解析船舶軸系定位中心線測定及工裝設(shè)計(jì)

王靜雯 方磊

1. 江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 上海 201913；

2. 上海中船三井造船柴油機(jī)有限公司 上海 201306

引言

軸系安裝作為船舶工業(yè)設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵構(gòu)成部分，影響著船舶總體設(shè)計(jì)以及建設(shè)水平。定位孔作為軸心安裝期間的重要一環(huán)，在很大程度上影響著軸系安裝的最終成效。所以，相關(guān)的工作人員務(wù)必要強(qiáng)化對(duì)定位孔設(shè)施安裝設(shè)計(jì)工作的探索力度，明晰定位孔的裝配標(biāo)準(zhǔn)、安裝形式以及安裝注意事項(xiàng)，由此提升定位孔裝置安裝的精準(zhǔn)程度以及質(zhì)量水平，提升小型船舶機(jī)械設(shè)施的總體制造水準(zhǔn)。船舶軸系定位工程要求的設(shè)施工裝多且煩瑣，同時(shí)都屬于非標(biāo)產(chǎn)品。伴隨我國信息技術(shù)水平不斷提升，開始步入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，在設(shè)計(jì)小型船舶機(jī)械軸系安裝定位孔設(shè)施期間，通常需要依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)予以輔助執(zhí)行，接著再利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)機(jī)械設(shè)施安裝定位予以操作，如此一來就可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)人力控制出現(xiàn)的不足點(diǎn)，降低人為因素所引發(fā)的偏差，提升設(shè)施安裝的精準(zhǔn)程度，確保定位孔設(shè)施設(shè)計(jì)的科學(xué)性。利用在線檢測非磁性材料的檢測頻率進(jìn)一步評(píng)判自動(dòng)擬合情況，協(xié)助相關(guān)的工作人員迅速、精準(zhǔn)地完成定位孔方位的設(shè)計(jì)以及安裝工作，為將來小型船舶機(jī)械設(shè)施的應(yīng)用以及建造奠定重要基礎(chǔ)。基于此，筆者將進(jìn)一步闡述船舶軸系定位中用光學(xué)儀器法測定中心線工藝及該項(xiàng)所需要的工裝設(shè)計(jì)措施。

1 小型船舶機(jī)械軸系設(shè)計(jì)研究概述及設(shè)計(jì)原理

1.1 設(shè)計(jì)概述

小型船舶機(jī)械軸系即軸承、軸以及其他構(gòu)建的總體稱呼，軸系在船舶機(jī)械體系內(nèi)，發(fā)揮著轉(zhuǎn)矩傳輸、支持零件以及輔助運(yùn)作的效用。船舶機(jī)械設(shè)施內(nèi)的軸系通常包括主軸軸系以及傳動(dòng)軸系部分，其中，主軸在構(gòu)件之中屬于執(zhí)行方，在很大程度上影響著機(jī)械設(shè)施功能的發(fā)揮和設(shè)備運(yùn)作。所以，較之于傳動(dòng)軸，其對(duì)主軸設(shè)計(jì)以及裝配精準(zhǔn)程度的標(biāo)準(zhǔn)較高，在設(shè)計(jì)小型機(jī)械設(shè)備軸系的過程中，通常會(huì)把軸系安置在水線下端，這就導(dǎo)致一些軸系要長期在水體內(nèi)進(jìn)行運(yùn)作，其運(yùn)作環(huán)境的條件不佳，極易產(chǎn)生氧化的問題，不僅如此，在工作期間，也常常會(huì)遭到船體裝載以及變形等因素的不良影響，其受力狀態(tài)不均衡，從而縮減軸系的應(yīng)用周期。所以，在設(shè)計(jì)軸系期間，相關(guān)的工作人員務(wù)必要對(duì)小型船舶機(jī)械設(shè)施的應(yīng)用環(huán)境以及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)予以細(xì)分化，明晰影響軸系順利應(yīng)用的多方面因素，同時(shí)采取針對(duì)性的措施予以防范，確保軸系裝置能夠順利運(yùn)作。不僅如此，要求小型船舶機(jī)械設(shè)施的軸系結(jié)構(gòu)契合有關(guān)行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其抗震屬性較強(qiáng)，盡量降低機(jī)械軸系對(duì)船體變形的影響程度，從而需要保證設(shè)備擁有較佳的密封效果[1]。

