軸件加工尺寸和精度測量；軸件精加工后表面探傷。

船舶的機加工項目主要有：舵桿、舵銷；中間軸、尾軸、尾管、尾管軸承；軸舵系的液壓螺母、不銹鋼襯套以及舵桿舵銷賽龍軸承等。

3.1 軸件機加工檢驗

軸件的加工檢驗，除了基本的長度尺寸、外徑尺寸等，還有四個數據需要重點檢查：首先是軸件的撓度。由于軸系屬于高速旋轉的系統，如果撓度超標，系統會產生強烈的震動，這不僅會縮短軸承使用壽命，甚至還會危及船舶安全。在精加工測量時，必須在車床上測量各個位置的跳動量，合格后才可以下車床；其次是表面粗糙度。特別是軸承位表面粗糙度須符合工藝要求，如果粗糙度太低，會加快軸承磨損；第三是軸件法蘭面的垂直度，它會直接影響船舶下水后的軸系對中。測量也須在車床上進行，可通過測量平面的跳動量來判斷；第四是無損檢測。高速軸件不允許有表面或內部的缺陷，否則軸件受力時容易產生應力集中，形成裂紋，所以在精加工后需進行無損檢測，包括磁粉探傷、超聲波探傷。

3.2 拂配檢驗

螺旋槳與尾軸、舵桿與舵柄、舵桿與舵葉及舵銷與舵葉屬于無鍵連接方式，兩者間需要進行拂配，拂配效果的好壞直接影響連接的牢固程度。螺旋槳與槳軸的配合，要求錐孔內色油均勻接觸，每25×25（mm）面積上不少于3個接觸點，槳殼與軸錐的接觸面積不少于70%。在螺旋槳錐孔兩端“無槽區”接觸點要求要明顯好于中間區域，因為兩端良好的接觸可以保證在壓裝時建立徑向油壓，防止漏油。

3.3 尾管及尾管軸承檢驗

（1）尾管軸承座通常為鑄件，而鑄件免不了存在一些鑄造缺陷。鑄件在精機加工過程中經常會出現鑄造缺陷，如氣孔、夾渣及裂紋等。如果這些鑄造缺陷，超出了允許范圍就必須報廢。對于可以修補的，須嚴格按照修補工藝進行處理，修補完后需做無損檢測；

（2）由于在加工過程中溫度的變化或者刀具的磨損，都會導致加工尺寸的偏差，如尾管內孔圓柱度及同軸度偏差等，故應進行尺寸的測量。由于尾管軸承與軸承座是過盈配合，通常過盈量在0.01～0.05 mm之間，而過盈量受到溫度的影響較大。在直徑方向，尾管和尾管軸承的縮脹方向是相反的，對過盈量的影響是疊加的，所以在尾管軸承精加工階段，要求在相同的環境溫度下測量尾管內孔的尺寸，以此來確定尾管軸承外圓的精加工尺寸；

（3）在確定尾管軸承外圓尺寸時，應該考慮壓裝時的氣溫情況。如果壓裝時環境氣溫比加工時的氣溫高，則加工時的過盈量可以取下限值，相反則取其上限值，這樣即使溫度變化，過盈量還能保持在要求的范圍內；

（4）橢圓度和同軸度超標的主要原因有車床本身的精度不夠、加工過程溫度變化大和進刀量過大或刀具磨損等，這些問題主要由加工廠家控制，可盡量安排在溫度變化不大的時間進行加工，同時注意設定進刀量及刀具的冷卻，避免刀具磨損。

3.4 舵系鏜孔質量風險預防

3.4.1 鏜孔表面粗糙度

鑄件鏜孔表面存在鑄造缺陷，鏜刀經過缺陷位置時容易產生跳刀，致使刀具損壞，鏜孔表面出現凹槽劃痕，在精加工階段如果出現類似情況，會導致表面粗糙度超標。在鏜孔過程要經常檢查刀具的磨損情況及鏜孔表面的狀態，發現異常須及時停機處理。

3.4.2 鏜孔的圓度和圓柱度

通常造成這兩個指標超標的因素主要是刀具的磨損，而造成刀具異常磨損的主要原因是進刀量和吃刀深度。如果進刀量太大，則會增加鏜杠的工作負荷，使鏜杠產生撓度變形；會加快鏜杠滑動軸承磨損；會使刀具溫度過高，加快刀具磨損；會增加切向力，容易拉傷加工面等。另外，精鏜時進刀量過大，表面粗糙度難以保證。

