船舶軸承負荷測量方法研究

左遷

摘要： 本文基于頂升法測量軸承負荷，深入研究了頂升法原理、測量過程、軸承負荷計算、軸承負荷調整和測量誤差分析。詳細闡述了測量步驟及注意事項，總結了計算方法及過程，分析了引起測量誤差的三方面因素，為測量新工藝開發和測量精度提升提供了參考。

Abstract： This article is based on the jacking method to measure the bearing load， and in-depth study? working principle， measuring process， load calculation， load adjustment and measuring error analysis of the jacking method. It described the measuring steps and precautions in detail， summarized the calculation method and process， and analyzed the three factors that cause measuring errors， which provide a reference for the development of new measuring technology and the improvement of measuring accuracy.

關鍵詞： 軸承負荷;頂升法;負荷計算;誤差分析

Key words： bearing load;jacking method;load calculation;error analysis

中圖分類號：U664.33????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0086-02

0? 引言

船舶軸承負荷測量是軸系安裝和檢驗過程中的重要環節，需要測量軸承所承受的實際負荷是否在理論計算允許的范圍之內。目前國內外普遍采用的軸承負荷測量方法有頂升法和電阻應變片法，其中電阻應變片法技術比較復雜，對測試人員技能要求較高，測量成本大且貼片性能對測量結果影響很大;頂升法所需設備簡單，測量原理及過程簡單易學，操作方便靈活，存在測量準備及操作過程較長等缺點。專家學者對以上兩種測量方法都有較多研究，張利軍利用實船，在相同條件下比較分析了兩種測量方法的準確度，結果證明頂舉法測量軸承負荷與電阻應變片法結果近似，能夠滿足國內軸承負荷測量的精度要求[1]，因此實際軸系裝調過程中普遍使用頂升法。

本文基于頂升法測量軸承負荷主要介紹工作原理、測量過程、計算方法及過程、調整過程和測量誤差分析。

1? 工作原理

頂升法設備簡單、操作方便，在傳統方法的基礎上可以利用傳感器技術來提高測量精度。工作原理如圖1所示，當使用傳統頂升法測量軸承負荷時，就是在軸承鄰近的位置下面安裝一個液壓千斤頂，用它將軸緩緩頂起，當軸與軸承完全脫空時，為了獲得有效數據，脫空后仍然繼續將軸再頂起一段高度（此高度必須小于軸承間隙，否則會損傷軸和軸承）[2]。頂起過程中，借助百分表和液壓千斤頂分別測得相應的位移和油壓值并做好記錄。將所測數據輸入專業軟件，做出頂升曲線，根據趨勢線求得平均油壓，利用軸承負荷公式求得測量值。

2? 測量過程

2.1 頂舉前的準備工作

①場地、設備應整潔干凈、視線良好、無安全隱患;

②設計制作千斤頂和百分表安裝支座，千斤頂支座要求有足夠硬度和強度;③在合適位置安裝千斤頂和百分表支座，千斤頂支座安裝位置應能使千斤頂頂頭就近被測軸承安裝，兩支座平面要盡量水平;④百分表和千斤頂量程和精度要滿足測量需要。

2.2 設備安裝過程

千斤頂和百分表的安裝是整個測量過程的重要環節，安裝質量的好壞直接影響測量過程和計算結果，若安裝質量太差將不能獲取有效數據，必須重新安裝。

①千斤頂安裝前要確保液壓油足夠，安裝油缸和頂頭之間的管路要緊密并排空氣，在千斤頂支座上放置液壓千斤頂頂頭，鎖住油路并壓動泵油手柄抬起頂頭柱塞使柱塞圓面的中心和被測軸的最下位置相貼，在軸向上要使頂頭柱塞盡量靠近被測軸承;②使用磁力百分表，將表桿和表座連接好并調整到合適的長度和角度，再將百分表裝到表座孔中并夾緊，利用吊鉛垂線的方法在軸徑上表面畫出橫線，使橫線過頂頭柱塞表面中心與軸最低接觸點的圓周對稱點。將磁力表座在支座上緩慢滑動使百分表觸頭（百分表觸頭應有一定壓縮量）沿著所劃橫線移動，滑動過程中表盤指針將隨之轉動當不再轉動的瞬時立即停止滑動，吸上磁力表座，百分表即裝好。

2.3 測量過程

①頂舉前將百分表指針調零，千斤頂頂頭柱塞面剛好與軸徑相貼，不得使軸有絲毫抬起，千斤頂油壓表讀數應為0MPa。②抬壓千斤頂手柄，使軸徑慢慢升起，頂升過程中認真讀取百分表刻度和對應的和油壓值。通常當軸脫空后仍需繼續頂起一段位移，但此位移必須小于軸承間隙。頂升法不能同時測量多道軸承負荷，只能按順序依次分開測量。頂升過程中百分表表頭應固定不能松動，若松動需重新安裝。頂升過程中軸上不能放置其它重物或受其它約束。③小心謹慎扭動千斤頂泄油手閥，緩慢降低油壓，降壓過程中不斷記錄下降時的位移和油壓，直到千斤頂完全失壓，軸落到原位。整個測量過程，千斤頂操作要穩定連貫，避免忽快忽慢和間隔時間過長，千斤頂的按壓要確保在有效區內能獲得更多的數據。泄油手閥在油壓高時很難控制，需快開快關，反復多次嘗試泄壓。

