陳東明 任晉宇

(武漢交通職業(yè)學院，湖北 武漢 430065)

某型船軸系合理校中工藝探討*

陳東明 任晉宇

(武漢交通職業(yè)學院，湖北 武漢 430065)

文章通過對某型船軸系采用合理校中計算分析，提出了針對該型船的軸系校中工藝和方法，利用compass軟件進行理論計算，得到該船軸系合理校中的曲折、偏差數(shù)據(jù)，并對軸承比壓、反力進行了計算，滿足規(guī)范要求。

軸系合理校中；曲折；偏差；軸承反力

在船舶建造過程中，軸系校中是船舶動力設備安裝過程中的重要組成部分，其作用十分關鍵。船舶軸系校中質(zhì)量的精度對民用船舶來說，直接關系到船舶安全航行性能及船員、乘客的舒適性；對軍用艦船來說，直接影響其戰(zhàn)斗性能及船舶的隱身性能?？梢?，船舶軸系校中質(zhì)量有著十分重要的作用。

近年來，隨著建造大型船舶的出現(xiàn)，對船舶軸系校中工藝也在飛速發(fā)展。目前常見的軸系校中工藝有直線校中法、三彎矩法、負荷校中法。針對型號不同的船舶，長短不一的軸系，選擇合理的軸系校中工藝，成為當前船舶建造過程中迫切需要解決的重要課題之一。目前在軸系校中工藝研究領域較多的為動態(tài)合理校中法。國內(nèi)外許多學者進行了相應的研究，張敏等[1]建立了大型船舶推進軸系校中多點非線性彈性支承計算模型，研究軸承處負荷分布情況，王宏志等[2]對中間軸承對船舶軸系力學狀態(tài)影響進行了數(shù)值模擬。萬忠等[3]對LNG船軸系校中的船體變形進行了計算分析。MANNG[4]考慮了非線性支撐對油船的軸系對中的影響。本文擬對某型船軸系校中工藝進行動態(tài)合理校中研究。

1 軸系布置及基本參數(shù)

1.1 軸系布置

船舶軸系主要由螺旋槳、艉軸、艉軸承、中間軸、中間軸承及主機等組成。如圖1為軸系布置簡圖。該軸系由柴油機、短軸、中間軸、艉軸、艉管裝置、艉軸密封裝置、螺旋槳等組成。

圖1 軸系布置簡圖

1.2 軸系基本參數(shù)

主機：LB8250ZlC-17，功率：1470kW，轉(zhuǎn)速：750rpm。齒輪箱：GWC49.54，大齒輪前軸承(滾動軸承)處軸徑：260mm，大齒輪前軸承(滾動軸承)長度：80mm，大齒輪后軸承(滾動軸承)處軸徑：240mm，大齒輪后軸承(滾動軸承)長度：72mm，尾管后軸承直徑255mm，長度為560mm，尾管前軸承直徑220mm，長度為280mm。

1.3 軸系校中條件

船舶尾軸軸系校中區(qū)域分段建造合攏完成后，根據(jù)計算模擬船舶下水狀態(tài)的受力及變形狀態(tài)，同時考慮螺旋槳所受的重力和浮力狀態(tài)，確定軸系臨時對中狀態(tài)，軸系校中模型如圖2所示，表1列出了軸承序號及對應的支撐位置，并標注了軸承長度。

表1 軸承相關參數(shù)

按照軸系校中作業(yè)指導書要求，根據(jù)船舶下水后，受力狀態(tài)發(fā)生變化，模擬尾部變形計算數(shù)值，同時考慮在螺旋槳軸法蘭上方施加由螺旋槳重力和浮力所引起的外力。在船臺校中時，保證軸系必要的偏移和曲折。軸系偏移和曲折及軸承的分布情況見圖3。

2 軸系校中計算

軸系采用合理校中方法，一般對于短軸系的船舶，先進行直線對中計算，計算在該工況下軸系的彎矩與軸承負荷，然后根據(jù)計算結(jié)果及反力影響系數(shù)進行優(yōu)化，最后得到能滿足所有要求的優(yōu)化結(jié)果[5]?？紤]圖1所示的校中分析模型，將其簡化為超靜定的簡支梁系統(tǒng)。根據(jù)彎矩的疊加原理與力的獨立作用原理[6]，考慮軸系中的軸承數(shù)n任意截面k，其彎矩可以表示為：