3.4.3 上舵承、下舵承及掛舵臂孔同軸度

三孔同軸度是舵系鏜孔重要的參數指標，它直接影響舵桿軸承及舵銷軸承的間隙配合，甚至出現單邊間隙為零的情況，致使舵葉靈活性下降、軸承偏磨等。影響這一指標的因素有下列幾方面：鏜孔工裝的安裝精度；鏜杠本身存在撓度；工裝滑動軸承的間隙；鏜孔作業環境溫度的變化以及鏜孔作業的連續性等。

為了避免環境溫度的影響，最好選擇在陰天或晚上作業。在每鏜一刀前須仔細檢查工裝的牢固情況，看調節螺栓有無松動，固定支撐有無脫焊現象；檢查鏜杠的對中情況，如有異常需查明原因，及時調整；檢查渦輪箱、軸承的潤滑情況，及時補充油脂。

4 產品運輸和儲存

軸舵系機加工件屬于精細零件，在運輸過程中稍有不慎就容易造成損傷。

根據軸件的特點，須做好以下幾點措施：

（1）注意防水、防銹的保護。軸件機加工報驗完畢后要涂一層防銹油，入庫檢驗完成后需重新涂油保護；

（2）吊裝過程需使用適當的吊裝工具，避免對工件表面造成損傷；

（3）運輸過程需制作可靠的夾具或固定工裝，避免貨物移動碰傷。在入庫檢驗完畢后同樣要做好以上的保護措施。

5 軸系安裝質量控制

5.1 軸舵系望光拉線

5.1.1 望光拉線的條件

大面積的火工作業及大型設備的安裝對于船體結構會造成局部的變形，從而影響拉線精度，所以在精拉線之前必須具備如下條件：

（1）機艙前壁往后、主甲板以下的船體結構焊接完成，包括下舵承、尾部舷墻、尾絞車基座、尾部帶纜樁及加強焊、尾管座；

（2）機艙前壁向船首第一條大焊縫和大接縫焊裝結束；

（3）上述區域的火攻矯正作業結束；

（4）機艙區域與船體連接的油水艙密性工作結束；

（5）機艙主要設備進艙到位（除主機外）。

由于環境溫度的變化對精拉線精度影響較大，所以拉線應安排在晚上或陰天溫度變化不大的情況下進行，同時拉線期間禁止一切震動作業。

5.1.2 望光拉線測量的數據

（1）船體基線測量：由于船體底板存在撓度，所以測量基線高度時在舯軸線方向盡量多取幾個點，然后取平均值，以減少撓度對確定基線的影響；

（2）激光定位：檢查激光線與地樣中心線的重合度。

如果橫向需要偏移調整，激光與地樣中心線偏移量不得超過0.03 mm，前后激光點的偏離量必須一致，如有偏差，激光線沿船首方向會被逐漸放大，導致激光所打出的軸系中心線與理論中心線產生夾角；

（3）關鍵數據的測量：① 光靶靶芯與軸系理論中心線偏差；②基線至水平激光線的距離；③激光與首標桿十字線中心的重合度；④ 前、后尾管座端面的間距；⑤后尾管座后端面至中間軸承基座中心距離；⑥中間軸承基座高度、墊片厚度；⑦主機座半寬及半寬對角線；⑧ 主機環氧墊塊厚度；⑨ 掛舵臂下端面至上舵承上平面的距離；⑩舵系中心線至后尾管座后端面的距離；?舵孔中心與軸系中心的左右偏差及垂直度偏差。

（4）現場判斷是否合格的數據：①前后尾管座內孔在上下、左右方向的半徑值，是否滿足環氧樹脂厚度的要求；② 基線至水平激光線的高度，該高度即是軸系中心線的高度；③上舵承前后、左右方向的內孔半徑值，是否滿足鏜孔余量的要求；④ 下舵承前后、左右方向的內孔半徑值，是否滿足鏜孔余量的要求；⑤掛舵臂前后、左右方向的內孔半徑值，是否滿足鏜孔余量的要求；⑥掛舵臂下端面至上舵承平面的距離，是否滿足加工余量；⑦主機半寬值是否滿足主機地腳螺栓鉆孔的公差要求；⑧主機高度值是否滿足主機地腳環氧厚度的要求。

