解析船舶軸系定位中心線測定及工裝設計

王靜雯 方磊

1. 江南造船（集團）有限責任公司 上海 201913；

2. 上海中船三井造船柴油機有限公司 上海 201306

引言

軸系安裝作為船舶工業設計制造的關鍵構成部分，影響著船舶總體設計以及建設水平。定位孔作為軸心安裝期間的重要一環，在很大程度上影響著軸系安裝的最終成效。所以，相關的工作人員務必要強化對定位孔設施安裝設計工作的探索力度，明晰定位孔的裝配標準、安裝形式以及安裝注意事項，由此提升定位孔裝置安裝的精準程度以及質量水平，提升小型船舶機械設施的總體制造水準。船舶軸系定位工程要求的設施工裝多且煩瑣，同時都屬于非標產品。伴隨我國信息技術水平不斷提升，開始步入互聯網時代，在設計小型船舶機械軸系安裝定位孔設施期間，通常需要依托于計算機技術予以輔助執行，接著再利用計算機軟件對機械設施安裝定位予以操作，如此一來就可以彌補傳統人力控制出現的不足點，降低人為因素所引發的偏差，提升設施安裝的精準程度，確保定位孔設施設計的科學性。利用在線檢測非磁性材料的檢測頻率進一步評判自動擬合情況，協助相關的工作人員迅速、精準地完成定位孔方位的設計以及安裝工作，為將來小型船舶機械設施的應用以及建造奠定重要基礎。基于此，筆者將進一步闡述船舶軸系定位中用光學儀器法測定中心線工藝及該項所需要的工裝設計措施。

1 小型船舶機械軸系設計研究概述及設計原理

1.1 設計概述

小型船舶機械軸系即軸承、軸以及其他構建的總體稱呼，軸系在船舶機械體系內，發揮著轉矩傳輸、支持零件以及輔助運作的效用。船舶機械設施內的軸系通常包括主軸軸系以及傳動軸系部分，其中，主軸在構件之中屬于執行方，在很大程度上影響著機械設施功能的發揮和設備運作。所以，較之于傳動軸，其對主軸設計以及裝配精準程度的標準較高，在設計小型機械設備軸系的過程中，通常會把軸系安置在水線下端，這就導致一些軸系要長期在水體內進行運作，其運作環境的條件不佳，極易產生氧化的問題，不僅如此，在工作期間，也常常會遭到船體裝載以及變形等因素的不良影響，其受力狀態不均衡，從而縮減軸系的應用周期。所以，在設計軸系期間，相關的工作人員務必要對小型船舶機械設施的應用環境以及應用標準予以細分化，明晰影響軸系順利應用的多方面因素，同時采取針對性的措施予以防范，確保軸系裝置能夠順利運作。不僅如此，要求小型船舶機械設施的軸系結構契合有關行業的相關標準，其抗震屬性較強，盡量降低機械軸系對船體變形的影響程度，從而需要保證設備擁有較佳的密封效果[1]。

1.2 設計原理

伴隨我國技術水平不斷提升，諸多新型化的材料以及設施被運用至小型船舶機械設施之中。現如今，小型船舶機械軸系會采取輕量的碳纖維復合非磁性材料，該材料能夠減小小型船舶機械設備的重量，提升機械設備的靈活程度，延續它的投入運作周期。不過，在采用碳纖維復合材料期間，超聲波定位常常會給材料的性能帶來諸多不利的影響。所以，相關的工作人員需要采取磁場定位手段完成小型船舶機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的設計及應用，如此一來，可以大幅度地提升小型船舶機械軸系定位孔加工的精準程度以及品質水平，防止定位孔方位偏離引發的不良問題，小型船舶機械設備定位孔設計和應用的成效。一般狀況下，相關的工作人員需要把船舶機械軸系的安裝結構劃分成內側以及外側，定位孔的裝配環節一般就是在內側工件上進行。在對接定位期間，要求相關的工作人員在內側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外側工件外表層的磁場強度予以核查。除此之外，相關的工作人員還能夠相應地通過檢測頻率的變化值評估小型船舶機械軸系安裝定位孔的實際方位，最終提升定位孔設計方位的精準程度以及合理程度。

