朱 晶，王紅嵩，于霄雷，孫赫應(yīng)，楊春洲

（大連船用推進(jìn)器有限公司，遼寧大連 116021）

0 引言

目前，船舶使用最廣泛的推進(jìn)裝置為螺旋槳，當(dāng)螺旋槳在水中旋轉(zhuǎn)時，所有槳葉撥水向后，而自身又會受到水流的反作用力，其推力通過槳軸和推力軸承傳遞到船體[1-4]。螺旋槳的主要作用就是將船舶主機(jī)發(fā)出的功率轉(zhuǎn)變成推動船舶運(yùn)動的推力[5]。船舶主機(jī)動力是通過中間軸、艉軸傳遞到螺旋槳，而艉軸與螺旋槳之間的連接方式主要有2種，即：有鍵聯(lián)接和無鍵聯(lián)接。其中，有鍵連接分為單鍵和雙鍵2種，主要依靠“鍵”傳遞扭矩；無鍵聯(lián)接則依靠“自鎖”作用傳遞扭矩。小型船用螺旋槳錐孔一般為1∶15錐度，主要使用有鍵聯(lián)接方式安裝螺旋槳；現(xiàn)代大型船用螺旋槳錐孔一般為1∶20錐度，幾乎均采用無鍵、液壓聯(lián)接方式安裝螺旋槳[6]。相比有鍵聯(lián)接方式，無鍵聯(lián)接具有加工、拂配相對容易，安裝、拆卸方便等特點(diǎn)，正逐漸替代早期的鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)。本文對螺旋槳與艉軸無鍵聯(lián)接所用的拂配方式進(jìn)行了歸納并系統(tǒng)地介紹每種方法的特點(diǎn)。

1 無鍵聯(lián)接的拂配

螺旋槳錐孔拂配，即按螺旋槳設(shè)計圖紙要求，

將螺旋槳鑄造毛坯件錐孔機(jī)械加工成要求的尺寸，然后檢查螺旋槳錐孔加工面與艉軸接觸的情況，若錐孔接觸面積少于75%且每平方厘米接觸斑點(diǎn)不滿足3個及以上，則需要用專用的工具磨削，如此反復(fù)直至達(dá)到要求。螺旋槳拂配的目的是使螺旋槳錐孔與艉軸接觸面貼合緊密，增大靜摩擦力，達(dá)到過盈配合要求，保證傳動效率。

2 無鍵聯(lián)接拂配工藝要求

1）無鍵定距螺旋槳錐孔與槳艉軸研配過程中，艉軸錐面著色厚薄要均勻，保證全長上結(jié)合面的均勻貼合，著色面積達(dá)到錐面總面積的70%～75%；每25 mm×25 mm面積內(nèi)必須存在3點(diǎn)以上接觸點(diǎn)。

2）“密封帶”區(qū)域不得存在沿軸線方向貫通的不著色區(qū)域。

3）研配過程中，為保持垂直度與同軸度，需均勻地修刮四周；艉軸與大端面的垂直度可用彎尺衡量，其值不大于0.15 mm/m。

4）螺旋槳小端面與艉軸距離達(dá)到圖紙要求。

5）艉軸與螺旋槳端面垂直度應(yīng)滿足圖紙要求。

3 無鍵聯(lián)接拂配方法

3.1 固定艉軸-移動螺旋槳的臥式拂配

3.1.1 拂配特點(diǎn)[7-8]

1）一般用于小、中型定距船用螺旋槳的拂配。

2）螺旋槳錐孔橫臥在船塢中，工人操作困難。

3）一個螺旋槳錐孔需要進(jìn)行多次拂配，工人勞動強(qiáng)度大。

4）占用船塢時間長，一般拂配耗時約4～6 天。

3.1.2 拂配方案

1）艉軸已安裝在船體上原位不動，將艉軸前法蘭與船體之間加固，拂配期間不允許轉(zhuǎn)動主機(jī)。將螺旋槳錐孔中心線呈水平狀態(tài)固定在可上下左右移動的液壓平板車上。用液壓平板車千斤頂調(diào)整螺旋槳高度，使螺旋槳槳轂中心線與艉軸中心線一致且保持平行，拂配示意圖如圖1所示。

圖1 臥式固定艉軸-移動槳的拂配示意圖

2）清潔艉軸錐體、螺旋槳錐孔，將一層藍(lán)油均勻地涂抹在艉軸錐體上，啟動液壓平板車，當(dāng)螺旋槳槳轂錐孔緩慢套進(jìn)艉軸后，旋上艉軸螺帽，在艉軸螺帽與螺旋槳槳轂小端面之間安裝專用的油壓工具，調(diào)整合適的頂伸力后開啟油泵，將螺旋槳頂緊。

（3）檢查螺旋槳兩端配合間隙，確定艉軸平行且對準(zhǔn)后，使用液壓工具在螺旋槳與艉軸管端面處將其頂松，解除螺旋槳的固定，再次啟動液壓平板車將螺旋槳從艉軸上移出。

（4）檢查螺旋槳錐孔內(nèi)藍(lán)油接觸斑點(diǎn)的情況，按照拂配工藝要求，用小型打磨機(jī)磨削配合面。螺旋槳與艉軸的拂配如此反復(fù)至錐孔配合面接觸面積大于70%時，用刮刀拂刮直到滿足要求。