5.2 尾管安裝控制

5.2.1 穿尾管前的清潔報驗

澆注環氧的注入管和透氣管需焊接完成，同時做好管子內部的清潔，必須保證環氧面無塵、銹、油污、水等。另外，尾管座上的定位螺栓孔需要清潔除銹，否則安裝螺栓時孔螺紋上的臟東西會掉到灌環氧區域。

5.2.2 尾管定位

尾管定位的精度容易受到環境溫度的影響，所以定位時環境溫度應與精拉線時的環境需相近；尾管軸承具有一定的偏心量，如果測量點取在白合金區域，必須將偏心量計算在內，如果在軸承止口位測量就不存在偏心量問題。

5.2.3 澆環氧樹脂

前尾管密封座與尾管前端面間要用墊片或膠圈保證密封。安裝前要確保兩個平面的平面度及垂直度；灌環氧樹脂前前密封座固定螺栓必須上緊，環氧前密封座上附件管子需焊接完成，避免燒焊對環氧性能的影響。

5.2.4 環氧樹脂密封膠的封堵

以往船舶密封膠封堵后經常發現有漏氣漏水的現象，主要位置在密封膠端面、固定螺栓孔、環氧注入口和透氣口以及調節螺栓孔填焊位置。密封膠端面滲漏，主要原因是密封面在封堵前沒有清潔干凈，存在灰塵、銹、油污、水等；環氧開口的填焊位置滲漏。主要原因是補焊位置有裂紋；由于尾管座為鑄件，在填焊時如果沒有進行預熱、焊后沒有保溫，則經常會產生裂紋；另外，填焊作業應該在密封膠封堵前完成，否則會燒壞密封膠。環氧的耐高溫能力大約在90 ℃，超過該溫度會影響環氧的機械性能，所以需要控制加熱溫度；最后，各環氧開口補焊完成后需打磨光順，做表面探傷。

5.2.5 氣密檢查

氣密實驗空氣壓力0.02 Mpa，重點檢查密封面、環氧注入口、透氣口及尾管調節螺絲的填補位置。

5.2.6 水壓實驗

對尾管冷卻水艙進行強度實驗，實驗條件為水艙壓滿至透氣管以上2.8 m；檢查氣密時無滲漏為合格。

5.3 尾軸安裝控制

（1）穿尾軸之前，尾管滑油溫度傳感器需安裝報驗通過；

（2）尾密封油進出口銅管密性需完成；

（3）機艙內的臨時或固定吊耳需可靠焊接，探傷合格后方可進行吊裝作業；

（4）吊裝前軸表面，特別是軸承位置需用膠皮保護好；

（5）穿尾軸前需徹底清潔尾管內部及尾軸表面，并涂上系統油；

（6）穿尾軸時必須保證平衡，不允許尾軸與尾管軸承相對摩擦，以免損傷軸承。

5.4 尾軸密封安裝控制

5.4.1 前后密封對中

在尾密封襯套法蘭上做好零位標記，每次轉動角度與此記號為參考點。固定好尾密封襯套，將千分表固定在尾密封本體上。旋轉尾軸，每轉45°記錄下偏心量，如果偏心量超標，松開固定螺栓進行調整，直至偏心量符合工藝要求，然后上緊固定螺栓，并用不銹鋼絲綁緊防止松動。