2 船舶軸系定位中心線測定

2.1 用光學法建立軸系理論中心線

軸系理論中心是在船舶設計過程中所確定的軸系中心線，是船舶設計與安裝的基準，能夠為船舶的主機安裝、軸承安裝、軸系安裝提供中心線標準，確保軸系安裝不偏離中心線位置。在船舶設計過程中，通常采用光學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，采用標尺調整基準標靶高度，并且鎖緊基準標靶；

第二，采用激光經緯儀建立軸系理論中心線，首先將激光經緯儀固定于三腳架上，調整激光經緯儀的水平位置，確保激光經緯儀處于水平；將激光經緯儀的光斑落在基線上，利用光斑測量軸系位置，通過調節確保標靶十字中心位置與光斑重合，調整經緯儀高度，令激光通過基準點的十字中心，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，定位船舶的其他軸系設備，控制相關設備的左右位置、上下高度等參數，確保軸系設備安裝符合船舶需求。

2.2 使用激光經緯儀進行尾軸管的定位

采用激光經緯儀定位尾軸管，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成。采用激光經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，將光靶零件按照圖2所示進行裝備，將靶心裝入靶體后，安裝在光靶調整架上，調整靶心的位置，為后續的測量提供條件；

第二，在尾軸管前后軸承位安裝光靶，首先在船舶尾管處設置十字線，并且標號確定為軸，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；

第三，安裝尾軸管并且調整，將尾軸管裝配后整體上船，按照定位明確尾管位置，并且根據軸系理論中心線進行調整，對尾軸管的上下位置以及左右位置進行調整，按照先遠后進的方式進行調整，確保其與軸系理論中心線偏差在1mm以內，調整后進行檢查，重點檢查尾管和支撐套內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、環氧樹脂粘接法和壓入法，通常采用環氧樹脂粘接法進行固定，該方法粘接強度高，尾軸管固定性好[3]。

圖2 光靶零件及裝配示意圖

3 船舶主機與軸系安裝項目工藝裝備設計與應用

為了滿足船舶軸系定位測定的需求，按照以下流程進行工藝裝備設計和安裝：

第一，光靶與調整架的設計，光靶主要包括靶心、靶體構成，將靶心裝入靶體內，并且根據光靶的需求設計調整架，調整架應該滿足光靶調整的需求，確保光靶靶心的有機玻璃十字架和基準點重合；

第二，尾管和調整支架的設計，根據船舶設計的需求設計加工尾管，同時設計支撐調整尾管的調整支架，通過螺釘調節尾軸管的上下和左右的位置。將工藝裝備與電腦相連接，能夠準確地識別圖像，為位置調整提供參考。

在實際的應用中，接受光靶測量中心點后，由計算機接入激光束中心的測量，并且自動測量中心點的偏差值。屏幕上顯示偏差值，為船舶軸系緊缺安裝提供依據。相比于傳統的軸系中心線測量工藝，采用激光經緯儀進行定位，具有高效、精準的特征。采用這種方式進行定位，能夠減少不良對中帶來的不良震動，避免產生異常荷載，為船舶的持續運行打下基礎。從當前的船舶軸系安裝來看，激光經緯儀已經廣泛地應用于軸系設備和尾軸管的定位和安裝中，具有良好的經濟效益和應用前景[4]。

4 結束語

綜上所述，小型船舶機械軸系安裝定位孔裝置的設計從整體上來看能夠對定位孔的數據進行精確的記錄，并檢測柱型永磁體的狀態，有效減少定位孔以及軸系安裝的環節和復雜程度，提高設備安裝質量，減少失誤問題，保證船舶航行的安全性和可靠性。小型船舶機械軸系安裝定位孔裝置的設計直接關系著機械軸系的功能是否能夠得到正常穩定的發揮，所以需要加強對機械軸系安裝定位孔裝置設計工作的研究與重視，開發設計小型船舶的機械軸系并進行實驗校驗，保證小型船舶電氣系統結構的穩定性，提高定位系統的設計水平和應用效果，提升小型船舶機械軸系安裝定位孔裝置的精準度。