舵杆与舵叶安装工艺探讨

吴 杰，辛黎明

(上海华润大东船务工程有限公司，上海 202155)

当遇到因海损变形而导致舵杆扭曲变形，或因海水腐蚀、未采用合适的安装工艺导致舵叶与舵杆的配合锥面出现间隙等现象，必须将舵叶与舵杆拆卸，并分别检查，测量或修复舵叶和舵杆，然后将其进行安装。对于该安装过程，如果没有适当的安装工艺，可能导致安装过程中部件的损坏。下文以某一形式的舵系进行论述。

1 舵系的组成及结构特点

该舵系是一个半平衡悬挂舵[1]，由下列主要零部件组成：舵叶、舵杆、舵销、舵承机构和舵柄等。如图1所示。

图1 舵杆、舵销与舵叶铸(锻)钢件的典型装配关系示意图

舵承机构和舵柄机构由舵承座、摩擦片、舵承推力盘、舵承轴承和舵柄等组成。舵机油缸通过滑块转动舵柄，舵柄依靠与舵杆顶端的传动键和锥体的配合面来传递转动，而舵叶、舵杆等的重量则通过推力盘、摩擦片和舵承座由船体结构承担。摩擦片主要起减少摩擦力、减小磨损的作用。

舵销是一个带不锈钢保护套的销，它与舵叶以圆锥体进行连接，用螺母将舵销进行固定，并与挂舵臂上的舵销轴承以间隙配合进行安装。

舵杆顶端以传动平键和锥体配合的方式同舵柄连接。底端以带键的锥体与舵叶连接，传递运动和转舵力矩，并用舵杆螺母将锥体进行固定，舵杆的转动通过传动平键、舵杆锥体和舵叶的胀紧配合传递给舵叶，从而实现转舵。

2 主要安装工艺过程分析

2.1 滑动轴承的安装

用冷冻安装的方法将事先加工好的舵承轴承、舵杆轴承和舵销轴承分别安装到各自的座孔中。对于大型滑动轴承的安装，因体积较大，一般多采用干冰冷冻的方法，轴承在端面进行钻孔攻螺纹，以方便吊运，同时采用相应的轴承吊运设备，缩短已冷却收缩轴承的安装持续时间，防止因环境影响而使得轴承受热膨胀，影响安装。安装过程还必须防止冻伤等事故的发生。另外，还需准备压装工具，以免因意外而使得轴承在安装过程中卡滞，造成安装失败。

2.2 舵杆预装

由于舵杆预装能利用船舶停靠在码头的时机施工，可以利用码头起重机所具有的较大的起重能力，减少船舶在船坞中的施工工程量，缩短坞期。

将舵杆收回到舵杆轴承中的安装方式可以方便舵叶的吊装和调整，而且可以避免舵杆在舵叶对中过程中意外碰撞，步骤如下。

1) 安装传动键到舵杆下部的锥体上，并用螺钉固定。

2) 吊装舵杆到舵杆轴承孔中，将舵承推力盘、平键与舵杆以及舵承座与摩擦片分别进行装配。

3) 将舵杆与舵承推力盘吊起一定的高度，使舵杆收回到舵杆轴承中以腾出舵叶安装空间。

2.3 舵销紧固安装

1) 将舵销安装到舵叶的舵销锥孔中，并用舵销螺母将其固定。

2) 焊接螺母保险块。

2.4 安装舵杆和舵叶

2.4.1 吊运和校中舵叶的工艺特点

1) 吊点的设置：根据舵叶的结构特点以及重量，在舵杆锥孔的船首方向设一个前舵叶吊耳(如图2所示)，在舵杆锥孔的后方左右两侧分别设置2个吊耳，同时在舵叶的下部设置2个千斤顶，用于舵叶向上微调顶升。

图2 舵叶起重吊耳和顶升油缸布置

2) 吊运舵叶，将舵叶调整呈垂直状态，使得舵销恰好能进入舵销轴承中，将轴承孔和舵销表面清理干净并均匀涂抹润滑脂，逐步向上顶升和吊起舵叶，同时注意舵销与轴承的同轴度，舵叶吊起直到碰到挂舵臂为止。

