千斤頂頂舉負荷法的探討

顏昌祿　魏穎春

摘 要：本文主要介紹了目前常見的軸承負荷驗證方法-千斤頂頂舉負荷法的兩種計算方法，以及其相應的理論推導過程。

關鍵詞：軸系合理校中；軸承負荷驗證，千斤頂頂舉法；頂舉系數

中圖分類號：U671.91+4 文獻標識碼：A

Abstract： This paper describes two different calculation methods for shaft bearing load measurement by jack-up test， as well as its corresponding theoretical derivation.

Key word： Shafting alignment； Bearing load test； Jack-up test； Jack-up factor

1 引言

目前軸系合理校中是軸系安裝普遍采用的方法。它通過設計階段的校中計算確定各軸承的合理位置，使支撐螺旋槳的尾軸承、中間軸承的負荷以及軸系的彎曲應力等參數限制在合理的范圍，以確保軸系可靠運行。軸系合理校中包括：設計階段的合理校中計算、施工階段的軸系安裝及軸承負荷驗證兩部分。其中，軸承負荷驗證是在施工現場用相應的方法進行測量，記錄數據再計算出軸承實際負荷，與校中計算書的理論負荷相對比，其允許誤差不超過計算值的±20%。

2 軸承負荷驗證方法

目前，測量軸承負荷方法有測力計測量負荷法、液壓千斤頂頂舉負荷法、電阻應變片測量負荷法等。其中，最常見的測量方法為液壓千斤頂頂舉負荷法，簡稱千斤頂頂舉法。這種方法設備簡單、操作方便，為國內大部分船廠所采用。采用液壓千斤頂頂舉法測量軸系中某一軸承負荷，就是在該軸承附近安放一個液壓千斤頂，用它將軸承逐步頂起，直到被測軸承完全脫空，如圖1所示。在頂起軸的過程中，用百分表紀錄軸的升高量，同時記下千斤頂相對應的負荷，繪制頂舉曲線，如圖2所示，求得千斤頂替代被測軸承時的負荷。最終將此負荷乘以頂舉系數，即可得到被測軸承的實際負荷。

3 頂舉曲線分析

頂舉曲線，縱坐標為軸的位移量（mm），橫坐標為千斤頂負荷（kN），如圖2所示。

1）OBF為泵油將軸往上頂升時得到的上升曲線；EAO為泄油使軸往下降時得到的下降曲線。這兩條曲線不重合的原因是由于千斤頂、百分表及軸存在內阻，故在頂舉過程中要消耗一定的功所產生的下降曲線的滯后現象。

2）上升曲線或下降曲線都有一段曲線和一段直線所組成。

曲線段OB表示從頂起開始到軸與軸承剛剛脫離的階段，AO則表示軸下降時軸與軸承剛剛接觸到千斤頂完全不受力的階段。在這兩個階段，因軸不斷上升或下降，使軸頸與軸承的接觸位置不斷地移動而造成千斤頂與軸承支點間的跨距不斷地變化，從而造成軸承負荷影響數不為常數而為變量的結果。

直線段BF及EA是被測軸承脫空情況下繼續頂升或下降的階段，因這時軸上升或下降不受被測軸承支點的影響，軸承負荷影響數為一常數，故頂升線段BF及下降線段EA為直線。

4 頂舉法軸承負荷計算和頂舉系數的探討

頂舉法測量軸承負荷計算方法有兩種，一種是參照船舶行業標準CB/Z338-84《船舶推進軸系校中》，千斤頂負荷可以取，再乘以頂舉系數，得到軸承負荷，如圖2所示；另外一種是參照CB/Z338-2005《船舶推進軸系校中》，千斤頂負荷可以取，再乘以頂舉系數，得到軸承負荷，如圖2所示。

目前大部分的船廠和設計院，軸承負荷計算方法更多采用前者。筆者初次接觸到第一種計算方法時，覺得不理解。在查看了《船舶推進軸系校中》1984版以及2005版的標準后，發覺兩個版本的船標采用的計算方法不統一，以為存在矛盾。繼續查找資料時，才了解到由于頂舉系數計算方法的不同，可以通過頂舉曲線取或計算軸承負荷，才明白兩種軸承負荷計算方法，是對應著不同的頂舉系數，不存在矛盾。考慮到這兩種方法的差別，設計和施工人員使用過程很有可能會出現混淆，筆者為此對兩種方法的公式做相應的推導以加深入了解。

4.1 84版《船舶推進軸系校中》船舶標準

此時 為千斤頂頂舉系數，千斤頂負荷為軸承脫空時對應的千斤頂頂舉力。也就是說千斤頂代替軸承且軸承不動、千斤頂上升、軸位移為時的頂舉負荷， （對應圖2的坐標系中軸位移量為時的千斤頂數字）。

4.3 總結

第1種頂舉系數定義方法不直觀，是一種純理論推導，不能模擬千斤頂頂舉過程，無法計算頂升量。圖2中線EA和線FB延長與坐標軸相交過程，也是一種假想過程，相當于把軸承去掉，使軸位移降低為0，千斤頂完全代替軸承。由于P1和P2可以通過作圖的方式獲得，因此在工程中比較常用。

第2種軸承負荷計算方法，推導過程符合實際頂舉測量過程，可以計算頂升量。但工程中，頂舉曲線一般都不像圖2中理論曲線那樣過渡明顯。以某軸系的頂舉曲線為例，如圖3所示，曲線和直線過渡是不明顯的，軸承脫空點A、B（也就是拐點）很難確定。因此，第2種方法在工程中不容易操作。

5 建議

而現階段，設計院送審的軸系校中計算書中，一般很少會在計算書中說明計算千斤頂頂舉系數時采用的84版，還是05版標準。目前船廠設計及施工人員通常采用的標準為前者。如果設計院送審的計算書是采用05版標準，在計算書中未標明，船廠設計人員編制軸系稱重工藝仍采用84版標準，施工人員也依據84版標準檢驗，則有可能出現軸系稱重時數據未超差，而軸承實際負荷出現超負荷的現象。因此，筆者建議，設計院送審的軸系校中計算書中，應說明千斤頂頂舉系數采用的參照標準，同時船廠設計人員以及施工人員應關注采用的參照標準。

參考文獻

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[2] 船舶推進軸系校中CB/Z 338-84[S]

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