船舶軸系失中的原因分析及修理方案

歐海真　楊勝強

摘 要：船舶軸系設計的理論中心線是指導軸系敷設的理論依據，然而船舶在建造、航行過程中會因為外界或人為因素導致船舶軸系的實際中心線與理論中心線發生較大偏離，通常我們稱這種現象為軸系失中。一旦出現這種軸系失中，將會導致軸系振動加劇，各軸承負荷改變甚至燒毀，最終使船舶失去動力而無法航行。本文分析了造成船舶軸系失中的原因，并提出了對失中后的軸系進行修復的方案，從而為船舶的航行安全和船員的生命安全提供有力保障。

關鍵詞：軸線失中原因；校中敷設；修理方法

中途分類號：U664.2 文獻標識碼：A

1 軸系失中的影響因素

船舶軸系的尺寸大、重量大、長度長，在自重及支撐的作用下會產生一定的彎曲變形；同時，軸系在運轉情況下不僅承擔主機輸出的扭力，而且還受到水流對螺旋槳的反作用力；此外，還受到船體變形、船舶振動、主機的頻繁動車、緊急停車和臺風等惡劣海況的影響。這些因素都將成為軸線失中的影響因素。

2 軸系校中的方法

當發現軸系的實際中心線與理論中心線偏差較大時，應采取有效措施進行修復。船廠在實際施工過程中，通常是在不同的階段采用不同的校中方法，如圖1所示為新船建造軸系校中流程圖。

2.1 照光法和拉線法的綜合應用

（1）照光必須按照主機飛輪與中間軸法蘭連接面的直徑大小、螺栓孔中心距及螺栓孔直徑做一個特制的望遠鏡架子，并按照望遠鏡的外徑尺寸制作一根長500 mm的假軸和一個假軸套；

（2）按尾軸承孔的直徑準備2組光靶及2種靶心，并準備準直望遠鏡1臺、0.5 mm鋼絲若干米、特制的劃卡1個、36 V手拉燈2組、磁力百分表2組；

（3）照光前測量主機的拐擋差應在標準范圍內；

（4）照光前機艙內的大型設備必須固定安裝完畢，照光后不得有大型設備和集中負荷的遷移，機艙內、尾尖艙、舵承孔及掛舵臂附近的焊接工程必須結束；

（5）照光時船應在水上處于自由漂浮狀態，并且壓載水不得少于75%。照光檢測和交驗時必須在陰雨天，或晚上8點以后到早上6點之前的夜間進行，避免陽光照射造成船體變形，照光時工作區域不得有震動和敲擊現象存在。

（6）將望遠鏡架子安裝在主機飛輪上，假軸內套裝后用頂絲頂在中心，假軸穿入內套孔內，在假軸的兩端上方支上2組百分表（圖2）；用盤車機轉動主機，檢查假軸上的2組百分表，并用架子上8組頂絲調整軸套使假軸與主機曲軸同心，假軸上的2組百分表最大的跳動量不得超過0.015 mm；將假軸從套管中抽出，換上準直望遠鏡，再一次盤車，用2組百分表校驗一次望遠鏡的外徑的跳動量，不得超過0.015 mm，之后在尾軸管的前后各支上一組光靶，先對前端尾軸管進行照光，調整光靶頂絲，使帶有刻度的靶心上的中心點與望遠鏡中心點重合，此時靶心上的中心點就是該處軸線的中心點；將帶有刻度的靶心輕輕抽出來，換上帶有0.5 mm小孔的測量靶心，用劃卡測量靶心中心點與尾軸管內壁上、下、左、右的距離（圖4），測量的4個點應互成90°。從測量的上下和左右差值，就可確定尾軸管前端的軸線偏差值。再將前端靶心抽出，用同樣的方法即可檢測出尾軸管后端的軸線的偏差。

（7）對軸線偏差太大，需要光車尾軸管內孔來解決軸線偏差時，應將光靶移到尾軸管的外面，先在尾軸管的前后端距端面500 mm左右，各焊上一組高度合適的光靶支架，將光靶支上（圖5）。按上述同樣的方法，對尾軸管前后光靶進行照光，將尾軸管前后端的軸線中心在光靶上找出；將帶刻度的靶心抽出，更換兩個帶0.5 mm小孔的測量靶心，通過兩個靶心小孔拉出一條0.5 mm粗的鋼絲線，線頭一端固定在支架上，另一端按鋼絲粗細掛上重物T，T按表1選取；在尾軸管的前后端面上、下、左、右互成90°，各焊上4組基準點，按鋼絲線調整基準點，使每一端面的4各基準點與鋼絲的距離相等，誤差不得超過0.05 mm，最后基準點應用電焊焊牢。但是在調整基準點距離時，在上、下要考慮鋼絲的下沉量，即鋼絲距上基準點應減去下沉量Δ值，鋼絲線距下基準點應加上下沉Δ值。鋼絲下沉量計算公式如下：