式中，MRi為第i個軸承反力對截面k的彎矩，n為反力的個數(shù)；MEj表示為第j個外力對截面k的彎矩，m為外力的個數(shù)。

本文采用中國船級社審圖軟件compass中船舶軸系校中模塊進行計算，在計算中鋼的密度取7800kg/m3；海水密度取1080kg/m3；滑油密度取950kg/m3，將螺旋槳作為集中載荷考慮，在校中時模擬螺旋槳在水下狀態(tài)時，需考慮浮力對螺旋槳的影響，螺旋槳集中載荷設定為螺旋槳重量的90%。通過計算得到軸系總重量為33.82kN，軸承總反力為57.211k.N，表2列出了軸承反力影響系數(shù)，表3軸承偏移曲折等數(shù)據(jù)，表4列出了軸承比壓、反力計算對比值。

圖2 軸系校中模型

圖3 軸系的偏移和曲折及軸承分布情況

表2 軸承反力影響系數(shù)(k.N/mm)(軸承升高1mm時產(chǎn)生的反力)

表3 軸承偏移曲折等數(shù)據(jù)

表4 軸承比壓、反力計算對比值

通過對軸系強度校核，得到軸系變形位置圖，圖4為軸系撓度曲線。

圖4 軸系撓度曲線

3 軸系安裝工藝流程

現(xiàn)在船舶建造方式為分段建造、分段合攏后模式，在船舶尾部分段建造過程中，利用激光對中儀將艉軸管對正，通過照光，確定軸系中心線和艉軸管加工量，然后通過計算確定主機位置。艉軸承壓裝后，安裝艉軸及艦密封，壓裝螺旋槳，進行中間軸，主機安裝。在計算船舶在下水后的的漂浮狀態(tài)，確定船舶尾部及軸系變形，確定進行主機和軸系高度位置參數(shù)。保證軸系在船臺安裝期間實現(xiàn)軸系合理對中狀態(tài)。之后將主機，軸承，中間軸，螺旋槳對中調(diào)試，完成軸系的聯(lián)接安裝工作，使中間軸承的負荷在要求允許的負荷范圍內(nèi)。工藝流程下圖5所示。

圖5 工藝流程圖

4 結(jié)論

本文通過對某型船軸系采用合理校中計算，提出針對該型船的軸系校中工藝和方法，利用compass軟件進行理論計算，得到該船軸系合理校中的曲折、偏差數(shù)據(jù)，并對軸承比壓、反力進行計算，滿足規(guī)范要求。根據(jù)軸系合理校中的理論計算方法，按照軸系安裝工藝指導書對軸系安裝工藝進行研究，以期為工程技術人員提供指導。

[1]張敏，張廣輝，劉占生.大型船舶推進軸系校中多點非線性彈性支承模型研究[J].船舶力學，2016(2):176-182.

[2]王宏志，魏海軍，關德林，等.中間軸承對船舶軸系力學狀態(tài)影響的數(shù)字模擬[J].船舶力學，2006(2):98-105.

[3]萬忠，王佳穎，劉濤.LNG船用于軸系校中的船體變形計算分析[J].船舶與海洋工程，2016(6):16-21.

[4]MANNG.Shipyard alignment of propulsion shafting using fair curve alignment theory [J]. Navel Engineering Journal，1965(4): 651-659.

[5]耿厚才.船舶軸系的動態(tài)校中計算[J].中國造船，2006，47(3):51-56.

[6]柯坤章.關于力的獨立作用原理的研討[J].經(jīng)典力學，1985(3):81-87.

2017-04-12

陳東明(1964-)，男，湖南長沙人，武漢交通職業(yè)學院高級實驗師，主要從事輪機工程技術研究。任晉宇(1985-)，男，山西長治人，武漢交通職業(yè)學院講師，主要從事船舶舾裝工藝研究(通訊作者)。

10.3969/j.issn.1672-9846.2017.02.017

U664.21

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1672-9846(2017)02-0081-04