1.2 設(shè)計(jì)原理

伴隨我國技術(shù)水平不斷提升，諸多新型化的材料以及設(shè)施被運(yùn)用至小型船舶機(jī)械設(shè)施之中。現(xiàn)如今，小型船舶機(jī)械軸系會(huì)采取輕量的碳纖維復(fù)合非磁性材料，該材料能夠減小小型船舶機(jī)械設(shè)備的重量，提升機(jī)械設(shè)備的靈活程度，延續(xù)它的投入運(yùn)作周期。不過，在采用碳纖維復(fù)合材料期間，超聲波定位常常會(huì)給材料的性能帶來諸多不利的影響。所以，相關(guān)的工作人員需要采取磁場定位手段完成小型船舶機(jī)械軸系安裝定位孔的連接以及安裝工作，通過埋孔連接定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，如此一來，可以大幅度地提升小型船舶機(jī)械軸系定位孔加工的精準(zhǔn)程度以及品質(zhì)水平，防止定位孔方位偏離引發(fā)的不良問題，小型船舶機(jī)械設(shè)備定位孔設(shè)計(jì)和應(yīng)用的成效。一般狀況下，相關(guān)的工作人員需要把船舶機(jī)械軸系的安裝結(jié)構(gòu)劃分成內(nèi)側(cè)以及外側(cè)，定位孔的裝配環(huán)節(jié)一般就是在內(nèi)側(cè)工件上進(jìn)行。在對(duì)接定位期間，要求相關(guān)的工作人員在內(nèi)側(cè)工件的埋孔中裝配一定的柱型永磁體，然后再利用磁性傳感器對(duì)外側(cè)工件外表層的磁場強(qiáng)度予以核查。除此之外，相關(guān)的工作人員還能夠相應(yīng)地通過檢測頻率的變化值評(píng)估小型船舶機(jī)械軸系安裝定位孔的實(shí)際方位，最終提升定位孔設(shè)計(jì)方位的精準(zhǔn)程度以及合理程度。

2 船舶軸系定位中心線測定

2.1 用光學(xué)法建立軸系理論中心線

軸系理論中心是在船舶設(shè)計(jì)過程中所確定的軸系中心線，是船舶設(shè)計(jì)與安裝的基準(zhǔn)，能夠?yàn)榇暗闹鳈C(jī)安裝、軸承安裝、軸系安裝提供中心線標(biāo)準(zhǔn)，確保軸系安裝不偏離中心線位置。在船舶設(shè)計(jì)過程中，通常采用光學(xué)法建立軸系理論中心線[2]，軸系布置圖如圖1所示。

圖1 軸系布置圖

軸系理論中心線的測量流程如下：

第一，采用標(biāo)尺調(diào)整基準(zhǔn)標(biāo)靶高度，并且鎖緊基準(zhǔn)標(biāo)靶；

第二，采用激光經(jīng)緯儀建立軸系理論中心線，首先將激光經(jīng)緯儀固定于三腳架上，調(diào)整激光經(jīng)緯儀的水平位置，確保激光經(jīng)緯儀處于水平；將激光經(jīng)緯儀的光斑落在基線上，利用光斑測量軸系位置，通過調(diào)節(jié)確保標(biāo)靶十字中心位置與光斑重合，調(diào)整經(jīng)緯儀高度，令激光通過基準(zhǔn)點(diǎn)的十字中心，所得到的激光即為軸系理論中心線。在確定軸系理論中心線后，以此為依據(jù)，定位船舶的其他軸系設(shè)備，控制相關(guān)設(shè)備的左右位置、上下高度等參數(shù)，確保軸系設(shè)備安裝符合船舶需求。

2.2 使用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行尾軸管的定位

采用激光經(jīng)緯儀定位尾軸管，確定尾軸管的安裝工藝以及安裝位置。船舶尾軸管通常由軸承殼體和尾管構(gòu)成。采用激光經(jīng)緯儀定位尾軸管并且安裝尾軸管的工藝流程如下：

第一，裝備光靶，將光靶零件按照?qǐng)D2所示進(jìn)行裝備，將靶心裝入靶體后，安裝在光靶調(diào)整架上，調(diào)整靶心的位置，為后續(xù)的測量提供條件；

