同心度測量儀在船舶檢驗中的應用

胡長太，吉森林

(南京金陵船廠有限公司，江蘇南京210015)

0 引言

根據美國環保署VGP(2013)要求，從2013年12月19日起，進入美國水域船長大于等于24 m(約79 in)的所有商船，在其油水界面均需使用環保油。對于艉管密封，若采用油潤滑系統，則艉管滑油必須采用環保油。船舶使用環保油后，多家船廠出現艉管軸承高溫，甚至軸承燒傷的情況。

業界對于軸承高溫原因尚未形成一致意見，軸系設計、安裝工藝、校中工藝、精度控制以及油品特性等都有可能造成軸承高溫。本文選取通過提高艉軸承同心度精度的方法來避免軸承高溫現象的產生，在分析對比拉線測量和激光同心度測量儀特點后，認為選用激光同心度測量儀可以提高艉軸承同心度精度以避免出現軸承高溫現象。經散貨船、集裝箱船、貨滾船使用后驗證，均未發生軸承高溫現象。

1 傳統拉線測量法

1．1 傳統拉線測量法的特點

拉線法是艉管同心度傳統的測量方法，它的優點如下:

(1)測量工裝簡單，只需提供靶架、靶心、鋼絲、內徑千分尺等工具便可測量。

(2)測量方法比較直觀、容易理解。

(3)測量范圍適用各種尺寸的艉管。

(4)測量精度受鋼絲擾度和人為因素影響較大，因此對測量者的操作水平要求較高，同時還需測量者通過計算公式算出測量位置鋼絲線的下垂量。

1．2 計算方法

在測量時，豎直方向的同軸度受到下垂量的影響，水平方向的同軸度不受下垂量影響。

(1)豎直方向的同軸度=(上方數據－下方數據)/2－下垂量。

下垂量用A表示，其計算公式如下:

式中:A為下垂量，mm;K為修正系數，mm·kg/m;X為測量點距離零點的距離，m;L為2個零點的距離，m;G為掛重的質量，kg。(2)水平同軸度=(左舷數據－右舷數據)/2。將艉管每個測量位置的數據填入匯總表內，從而得到整個艉管的同心度情況。

某船艉軸管前、后軸承鏜孔后數據測量示意圖如圖1所示。

1．3 拉線測量法造成的誤差

(1)鋼絲有繞度，具體的繞度值因鋼絲材質、鋼絲直徑、鉛垂力等因素不同而不同。特別是在貨滾船長軸系測量過程中，繞度的誤差更加明顯。

(2)螺旋測微器的手感因不同的操作人員手感差距較大。

(3)鋼絲必須拉在柴油機輸出端和鑄鋼件外端的中心，這本身就有誤差，而且也很費時間。

因此，使用拉線測量方法難免會出現上述誤差，最終導致一些軸承產生高溫甚至燒損的情況。

2 激光同心度測量儀的特點

為了避免上述誤差，引進了瑞典生產的激光同心度測量儀。它的特點是:測量方法比拉線法更簡單，標準操作流程，每個點只需測量3個數據就可得出圓心實際位置;測量精度高，可達0．001 mm，且測量距離最大能達40 m，并不受繞度和人為因素的影響;測量結果不需計算，直接在顯示器里自動生成;數據的提取非常容易。

圖1 某船艉軸管前、后軸承鏜孔后數據測量示意圖(單位:mm)

3 同心度測量儀在船舶建造時的應用

根據測量程序及精度控制要求，特制定測量實施流程。實施流程如圖2所示。

圖2 測量的實施流程

3．1 測量前的要求及準備

為了確保測量數據的準確性，首先要避免在溫差變化較大的情況下開展測量工作，應盡量選擇在夜間或陰天進行;其次由于此設備精度達到0．001 mm，所以還需清潔測量位置;最后在架設設備測量前還需對發射器、接收器、顯示器等測量附件進行檢查。

3．2 測量表的制作

測量表的制作相當于測量前的策劃方案，需要根據軸系布置和設計的形式確認測量多少個點以及每一個測量點距發射器的距離。

(1)后軸承加工前，以艉軸承的首部和尾部為首尾靶心進行測量。其首、尾靶心的確定見圖3。

圖3 加工前艉軸承首、尾靶心的確定(單位:mm)

(2)后軸承加工完畢且應力消除后，再次以艉軸承的首部和尾部為首、尾靶心進行測量。

(3)鏜孔結束和軸承壓裝后，分別以前艉管座首部為首靶心，后軸承尾部位置為尾靶心進行測量。其同心度測量如圖4所示。

圖4 鏜孔和軸承壓裝后同心度測量

3．3 測量時的設備安裝及數據采集

(1)測量時需要兩人配合，一人操作。首先對激光發射器進行架設和調整;然后將激光發射器通過三爪盤吸附在圓外孔上，通過位移按鈕和角度按鈕將激光大致調整在圓中心即可，這樣可以保證在測量每個孔時接收器能完全接收到激光。同心度測量儀的安裝示意圖如圖5所示。

圖5 同心度測量儀的安裝

(2)測量時只需將接收器在每個測量位置采集用于確定1個圓的3個數據，如圖6中的A，B，C 3點，即可得出圓心O位置。依次測完每個孔的圓心位置，通常以首尾2個點為基準點，即可得出其他點相對于首尾2個圓心連成的基準線偏差值。具體測量的數據和分析如圖7所示。

圖6 每個測量位置采集3個數據

圖7中的數據可以清晰看出每個測量位置的高低方向、左右方向的偏差量和偏差方向。從圖形可以看出軸孔變化趨勢，同時顯示出它的直觀性強，消除了傳統內徑千分尺的手感誤差。測量艉管時，只需把激光調整為理論中心線(即激光穿過首基點和尾基點)，每個點測量的圓心位置即是實際該軸承孔圓心相對于理論中心線高低和左右的偏差。

圖7 測量的數據和分析圖

3．4 測量數據應用

測量完畢后可以自動生成報表，根據報表里的數據進行分析并及時進行相應的調整和處理。

(1)根據測量艉管前、后軸承位置的同心度結果，可以完善施工工藝，確保施工精度。

(2)根據測量結果，可以確定是否需要對軸承的斜度進行補償。

(3)根據測量結果，可以優化軸系校中工藝，盡量降低艉管后軸承上的負荷。

4 結語

從上文分析可知，避免軸承高溫，必須提高軸系安裝精度。通過前期的測量制定出詳細的工藝以及在安裝過程中的嚴格控制精度等工作，最終可使軸系的安裝精度達到設計的要求，從而避免軸承高溫。在散貨船、集裝箱船及長軸系的貨滾船等實船建造時使用同心度測量儀監控艉軸管同心度4年期間證明，所造的船從未發生軸承高溫的問題，降低了船舶建造企業生產成本，提高了生產效率，更為后期船舶建造積累了寶貴的經驗。

［1］ 吳道娟，張云軍．淺析軸系校中過程中的幾個關鍵點［J］．江蘇船舶，2017，34(2):19-21．