船舶主機曲軸拐檔差調整關鍵技術分析

樊繼明

（中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214400）

目前，船舶呈現出大型化的發展趨勢，所以需要更高功率的柴油主機，受這一因素的影響，曲軸的重量、尺寸等，也會隨之而不斷增大。就曲軸拐擋差而言，其可以將軸線狀態直接地反映出來，所以及時調整曲軸拐擋差，積極優化現場施工的方式，對于船舶的穩定運行具有重要的意義。

1 以Pro/E為基礎對船舶主機曲軸部件建模

首先，對曲軸進行三維建模。在現場施工過程中，經過對某船舶主機曲軸的測量，獲取其相關的數據：主軸頸半徑為700mm、主軸頸長度等于300mm、曲柄銷半徑為800mm、曲柄銷長度為300+2×100mm、曲臂的厚度為400mm。通過Pro/E的旋轉功能、剪切功能、拉伸功能等，實現對曲柄的建模。由于曲柄之間的尺寸是一致的，只是因為角度、位置存在差異，所以可以利用軟件中旋轉復制的功能進行建模設計。

其次，對軸承座進行三維建模。在主機的現場運行中，主軸承主要發揮支撐的作用，可以利用Pro/E的拉伸功能構建模型。因為曲柄主軸頸的長度等于300mm，所以需將軸承座的寬設置為280mm，兩側預留出10mm的空間，避免相互之間發生摩擦。在模型中，中間軸承需要將寬度設置為600mm，與孔中心的距離等于4000mm，孔半徑等于700mm。

最后，對中間軸、飛輪、中間軸承基座以及主機機座進行三維建模。基于Pro/E的拉伸功能，對中間軸、中間軸承基座與主機機座進行建模，其中飛輪的半徑等于3000mm、厚度等于300mm；主機機座的長度設計為11200mm、厚度為300mm、寬度等于5000mm；中間軸的半徑等于350mm、長度設計為12000mm；中間軸承基座的長度設計為10000mm、厚度設計為300mm、寬度設計為5000mm。

2 以ANSYS Workbench為基礎對模型進行有限元分析

基于現場施工中獲取的數據信息，在完成建模后，可以使用ANSYS Workbench進行有限元分析，其對具體的施工具有重要的作用。在本次現場施工的分析中，應用ANSYS Workbench的具體步驟如下：

（1）將整體模型導入。在ANSYS Workbench中創建一個新項目，并將其添加至Static Structure，將三維模型以.x_t的格式保存，然后導入至ANSYS Workbench。

（2）設置材料。根據所掌握的知識，對模型所需要的材料進行設置。其中，飛輪、中間軸承、曲軸需要使用42CrMo；中間軸承座、主機軸承座應該使用鑄鋼；而中間軸承基座、主機機座對材料的要求較高，所以將其設置為理想狀態的材料。

（3）劃分網格。在ANSYS Workbench中存在工具Mesh，運用其對全局的尺寸進行設置（100mm），最后獲得382275個節點、139790個單元。在這一基礎上，進行設置連接、添加邊界條件與載荷等，為后續的計算奠定基礎。

3 調整主機機座高度對各主機軸承與中間軸的影響

受文章篇幅的限制，筆者以各主機軸承與中間軸為主進行分析。

3.1 調整尾端高度

通過ANSYS Workbench完成計算后，工作人員在現場施工的過程中，可以結合模型的數據對主機機的尾端進行四次調整，其實際調整的高度分別是1mm、0.5mm、0mm、-0.5mm、-1mm。此時主機軸承的負荷分別為：

（1）1軸承在調整1mm時為2.99E+05，0.5mm時為3.08E+05，0mm時為3.17E+05，-0.5mm時為3.26E+05，-1mm時為3.35E+05。

（2）2軸 承 在 調 整 1mm時 為 5.58E+05，0.5mm時 為5.54E+05，0mm時為5.51E+05，-0.5mm時為5.47E+05，-1mm時為5.43E+05。其余的6個軸承也出現了相應的變化，而中間軸在調整1mm時為3.02E+05，0.5mm時為3.49E+05，0mm時為3.96E+05，-0.5mm時為4.43E+05，-1mm時為4.90E+05。