5.4.2 進行前后密封壓油密試

（1）向尾管滑油腔注油，試驗檢查各油腔的泄露情況；

（2）檢查密封圈的泄露情況。注意在密試工作完成后，要檢查所有的堵塞是否全部上緊，并用不銹鋼絲正確鎖緊。

5.4.3 尾軸下沉量測量

（1）每次測量時軸系的位置必須保持一致；

（2）每次測量時測量尺的安裝位置要一致；

（3）做好詳細的記錄，作為日后測量參照基準。

5.5 螺旋槳安裝

（1）壓裝前螺旋槳錐孔及尾軸拂配的位置要進行清潔檢查；

（2）螺旋槳套入尾軸時要對齊兩者的拂配線，然后放置約2 h，使槳和軸的溫度基本相同；

（3）根據螺旋槳無鍵連接計算書0 ℃和35 ℃時的壓入量，計算出現場溫度對應的壓入值；

（4）當預壓到拂配零位時，千分表調零，每壓入0.5 mm記錄一次軸系和徑向壓力，最后一次壓入量增加0.1 mm；

（5）檢查最后壓入力是否符合工藝要求；

（6）達到預定壓入值后，保壓5 min，然后卸去徑向壓力，繼續保壓15 min，再卸去軸向壓力，檢查壓入量的變化并做好記錄；

（7）液壓螺母上緊，止動條安裝焊牢；

（8）導流冒安裝注入黃油，應從底部孔往里注入，直至頂部透氣孔冒油，封堵好上下孔。導流冒螺絲扭力檢查后，用水泥或環氧樹脂填滿凹槽處。

5.6 軸系校中和負荷測量

（1）檢查中間軸臨時支撐的位置；

（2）檢查尾軸與中間軸、中間軸與主機飛輪法蘭的開口值和偏移值；

（3）檢查主機基座的下垂量是否符合廠家要求；

（4）檢查主機最后一道主軸承頂部的間隙。

5.7 軸系負荷測量

5.7.1 軸系的連接

（1）中間軸與尾軸應配對鏜孔加工，過盈量應符合工藝要求；

（2）中間軸與主機飛輪應配對鏜孔加工，過盈量應符合工藝要求；

（3）鉸孔螺栓應液氮冷凍安裝，保證螺絲孔與螺栓一一對應。

5.7.2 軸承負荷測量

（1）按指定的位置進行冷態負荷測量；

（2）記錄油壓每上升10～40 bar時頂升壓力和頂升量，頂升總量不得超過該部位軸承間隙；

（3）記錄油壓每下降10～40 bar時壓力和下降量；

（4）根據以上的數據畫出油壓與軸垂直位移曲線；

（5）軸承的實際負荷：

R= KS （ N ）

式中：K——頂舉修正系數；

S——千斤頂的活塞面積（mm2）；

P1、P2——千斤頂上升及下降油壓力（MPa）

5.8 主機環氧的澆注

（1）主機環氧澆注區域需打磨除銹，并用丙酮徹底清洗干凈；

（2）澆注前需測量環境溫度，冬天低于13 ℃需要加熱設備對主機澆注部位及環氧進行加熱；環氧澆注后同樣需保溫，直到環氧固化；夏天溫度超過30 ℃不能澆注；

（3）環氧澆注速度需服務商指導，合理的速度保證氣體能夠及時排出或在澆注過程把氣泡扯碎；

（4）環氧澆注前、后半程分別澆注兩個樣品放在主機相應的位置；

（5）環氧固化時間：13 ℃～18 ℃ 48 h；19 ℃～21 ℃ 24 h；21 ℃以上 18 h。

6 舵系安裝

6.1 舵系鏜孔測量

（1）檢查鏜孔部位的加工表面是否存在氣孔夾渣的缺陷；

（2）檢查表面粗糙度是否滿足要求；

（3）測量驗證鏜孔同軸度及舵系中心線與軸系中心線相應情況；

（4）做好數據、溫度測量記錄，作為賽龍加工的依據。

6.2 賽龍軸承安裝

（1）冷凍安裝前需重新復核舵桿舵銷孔的內徑及賽龍軸承外徑尺寸是否符合過盈量要求；

（2）冷凍劑充足，保證軸承完全浸泡。

6.3 舵桿舵銷壓裝

壓裝步驟與螺旋槳類似，但不需根據溫度計算壓入量。舵銷不銹鋼套下端面距拂配線的距離減去壓入量剩余的距離就是密封圈被壓縮后的尺寸，在挑選密封圈時，必須保證密封圈厚度不能小于該尺寸。

6.4 舵柄壓裝

壓裝步驟與螺旋槳類似，但要注意幾點：

（1）確保舵葉在零位上；

（2）確保舵機舵角機械指示器指針在零位上；

（3）壓裝時舵葉底部需有效支撐。

6.5 舵機安裝

（1）檢查舵柄滑塊間隙，判斷舵機安裝是否平衡；

（2）測量舵機鉸孔與鉸制螺絲，注意過盈配合量是否符合要求，同時孔與螺絲要一一對應；

（3）檢查地腳螺絲及上舵承該螺絲扭力；

（4）檢查側推塊拂配。

7 總結

本文研究的內容基本涵蓋了軸舵系各個生產環節，文中總結的一些措施及質量控制要點，在后續的實船運用中取得了良好的效果，值得推廣和供同行參考。

參考文獻

[1] 中國造船質量標準[M] .CB/T 4000-2005.

[2] 軸舵系照光拉線工藝[Z].江門市南洋船舶工程有限公司.

[3] “KEMEL double security COMPACT Seal INSTRUTION MENUAL”[Z]

7-9.