（8）照光檢查或拉線做基準點自檢合格后，交船東和驗船師驗收。

2.2 平軸法校中軸線偏差要求

（1）用軸系照光或平軸法測量，軸線總偏差合乎表2規定者，均為合格；

（2）表2中L計算為軸系受連接偏中影響后彎曲部分長度，如圖7所示。在主機安裝時，應按表2值縮小50%。

①軸系中心允許總偏差，按下列公式計算：

當ψ總 =0時，δ總=5.2×10-3×L2計算/d （2）

當δ總=0 時 ，ψ總=7.8×10-3×L計算/d （3）

式中：ψ總—軸系中心線總曲折值，mm/m；

δ總——軸系中心線偏移值，mm；

②根據L計算和軸徑，查表2（或者計算）找出δ總和ψ總，按這二個數值，作出ψ總—δ總的座標三角形（圖8）。

如測得軸系總偏差值ψA—δA在陰影部分的交點A處，則ψA—δA為合格。反之，如圖8中B點，雖然ψB和δB單獨看小于δ總和ψ總，但它們的交點則處在陰影三角形之外，則軸線ψB—δB是不合格的。

③ 如果軸系總偏差按表 2中規定有所超過，尚可按負荷法和計算法來交驗。

3 軸系失中的修理

對軸線總偏差超差太大時，經驗船師同意后，可采取以下方法進行修理：

（1）根據軸線的偏移方向和尺寸，可將尾軸管內徑焊補“長肉”，重新光車尾軸管，糾正軸線的偏差；

（2）如果用軸承內徑車偏心來彌補中心線的偏差時，光車內孔除了考慮軸線的偏差，還要考慮軸線抬高軸承間隙的1/2；

（3）在萬不得已時，還可以移動主機位置來糾正軸線偏差；

（4）軸系各法蘭校中要求：

① 對軸系各法蘭校中安裝時，各法蘭應合乎表3規定；

②中間軸相鄰法蘭的偏移和曲折值，均可參照尾軸和相鄰中間軸法蘭的要求稍許降低，各中間軸法蘭的△與ψ值，基本上是平均分配，但靠近軸系中間部分的法蘭要求尚可相應降低些，但△=0時應ψmax≤0.60 mm/m；

③無論用何方法校中和交驗軸系，在曲軸最后一道拐擋差允許范圍之內，推力軸軸心線（電機軸或齒輪軸）應比曲軸軸心低0.05～0.10 mm，且曲軸法蘭與推力軸法蘭的曲折值不大于0.10 mm/m （排除大飛輪重量的影響）；

④當軸徑D>400 mm時，各法蘭的曲折值按表3的75%執行；

⑤修理船舶軸系的某項質量指標略有超過上述規定值，如果船舶軸系運營正常（不過熱、不振動等），則允許繼續使用。

（5）軸承負荷調整

①參數

油頂面積：S2=d02×π/4 （cm2），d0為油泵注塞直徑（cm）；

中間軸直徑：d1按圖紙尺寸或實測（cm）；

中間軸承寬度：H按圖紙尺寸實測（cm）；

設計中間軸承負荷：F按船方提供資料（kg）；

設計中間軸承每 cm2所能承受的負荷：P0按船方提供資料（kg）；

測量位置距離：L按船方提供資料（mm）。

②計算

中間軸承投影面積：S1=d1×H（cm2）；

軸承每平方厘米所承受的負荷：P0=F/S1（kg）；

軸承負荷：P0×S1（kg）；

油泵頂升壓力：P1=F/S2（kg/cm2）。

③準備工作

·大于軸承設計負荷F油頂1個、相應油管一根、大于頂升壓力P1的手動油泵1臺、壓力表一只、百分表一只和磁力表座一套；

·制作高度合適的支架1個；

·負荷找正座標紙若干；

·機艙內所有能產生震動的工作停止；

·按規定的位置和L距離，將油頂支架上方調到0位。

④負荷試驗

頂升過程

· 頂升高度按軸承間隙的50%～60%進行；

·油泵緩緩泵油，觀察百分表，壓力每升高20 kg記錄一次所對應的百分表升高值，當壓力達到60 kg后，壓力再每提高10 kg記錄一次相對應的高度值（圖10），直到規定的頂升高度；

回落過程

·當頂升到位后，停留5分鐘穩定一下，再做回落試驗；

·控制泄油閥，按頂升的各壓力點進行回落，記錄相對應的百分表下降數值。

做頂升和回落軌跡圖

·在座標紙上，描繪上升和回落軌跡，分別將上升和回落軌跡按直線部分連接起來，并延長相交到零位線上的P2和P3點上；

·實際軸承承受的負荷壓力值：P1=（P2+P3）/2 （kg/ cm2）

如果測得壓力P1過高或過低，均應用軸承底座墊調整，P1過高應減薄座墊厚度，過低則增加座墊厚度。

⑤交驗

頂升和回落合格后，將軸承底座把牢，請船東和驗船師到場，作頂升回落負荷交驗；

頂升壓力P1（和負荷F）允許誤差±10%。

4 結束語

本文針對造成船舶軸系失中的原因以及對失中后的軸系進行修復的方案進行探討，其中一些方法是作者在實踐過程中心得體會，各位同行可根據本廠的實際情況對校中過程進行改進。

參考文獻

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