3.2 調整左右高度

通過ANSYS Workbench完成計算后，工作人員在現場施工的過程中，可以結合模型的數據對對主機機的左端進行四次調整，其高度分別是1mm、0.5mm、0mm、-0.5mm、-1mm。此時，主機軸承的負荷分別為：

（1）1軸承在調整1mm時為3.12E+05，0.5mm時為3.14E+05，0mm時 為 3.17E+05，-0.5mm時 為 3.19E+05，-1mm時為3.21E+05。

（2）2軸承在調整1mm時為5.53E+05，0.5mm時為5.52E+05，0mm時 為 5.51E+05，-0.5mm時 為 5.50E+05，-1mm時為5.49E+05。其余的6個軸承也出現了相應的變化，而中間軸在調整1mm時為3.65E+05，0.5mm時為3.80E+05，0mm時 為 3.96E+05，-0.5mm時 為 4.12E+05，-1mm時 為4.27E+05。

4 主機機座調整曲軸拐擋差預報軟件的設計與應用

4.1 軟件的設計原理

結合上文的分析可以發現，對主機機座左右高度調整、首尾高度調整下，會對船舶的很多部件產生直接的影響，每當主機機座的高度提高1mm，拐擋差數值等于1/100mm/mm。就主機機座尾部的高度來說，其與船舶各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，都存在正比例的關系，另外，主機左端底邊的實際高度值，同樣與船舶各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，存在正比例的關系。因此，在現場施工的過程中，工作人員對主機機座左右高度、首尾高度的調整，會對各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，產生一種具有線性疊加特征的影響。安裝主機后，工作人員應該對船舶各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，進行詳細的測量、計算，然后根據廠商所提供的拐擋差范圍對數據進行分析。

如果經過現場施工后，發現各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，超過了廠商規定的范圍，就應該及時調整主機機座的左右高度、首尾高度。調整主機機座的高度后，船舶中各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，可以通過以下的公式進行計算：

基于這一公式的計算，工作人員可以掌握各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，是否處于廠商所提供的合理范圍內，降低了現場施工計算各部分拐擋差的計算難度。

4.2 軟件的設計應用

在設計預報軟件的過程中，工作人員可以運用VB.NET實現對Excel的調用，實現調整主機機座左端底邊、尾端底邊高度后，船舶各缸垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差的快速顯示。就預報軟件在現場施工中的應用來說，其主要發揮兩個模塊的作用，即數據導入模塊、拐擋差計算模塊。其中，前者可以將調整主機機座高度之前，各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差，以及調整后垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差的變化率，導入到Excel中。為了實現數據導入的功能，可以將“Microsoft.Office.Interope.Excel”“Microsoft.Office.Core”添加到VB的程序中。

基于這一前提，工作人員在現場施工的過程中，可以使用鼠標點擊軟件的界面中按鈕“瀏覽”，然后選擇相應的Excel文件，就可以將調整主機機座之前各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差顯示出來，同時程序會對調整高度時垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差的具體變化率進行讀取。當工作人員點擊按鈕“查看”時，系統會將調整主機機座高度之前各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差以及調整后的相應變化率，以Excel表格的形式顯示出來，便于工作人員隨時獲取相關的數據信息。而預報軟件中的拐擋差計算模塊，其在具體的現場施工應用中，可以將主機機座左端底邊、尾端底邊的高度（調整）輸入其中，同時對調整后各缸的垂直平面拐擋差、水平平面拐擋差進行相應的計算、顯示。依據調整后的實際變化率，對需要調整的機座高度進行預估，同時自動輸入到系統中。隨后，工作人員點擊按鈕“計算”，則可以直接將需要調整的具體高度值顯示出來，保證現場施工中對船舶主機曲軸拐擋差調整結果的合理性。

5 結語

綜上所述，對船舶主機曲軸拐擋差的調整，實際上是一個較大的現場施工工程，同時最終的結果也具有一定的偶然性、隨機性，無法保證調整結果的有效性。為了避免這樣的問題，可以設計曲軸拐擋差預報軟件，將其應用在現場施工中，幫助工作人員執行科學的、合理的調整方案，增強曲軸拐擋差調整的有效性。