3) 用放下舵杆的方法来检查舵叶的位置，如果有偏差，则再次吊起舵杆，并在前后、左右方向对舵叶进行调整，通过这种方法，逐步消除位置偏差，然后将舵杆放入舵叶锥孔中，用塞尺检查平键与舵叶锥孔键槽之间的间隙和舵杆与锥孔四周的间隙，要求键与键槽两侧的间隙以及舵杆与锥孔的间隙基本一致，同时检查舵杆与锥孔的同轴度，随后固定舵叶。

4) 当舵叶调整到位后，再次吊起舵杆，清洁舵杆锥体表面和舵叶锥孔，然后逐步将舵杆放入舵叶锥孔内，同时将平键对准舵叶锥孔的键槽，然后快速放下舵杆，锥体和锥孔在舵杆和其上零件自重的作用下紧密配合，以便舵杆与舵叶的液压装配。

5)测量舵承机构推力盘与舵承座摩擦片之间的间隙，间隙要求大于液压装配时舵杆的轴向推进量，以保证舵杆锥体与舵叶锥孔按要求完全配合。

2.4.2 舵叶舵杆的连接安装

1) 当舵杆放入舵叶后，安装舵杆锁紧螺母，并在锁紧螺母和舵叶本体间留出液压千斤顶的安装高度，准备液压安装。

2) 将1台液压泵用于轴向推进的液压千斤顶，另1台液压泵用作舵叶本体的径向扩张。放置带磁力座的百分表，使百分表的顶针接触到舵杆端面，排除液压系统中的空气。

3) 向液压千斤顶油泵加压至5.0 MPa后，调整百分表指针至“0”位，压入量即以此点起算。用2台液压泵对轴向及径向同时加压，将舵杆压入至设计的推进距离，同时计算液压推进力(压装时以压入距离为准，液压推进力供参考)。在加压过程中每压入一定的距离，应准确地记下油压和压入量。

4) 压装到位后，短时间关闭径向扩张油压，如百分表指针不动，随后泄放径向扩张用压力油，10 min后如百分表读数无变化，则泄掉轴向油压。

5) 拧紧舵杆锁紧螺母，焊接螺母保险块，回装舵叶上扩张压力油的丝堵。

6) 再次用塞尺检查，核实舵承机构的推力盘与舵承座摩擦片之间有间隙存在，并保证间隙大于0.1 mm。

2.5 舵承座的安装和检查

1) 松开并移走舵叶顶升用的千斤顶和起升舵叶用的起重葫芦，检查舵杆和舵承推力盘，并确认落座于舵承座的摩擦片上。

2) 检查舵承推力盘与摩擦片之间位置的正确性，并确认它们之间完全接触。

3) 检查并测量舵承与舵杆之间的间隙，要求四周间隙基本一致。

2.6 舵柄及附件的安装

1) 舵柄等附件的安装：①清洁舵柄孔和舵杆锥部及传动键；②将舵柄安装到舵杆上，同时校准舵柄锥孔与舵杆锥体首尾处的装配标记，使传动键与键槽相配合；③安装舵柄传动键；④安装舵柄的锁紧螺栓和其他附件。

2) 舵机安装：舵柄压装到位后，装复转舵油缸滚轮和滑块等，检查舵柄中心与转舵机构间的安装位置。检查舵角零位和舵角反馈零位是否重合。

2.7 确定舵叶“零位”

1) 将船体中心线引到舵叶底部船台或船坞表面上，并向后延长适当距离。

2) 从舵叶上端面中心线的尾端向下吊线锤，并调整舵叶的角度位置，使线锤的尖部正好与船台(坞)上的船体中心线重合。允许偏差不超过±1.5 mm。

2.8 舵封板安装

1) 焊接可拆卸板。

2) 恢复舵叶拆装时割除的结构，重新油漆。再次检查舵叶零位、船体零位，并且固定舵叶零位。

3) 待舵机舱内的舵承机构安装结束后，在舵系自由状态下，重新配制止跳块。舵叶旋转到左、右35°满舵以及正舵位置，检查舵销轴承与舵销之间的间隙，不许有碰撞和摩擦现象发生，且间隙基本保持一致。