3? 計算方法及過程

根據測量記錄的數據，繪制頂升曲線圖，找出上升下降有效區，選取有效點，得出有效點對應的函數，利用函數分別求出位移為零時的上行油壓和下行油壓，再求出油壓平均值，油壓平均值乘以油缸柱塞面積乘以重力加速度得出千斤頂負荷，由于頂升位置不同會有不同的頂升系數，最后用頂升系數乘以千斤頂負荷得出軸承負荷。

根據頂升過程中記錄的位移量和頂升油壓繪制頂升曲線如圖2所示，橫坐標為油壓值（MPa），縱坐標為位移量（mm），由于滯后的影響造成下降曲線和上升曲線不重合，因此要求出平均油壓，然后根據公式：

R=KS（Pu+Pd）/2（1）

式中R為軸承負荷，K為頂舉系數，S為千斤頂油缸作用面積（mm2），Pu、Pd分別為上升和下降油壓，單位為MPa。

4? 調整過程

將測量計算后的實際負荷與軸系校中計算書中的軸承負荷進行比較，按照《鋼制海船入級與建造規范》當軸承負荷與規定值的偏差≤20%時，為合格[3]，偏差可用下式計算：d=100%（RM-RT）/RT（2）

式中：d為偏差，RM為實測值，RT為目標值。

當計算出d超過±20%時就必須調整軸承，軸承位移調節量可用公式：

Δs=（RM-RT）/Aij（3）

式中Aij為負荷影響系數;Δs為軸承調節量，注意Δs為正軸承下落，Δs為負軸承上升;

利用扳手調節軸承座調位螺栓，使軸承座在豎直方向移位Δs，移位過程中盡量做到軸承座不左右移動或扭動，為了判斷移位過程是否滿足上述要求可以使用0.05mm 塞尺檢查軸與軸承首、尾端左右兩側縫隙，要求四個位置塞尺的插入深度均應≥30mm;軸承座按要求調整相應高度后，再重復測量過程，計算調整后的軸承負荷，直到軸承負荷滿足要求為止。

5? 測量誤差分析

5.1 千斤頂安裝位置距離規定位置較遠

千斤頂安裝位置離被測軸承較遠時，被頂起時由于軸會彎曲，千斤頂處與軸承處的上升量不同且千斤頂處軸徑上升量大于軸承處軸徑上升量，使得最終繪制的頂升曲線在實際頂升曲線上面，計算出的軸承負荷會過小。

5.2 百分表與軸徑接觸點和千斤頂與軸徑接觸點不在同一軸徑截面內

按照軸系理論，當軸被頂起時會發生微微彎曲，每一軸徑截面的位移都會不同。因此，要求在使用頂舉法測量軸承負荷時應盡量保證百分表與軸徑接觸點和千斤頂與軸徑接觸點在同一軸徑截面內。然而在實測時，大多都是通過人工目測的方式將兩者對齊，使得千斤頂的軸線和百分表的軸線不在同一軸徑截面內，此時百分表測量的位移比實際位移小，繪制出的頂升曲線在實際曲線下面，導致測量值大于實際值。

5.3 頂舉系數使用錯誤

頂舉系數是計算軸承負荷的重要參數，一般在軸系校中計算書中會明確給出某些固定截面處的頂舉系數。但在實際測量中，有時測量人員發現在確定截面處很難安裝千斤頂，所以會把安裝位置選在偏離截面處，如果繼續使用截面處的頂升系數則計算會有一定誤差。因此為了實際工作需要，軸系校中計算書還應當給出頂升系數曲線圖[4]。

6? 結論

軸系安裝與調整是船舶動力裝置裝調的一項重要且復雜的工作，裝調質量直接影響船舶的安全穩定運營。本文對頂升法測量軸承負荷進行了深入研究，包括頂升法原理，測量過程、軸承負荷計算、軸承負荷調整和測量誤差分析。詳細闡述測量步驟及注意事項，總結了計算方法及過程，分析了引起測量誤差的三方面因素，為新測量工藝開發和測量精度提升提供了理論參考。

參考文獻：

[1]張利軍.基于頂舉法的船舶推進軸系負荷測試方法研究[J].機電設備，2014（1）：7-9.

[2]鄭定育.船舶軸系頂舉試驗實踐[J].中國水運，2011（4）： 95-96.

[3]宋中飛.大型船舶推進軸系負荷測試誤差分析[D].大連理工大學，2019.

[4]張鵬飛，溫小飛.船舶軸承負荷測量方法的誤差分析及應對策略[J].機械工程師，2019（2）：94-96.