第二，在尾軸管前后軸承位安裝光靶，首先在船舶尾管處設(shè)置十字線，并且標(biāo)號(hào)確定為軸，在尾軸管前后軸承位上各安裝一只光靶，利用角尺檢查靶心端面和尾管端面的水平位置，控制尾管軸線的垂直線，調(diào)整光靶使之與尾管軸承位孔同軸，其水平偏差控制在0.1mm以內(nèi)；

第三，安裝尾軸管并且調(diào)整，將尾軸管裝配后整體上船，按照定位明確尾管位置，并且根據(jù)軸系理論中心線進(jìn)行調(diào)整，對(duì)尾軸管的上下位置以及左右位置進(jìn)行調(diào)整，按照先遠(yuǎn)后進(jìn)的方式進(jìn)行調(diào)整，確保其與軸系理論中心線偏差在1mm以內(nèi)，調(diào)整后進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查尾管和支撐套內(nèi)壁之間的間隙以及中心位置，檢查后固定尾軸管。尾軸管安裝的方法包括焊接法、環(huán)氧樹脂粘接法和壓入法，通常采用環(huán)氧樹脂粘接法進(jìn)行固定，該方法粘接強(qiáng)度高，尾軸管固定性好[3]。

圖2 光靶零件及裝配示意圖

3 船舶主機(jī)與軸系安裝項(xiàng)目工藝裝備設(shè)計(jì)與應(yīng)用

為了滿足船舶軸系定位測定的需求，按照以下流程進(jìn)行工藝裝備設(shè)計(jì)和安裝：

第一，光靶與調(diào)整架的設(shè)計(jì)，光靶主要包括靶心、靶體構(gòu)成，將靶心裝入靶體內(nèi)，并且根據(jù)光靶的需求設(shè)計(jì)調(diào)整架，調(diào)整架應(yīng)該滿足光靶調(diào)整的需求，確保光靶靶心的有機(jī)玻璃十字架和基準(zhǔn)點(diǎn)重合；

第二，尾管和調(diào)整支架的設(shè)計(jì)，根據(jù)船舶設(shè)計(jì)的需求設(shè)計(jì)加工尾管，同時(shí)設(shè)計(jì)支撐調(diào)整尾管的調(diào)整支架，通過螺釘調(diào)節(jié)尾軸管的上下和左右的位置。將工藝裝備與電腦相連接，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別圖像，為位置調(diào)整提供參考。

在實(shí)際的應(yīng)用中，接受光靶測量中心點(diǎn)后，由計(jì)算機(jī)接入激光束中心的測量，并且自動(dòng)測量中心點(diǎn)的偏差值。屏幕上顯示偏差值，為船舶軸系緊缺安裝提供依據(jù)。相比于傳統(tǒng)的軸系中心線測量工藝，采用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行定位，具有高效、精準(zhǔn)的特征。采用這種方式進(jìn)行定位，能夠減少不良對(duì)中帶來的不良震動(dòng)，避免產(chǎn)生異常荷載，為船舶的持續(xù)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。從當(dāng)前的船舶軸系安裝來看，激光經(jīng)緯儀已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軸系設(shè)備和尾軸管的定位和安裝中，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，小型船舶機(jī)械軸系安裝定位孔裝置的設(shè)計(jì)從整體上來看能夠?qū)Χㄎ豢椎臄?shù)據(jù)進(jìn)行精確的記錄，并檢測柱型永磁體的狀態(tài)，有效減少定位孔以及軸系安裝的環(huán)節(jié)和復(fù)雜程度，提高設(shè)備安裝質(zhì)量，減少失誤問題，保證船舶航行的安全性和可靠性。小型船舶機(jī)械軸系安裝定位孔裝置的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著機(jī)械軸系的功能是否能夠得到正常穩(wěn)定的發(fā)揮，所以需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)械軸系安裝定位孔裝置設(shè)計(jì)工作的研究與重視，開發(fā)設(shè)計(jì)小型船舶的機(jī)械軸系并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)，保證小型船舶電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用效果，提升小型船舶機(jī)械軸系安裝定位孔裝置的精準(zhǔn)度。