2.9 舵系间隙检测

1) 舵系间隙的检测工作应分别在舵叶处于“零位”“左35°”和“右35°”的状态下进行。

2) 舵系间隙的检测部位包括：舵承轴承、舵杆轴承和舵销轴承。

3) 舵装置的各部位间隙应符合施工图的设计要求。

3 影响因素分析

3.1 安装舵销轴承的影响

由于舵叶的重量较大，竖起过程耗时较多，且与舵杆锥体的对中又较困难，如果安装了舵销轴承，由于舵销的刚性大，当舵销对准并进入轴承后可以依靠轴承的导向作用提升舵叶。但要注意吊运提升过程中舵销与轴承的同轴度和两者轴线的倾斜度，过大的倾斜度会造成舵销与轴承因挤压作用而损坏轴承内孔。

3.2 缩回舵杆的影响

1) 如果舵杆不缩回，则在舵叶提升的过程中，由于起重吊点设置的影响，使得舵叶在与舵杆对中的过程中有晃动产生，如舵杆处于较低位置，则有利于吊运过程中目标点的寻找和位置比较，但存在指挥、操作滞后等因素，增加舵叶与舵杆发生碰撞的可能性。根据舵杆与舵叶配合性质，舵杆的转动是依靠其锥体与舵叶锥面的过盈配合产生的摩擦力和平键的剪切力来传递的，如果在安装过程中损坏了锥体和锥面，则会使舵叶锥孔的液压扩张因锥面的破坏而无法进行，即锥孔建立不了安装所需的扩张油压，则舵杆也就无法安装到正确的位置，无法达到设计所需的过盈量，无法传递设计所要求的转距。

2) 如果舵杆缩回，在整个舵叶的吊运提升过程中，虽然失去一个目标点，但通过先将舵销与舵销轴承安装，以及舵销轴承的导向作用，实际上可以达到舵叶与舵杆的对中安装，当舵叶依靠舵销轴承的导向作用向上提升时，可逐步放下舵杆进行对中操作，这样可以避免舵杆与舵叶的碰撞，以及舵叶锥面的损伤破坏。

3.3 安装传动键的影响

传动键与舵杆键槽的配合为过盈配合，与舵叶键槽的配合为过渡配合。由于平键有倒角，所以，当平键与键槽的安装位置偏差不大时，在舵杆与舵叶的对中过程中可以自动对中，同时舵杆将随之进行微量的转动，从而实现平键与键槽的对中。所以，从安装质量和缩短安装时间来考虑，预先安装传动键比较好。

3.4 舵承推力盘与摩擦片之间的间隙

当舵杆锥体与舵叶锥孔进行液压安装时，两者之间会产生轴向的位移，由于舵叶的重量远大于舵杆，如果固定舵杆而使得舵叶向上提升，则推进用的液压油缸要增加一个用于克服舵叶重量的力，才能推进舵叶的液压装配，而从受力角度考虑，该增加的力必须由舵杆和舵杆锁紧螺母之间的螺纹来承受，这样易造成螺纹变形，不利于锁紧螺母的安装。所以在过盈配合连接时一般使舵杆移动，为了保证舵杆能顺利移动，必须确保预先安装在舵杆上的推力盘与摩擦片之间的间隙大于其轴向推进量。

4 结束语

通过以上分析可知，舵杆与舵叶的安装过程需注意：①舵叶上吊点的设置应保证舵叶能在前后、左右方向上进行水平位置的调整；②采用舵叶提升到位后放下舵杆进行对中的方法；③舵杆与舵叶的锥面和锥孔进行初步连接时，检查舵承推力盘与摩擦片之间的位置和间隙，其间隙值必须大于舵杆与舵叶锥孔过盈配合所需的轴向推进量；④采用液压装配连接时，使舵杆进行轴向移动以减少舵杆和舵杆锁紧螺母之间螺纹的受力。