“北航18”輪舵系舵桿整形修理工藝

陳金琨

(交通部煙臺打撈局船舶修造中心，山東 煙臺 264000))

“北航18”輪在錨地避風過程中，由于走錨造成擱淺，經救援后發現舵葉丟失。接到船東通知后，我中心馬上組織人員出海勘察，并根據現場情況制定舵葉修理方案，由我中心前期根據圖紙制作并加工舵葉，船舶上塢后安裝修復。在船舶上塢后，經現場實地對舵系檢查發現，舵桿變形嚴重，無法使用，必須更換舵桿。但舵桿加工費時費工，很難滿足船期要求，針對該情況，我中心大膽提出舵桿整形工藝，為船東節約時間及成本。舵葉丟失情況如圖1所示。

圖1 舵葉丟失現場情況

1 上塢后舵系測量

由于該輪舵葉海損丟失，海上勘驗無法全面得到具體損壞信息。所以為了保證新加工舵葉能一次順利安裝到舵桿上，上塢后決定對整個船舶舵系進行檢查測量。

首先對舵桿進行測量，將舵桿拆卸下來，進行舵桿軸線測量，在車間內利用大型數控龍門銑床對舵桿進行精確測量，借助龍門銑床找出中心線，測量各個位置的數據并與圖紙尺寸對比，舵桿形式如圖2所示。經過測量得到舵桿的變形量為：舵桿法蘭向后偏移106.2 mm，向左偏移36 mm；舵桿法蘭后上翹24.2 mm，左上翹6.5 mm。確定該輪海損事故過程中，舵桿發生變形損壞。以目前舵桿情況，新加工舵葉無法安裝到位。

圖2 舵桿形式

其次對船體是否變形進行驗證，將舵桿及舵銷拆下，將舵承座及舵承安裝到位，采用拉線的方式，檢驗舵承及上下舵銷座的同軸度。對舵承及上下舵銷孔拉線校中，以舵承上端面中心點A和上舵銷中部中心點B為基準拉線，測量下舵銷上端面C、下舵銷下端面D、E兩處鋼絲與舵銷孔內壁的距離，測量點數如圖3所示。

圖3 舵系拉線示意圖

根據表1舵系測量數據可以發現舵系各點同軸度偏差較小，船體無較大變形，排除了船體變形的可能性。

表1 修理前舵承內部與舵系中心線距離 mm

2 舵桿整形修理工藝

根據測量結果得出的舵桿變形情況，需制定合理整形方案。該舵桿直徑為350 mm，并且變形量較大，如果使用常規水火整形需多次進行，且難度較大，同時水火反復整形下，有可能造成舵桿材料性能的變化。所以決定采用大型液壓機對彎曲處進行壓力整形，舵桿修理工藝如下。

1)對舵桿初步進行粗整形，通過在舵桿上劃出實際軸線與理論軸線，采用目視測量，當理論線和實際軸線在折彎處(交匯點)接近順直的時候，可以認為粗整形已完成，此時停止壓制，如圖4所示。

圖4 舵桿劃線部位

2)利用相似三角形原理對舵桿進行精整形，將粗整形后的舵桿放置于平臺上，對粗整形后的舵桿進行找正，如圖5所示。

圖5 舵桿上平臺測量

3)選取高度合適的支撐物2個，上部鋪設10 mm左右的銅板，將找正后的舵桿放置在支撐物上部，凸出變形最大點作為壓制點，選取離壓制點300 mm左右位置作為百分表測量點。

4)操作液壓機使液壓活塞緩慢下落，當液壓活塞觸及舵桿，使舵桿輕微受力后，調整百分表度數歸零。

5)液壓活塞繼續下落，首次可讓下落距離達到百分表度數極限刻度停止(10 mm)，用2把鐵錘錘擊壓制點正背部位置200次左右，達到消除內應力效果。現場壓制如圖6所示。

圖6 舵桿現場液壓

6)等待5 min左右，緩慢升起液壓活塞，記錄百分表變化值a。

7)利用相似三角形原理計算壓制點及軸頭變化值b、c，計算公式見式(1)，原理如圖7所示。

圖7 舵桿整形相似三角形原理

a/h1=b/h2=c/h3

(1)

式中，h1表示舵桿上打標點到支撐點2的長度，h2、h3以此類推。

由式(1)計算軸頭變化值c；同理可獲得法蘭端面變化值d；舵桿變形量即為c和d之和。

8)測量出準確整形變量，與壓制變形量進行比較、分析，排除外部因素(支撐點、舵桿擺放位置等)干擾，得出液壓機整形規律。

9)重復上述步驟，不斷調整壓制量，直到接近理論值，整形完成后，對壓制點進行探傷，以確定整形對舵桿未造成損傷。

10)舵桿修復后，在胎架上與舵葉連接，舵桿與舵葉整體拉出中心線。經過現場數據測量，舵桿與上、下舵銷孔中心線同軸度小于1 mm，滿足安裝要求，如圖8所示。

圖8 舵桿上胎架拉線

3 舵系安裝

首先安裝舵桿，連接舵柄，舵承座閉合后復位，螺栓緊固。連接舵桿與舵葉，鉸制螺栓安裝緊固，檢查連接情況，連接面無縫隙，0.03 mm塞尺塞不進。由于該輪船體下舵銷座內銅套為偏心套且與銷座為過盈配合，原銅套磨損嚴重需更換，舵系中心線重新校中，加工偏心套與銷座過盈配合安裝難度較大，故采用加工中心套后環氧樹脂澆筑的方式，上舵銷安裝后測量下舵銷與舵銷孔內壁間隙，加工下舵銷銅套，銅套外表面與舵銷孔內壁留有足夠的澆筑量，澆筑量不足的位置采用氣刨加大間隙，頂絲固定銅套，試驗轉舵性能良好，左右滿舵無阻塞現象，對銅套與舵銷孔間隙進行環氧樹脂澆筑，24 h緊固后再次試驗轉舵性能良好。測量舵承及上下舵銷間隙如表2所示。

表2 修復后舵承及上下舵銷間隙 mm

4 結束語

大型舵桿的整形十分困難，本文巧妙的利用了簡單的幾何原理解決了舵桿整形的困難問題。為我中心以后的修理工作總結了經驗，同時為船方節約了船期和修理成本，為后續船舶修理提供了寶貴的經驗。