76m拖轮轴系合理校中法工艺探讨

张如文　亢宗楠

摘 要：介绍了76 m拖轮轴系合理校中的方法，研究了齿轮箱受力形式及采用支反力法进行校中计算的方法，通过对传统校中方法的研究，分析了其受力分析的的局限性，提出了能有效调整轴系负荷的方法，并通过实例验证了其正确性。

关键词：76 m拖轮；合理校中；支反力

中途分类号：U664.2 文献标识码：A

1 引言

海洋资源已成为国际竞争的焦点之一，各沿海发达国家均将海洋科学列为优先发展的战略领域，海洋工程作为船舶行业的后起之秀，从一开始就表现出非凡实力。船舶行业受到金融危机的巨大冲击，海洋工程却依然保持着飞速的增长。海洋工作船，作为海洋工程的重要组成部分，担负着为海洋工程提供人力和物资的运输任务。由于其需要较强的机动性，一般采用可调桨或者全回转等轴系设计，而轴系往往采用长轴系来实现动力传输，因此船舶轴系校中的质量对于确保轴系长期正常的运转具有重要的影响。上世纪60年代以来，国外船舶轴系校中普遍采用了合理校中技术[1]。目前，国内也已经广泛采用这一技术，一般情况下，轴系各点的实际负荷只要不超过理论负荷的20%，就认为轴系负荷状态良好。本文结合76 m多用途海工船的实际负荷调整情况，对该船的负荷数据做概况性介绍。

2 76 m多用途海工船概况

该船入级美国船级社（ABS），总长76 m、型宽18 m、型深8 m、设计吃水5.2 m。它是一艘集海上抓锚作业、远洋拖带、港作支持、海上消防、污油回收、海上平台作业支持等，并具有二级动力定位功能的近海工作船，采用双机、双桨驱动。为了增强其灵活性，配备了襟翼舵和可调距螺旋桨。

3 主要的技术参数

主机MAN编号P-21157和P-21158

柴油机编号9L32/404500 kW

转速750 r/min

齿轮箱型号Reintjes LAF-6T55-K41A

螺旋桨转速135 r/min

轴线总长50 m。

4 轴系分布分析及理论数据

在生产实践中，类似这种轴系总长近40 m、轴系负荷需要调整6个点受力情况（见图1），一个尾轴前轴承、四个中间轴承、一个齿轮箱轴承，在负荷找中时，几乎都会出现这样一种现象，在中间轴的调整中，很容易确定其负荷变化趋势，从而利用简单的支反力原理取得良好的负荷值。但是齿轮箱的负荷变化却不稳定，无法利用简单的杠杆原理来推导出其变化规律，需要利用三弯矩的理论找出其变化规律，从而有效的减少校中时间，达到缩短造船周期的目的。

当轴系根据对中计算数据安装结束后，我们常采用轴承负荷顶举曲线来测定轴承的实际负荷是否符合计算的要求。它是利用轴的位移与负荷的线性关系，用逐步顶举法，记录轴的升高与顶举力之间的关系曲线求得顶升部位的负荷，将此负荷乘以顶举系数，即得出被测轴承的实际负荷。测出的实际负荷值，其误差不大于计算值的±20%即认为合格。

5 轴承负荷测量常见问题及分析

（1）离散点过多：其原因可能是读数误差过大，也可能是由于测定百分表的读数和压力表的读数时隔过久；

（2）迟滞现象较大：其原因可能是千斤顶油缸中心没有在轴的正下方，且与百分表支点在同一直线上，造成千斤顶位置不良产生过大的阻力，从而使千斤顶曲线中产生更大的迟滞现象，影响测量的准确性；

（3）出现双拐点：第二个拐点的斜度比第一个小，可见其受力较大。其原因可能是因为负荷测量后期轴顶到轴承上盖而使受力变大，出现第二个拐点。也可能是由于上升过程中相连轴承的作用；

（4）出现较为明显喇叭口：对有较大负荷的轴承，每次记录读数时，要等百分表指针完全稳定后才取值，否则导致上升与下降曲线不平行，出现喇叭口；放置油缸的座架强度不够，油缸顶升过程中，船体底板变形及百分表架应单独装在不受轴及油缸影响的位置上，也会出现喇叭口。

6 绘制准确顶举曲线的措施

（1）放置油缸的座架要有足够的强度，以避免因油缸顶升中间轴时，船体底板变形而影响测量准确性；百分表架应单独装在不受轴及油缸影响的位置上；

（2）油缸的顶举点与百分表的触点，必须是在轴的同一横截面的最低点和最高点；

（3）在顶举过程中，其轴上不得有其他外加力和任何阻碍；

（4）因波浪的影响，船体和轴会随之上下波动，表的读数也会随之有波动，记录时应在百分表较为稳定后再读数，且要都读最大数或最小数，百分表的读数和压力表的读数时隔不宜久，以绘制出准确的顶举曲线；

（5）一般情况下百分表的测量精度比压力表高，所以应采取记录每升高固定顶举力时轴对应升高量的方法来绘制关系曲线，以提高精度。

7 利用顶举曲线测量轴系负荷

选择大小合适的油顶对于测量顶升数据的准确性至关重要，我们选择直径14.52 cm2千斤顶，行程为15 mm，油压表的量程为500 bar。量程选择不能太大，每一格的跨距最好在5～10 bar，以提高测量的精确度。

我们在负荷校中过程中，在中间轴承的负荷点受力都很正常，但是齿轮箱受力偏小或近乎没有拐点出现，所以很难把握住齿轮箱的变化规律，为此，我们只有通过对减速齿轮箱结构分析，对齿轮箱啮合力进行简单的计算和受力分析，找出规律：

通过上述分析計算可知，齿轮箱前后轴承均采用的是滑动轴承支撑，承受铅垂向下的重力，而不是简单的支反力。必须采用三弯矩的理论指导对齿轮箱的调整，即我们通常认为负荷值较小，需要将齿轮箱后端面顶高螺栓往上升0.20 mm左右，以达到负荷增加的目的，而本船的这种滑动轴承，若需增加负荷，只能将负荷所在位置往下降低0.20 mm，以达到负荷增加5 kN～10 kN的目的。图1为调整前齿轮箱处负荷图，图2为调整好后齿轮箱处负荷图。

8 结论

船舶长轴系合理校中，在减速齿轮箱负荷调整时，采用三弯矩理论计算，简便、精确，以区别于中间轴所应用的支反力理论。在我司后续多艘船舶的生产实践中，如78 m、70 m等船型，应用上述理论方法，不仅确保了轴系校中的质量，且较大程度的缩短了工期，效益显著。

参考文献

[1] 中国船级社.钢质海船入级规范[S]， 北京，人民交通出版社，2009.

2] MSC. PATRAN & MSC.NASTRAN使用指南[M]. 北京： BUAA， 2002.