高速快艇推進軸線偏心修復及成因分析

2010-07-30 09:02:50許建華

中國修船 2010年3期

許建華,陳平

(1.凱靈船廠,浙江舟山 316000;2.浙江國際海運職業技術學院,浙江舟山 315021)

0 前言

某艇是我國南方著名造船廠剛建造約一年的新船,推進軸采用整根細長軸結構,兩邊各設置兩套艉軸托架,采用整鑄式橡皮軸承,推進器和聯軸器與軸聯接都采用比較先進的無鍵液壓過盈方法,艉軸密封采用機械密封式裝置,主機為兩臺 360 kW的美國卡特比勒 (CATERPILLAR)柴油機,在聯軸器和柴油機機座前后各裝有兩個上下可調的減振器,每臺共 8只,由于減振器不能夠承受軸向推力,在聯軸器底座后約 2 cm處,左右各焊有止退擋板。

1 測量檢查

在年度塢保時船方反映,航行中站在船后甲板上,振動比較厲害,對推進軸各軸承間隙用塞尺進行檢查,發現前托架軸承間隙和艉軸承間隙都意外超標,最大單邊間隙達 7 mm。然后決定擴大修理范圍,對軸承中心線進行校中檢查。

軸系的柔性可用柔性系數 k來表示:

式中:l=L0/3為 3個相鄰軸承距之平均值;L0為軸系總長,取該軸系中最短者,cm;d,D為空心軸之內外徑,cm;γ為材料密度,7.8 g/cm3;E為彈性模數,2.1×106kg/cm2。

從柔性系數 k的表達式來看,為了增加柔性,需加大軸承間距和減少軸的直徑,而高速快艇的實際情況是艉軸的直徑一般小于 85mm,而長度卻達6～7m以上,而且軸承間距也很大,所以柔性似乎已經不小,由于軸系有幾個支點,構成一個靜不定系統,所以單以軸端法蘭對中來找正軸系中心是很不合理的,因為無法了解整個軸系的曲折程度,調整也就非常困難。因而我們采用軸系拉線定位安裝法,而廢除了舊的法蘭對中定位安裝法。實踐證明是可行的和必要的。

1)拉線目的。

(1)確定主機是否移動。

(2)機座是否需要矯正。

(3)托架是否需要矯正。

(4)艉軸管是否移動。

(5)檢查傾斜角 α,偏斜角 β。

(6)主機墊片厚度是否符合要求。

2)拉線步驟。

軸系長度小于 15 m時,常用拉鋼絲線的方法來確定理論中心線[1]。前端以主機離合器的聯軸節為中心,后端以后托架后端孔為中心,此兩點作為拉線基準點,見示意圖 1。

圖1 用拉線法確定理論中心線示意圖

(1)制作與聯軸器法蘭相匹配的對應法蘭盤,中間用 D0.5 mm鉆頭打一小孔,在法蘭盤邊沿處用直角尺 (也可以垂直焊上一根長 350mm角鐵簡便代替,并在 300 mm處作記號,以便測量),有條件的可安裝低電壓接觸發光磁性吸附螺旋直角微調儀。

(2)用 D0.5mm的鋼絲穿過法蘭盤中間小孔,一頭綁上一個 M5的螺母,以固定鋼絲一頭。把法蘭盤用螺釘與聯軸器法蘭相連接,另一頭穿過軸承孔至可移動滑輪處,下面吊 25 kg重塊。如圖 1所示。

(3)調節可移動滑輪架上下、左右位置,用內卡測量托架后端與鋼絲線的上下、左右值,使其差值盡量接近于零。盤動柴油機,使 350 mm長角鐵在上下、左右位置時,分別檢查鋼絲與聯軸節端面之不垂直度應不大于 0.18 mm/m[2]。沒達到要求可適當調整可移動滑輪架,來滿足上述要求(上下另需進行撓度修正0.08mm)。然后測量記錄各道軸承兩端上下、左右數值。

3)測量結果。

撓度計算公式[3]:

式中:ρ為鋼絲單位長度的質量,g/m(直徑為0.50 mm時,ρ=1.54 g/m);m為掛重質量,kg。

根據公式計算各點鋼絲下垂量如表 1所示。

表1 各點鋼絲下垂量 mm

測量顯示,兩邊所有軸承孔左右最大偏差沒超過 1 mm,都符合使用要求,其中一根右軸承孔上下偏差最大,測量記錄如表 2所示 (數值已經超過撓度修正)。

表2 右軸上下中心偏差值 mm

按照上下偏差繪制曲折圖如圖 2。

圖 2 右軸上下中心線曲折圖

2 修理過程

由于使用時間較短,對該軸的 3處軸銅套測量、檢查,都符合使用標準,決定不予更換。在專用車床上對軸進行了校直。前托架和艉軸管左右整鑄式橡皮軸承,參照表 4修理規范標準,都需換新。

為了使軸系同軸度符合要求,一般有 4種修理方法[4]。

1)采用車削偏心艉軸承的方法,來改變軸中心線位置。整鑄式橡皮軸承鑄銅襯套極限厚度為0.018d+4.5 mm。其中 d為艉軸直徑。

2)采用鏜削艉軸管的方法,來改變軸中心線位置。艉軸架殼孔壁厚極限為 0.30d。其中 d為艉軸直徑。

3)當同軸度誤差過大,偏心鏜削的方法不能使軸線找正時,則應該改變主機的位置,使曲軸中心線與軸心線對準。

4)采用以上 3個方法綜合應用。

對照本案,根據工程量和可實施情況,我們選用了比較簡單的第一種方法。

經過測量,原來橡皮銅套外徑 D=140 mm,銅套壁厚 =10mm。本例最大中心偏差為 3.6 mm,銅套極限厚度經過計算應大于 5.94 mm,3.6+5.94=9.54mm＜10 mm,壁厚車偏心后能夠消除偏差。因此新艉軸銅套外徑澆鑄后 D=140+7.2,取 D=150 mm;前托架銅套外徑澆鑄后 D=140+3.8;取 D=145 mm;前托架銅套加工偏心值取(1.6+1.9)/2=1.75 mm;艉軸銅套加工偏心值取 (3.6+3.2)/2=3.4mm;車削加工時外徑公差可參照表 3,盡量接近下公差,以利于安裝,銅套外圓表面粗糙度 Ra=1.6μm。橡膠內圓面可在車床上用砂輪磨至 d=80.18～80.30 mm(可參照表4)[5]。