3.2 固定螺旋槳-移動艉軸的臥式拂配

3.2.1 拂配特點(diǎn)

1）一般用于大型定距船用螺旋槳的拂配。

2）固定螺旋槳比較困難。

3）螺旋槳中心線的調(diào)整困難。4）載有艉軸的電動平板車行走路線不順暢時，易引起振動，不利于研配。

3.2.2 拂配方案

1）將螺旋槳上端固定在可上下移動的吊索上，調(diào)整螺旋槳錐孔中心線呈水平狀態(tài)，兩邊用手吊葫蘆固定好，使螺旋槳牢固地置于吊架上。

2）將艉軸置于載有“V”型鐵的軌道式平板車上，將錐體端朝向螺旋槳。用千斤頂調(diào)整艉軸高度、頂絲調(diào)整艉軸左右距離，使其中心線與螺旋槳槳轂中心線一致且保持平行后，用硬木墊實(shí)固定，“V”型鐵處墊紫銅皮，以防止艉軸在反復(fù)拂配過程中磨損，拂配示意圖如圖2所示。

圖2 臥式固定螺旋槳-移動艉軸的拂配示意圖

3）清潔螺旋槳錐孔及艉軸錐體，將藍(lán)油均勻地涂抹在艉軸上，啟動平板車使艉軸緩慢地插入至螺旋槳錐孔內(nèi)。旋上艉軸螺帽，在艉軸螺帽與螺旋槳槳轂小端面之間安裝專用的油壓工具，調(diào)整合適的頂伸力后開啟油泵，將螺旋槳頂緊。

4）利用專用的油壓工具頂松艉軸，再次啟動平板車使艉軸脫離螺旋槳錐孔，檢查螺旋槳錐孔內(nèi)接觸斑點(diǎn)的情況，按照拂配工藝要求，用小型打磨機(jī)磨削配合面。螺旋槳與艉軸的拂配如此反復(fù)至錐孔配合面接觸面積大于70%時，用刮刀拂刮直到滿足要求。

3.3 固定槳-移動尾軸的立式拂配

3.3.1 拂配特點(diǎn)[9-10]

1）一般用于大型定距船用螺旋槳的拂配。

2）拂配過程中占有吊車時間長，影響吊車的使用效率。

3）拂配次數(shù)少，可節(jié)省時間，工人勞動強(qiáng)度減小。

3.3.2 拂配方案

1）將螺旋槳固定在水平放置的平衡支架上，用吊車吊裝艉軸，使螺旋槳槳轂中心線與艉軸中心線一致且保持垂直，拂配示意圖如圖3所示。

圖3 立式拂配示意圖

2）螺旋槳內(nèi)孔需先預(yù)處理，之后水平方向找正。

3）艉軸吊裝，螺紋防護(hù)，錐面清理，涂藍(lán)油。

4）首次著色要預(yù)確定一個基準(zhǔn)位置，并同時在艉軸和螺旋槳上標(biāo)記，做一次撞軸后檢測垂直度和小端面距離。

5）借助吊車和千斤頂，緩慢抽出艉軸。

6）確定準(zhǔn)確的基準(zhǔn)位置，記錄著色結(jié)果和小端距離。

7）依小端距離和著色情況確定拂配方案，研磨軸孔，直至滿足驗(yàn)收要求。

8）每進(jìn)行3～5次著色應(yīng)監(jiān)測垂直度，控制研磨力度，保證垂直度滿足圖紙要求。

3.4 非接觸拂配

常見的無鍵螺旋槳錐孔拂配均為螺旋槳與艉軸面接觸的拂配方法，因無鍵螺旋槳軸孔的接觸長度和直徑都較大，且為錐體，安裝時的壓力值較高，對接觸面及粗糙度提出了相對高的要求。目前，螺旋槳錐孔拂配多采用打磨機(jī)進(jìn)行磨削，即通過控制接觸斑點(diǎn)的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)接觸面積的控制，無法從根本上滿足接觸面及粗糙度的要求，效率低、質(zhì)量差[6]，而非接觸拂配方法的出現(xiàn)有效地解決了這些問題，為螺旋槳錐孔拂配指引了新的方向。

3.4.1 拂配特點(diǎn)

1）可用于大、中、小型定距船用螺旋槳的拂配。

2）可避免拂配過程中，螺旋槳錐孔及艉軸磕碰損壞。

3）拂配精度準(zhǔn)、效率高、節(jié)省時間、勞動強(qiáng)度低、減少工人的工作量。

3.4.2 拂配方法[10-12]

1）艉軸安裝在船體軸系后固定不動，清潔艉軸錐體，在艉軸上標(biāo)注方位標(biāo)記點(diǎn)。

2）應(yīng)用三維處理軟件，建立或?qū)媵狠S的三維基準(zhǔn)模型，給定閾值范圍，獲得一個三維基準(zhǔn)色譜圖。

3）使用手持三維掃描儀進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)的掃描檢測，將掃描后的數(shù)據(jù)點(diǎn)錄入至三維處理軟件中，再建立一個三維檢測模型，給定與三維基準(zhǔn)模型相同的閾值范圍，獲得一個三維檢測色譜圖。

4）對比三維基準(zhǔn)色譜圖和三維檢測色譜圖，獲得一個三維偏差色譜圖并將其輸出。結(jié)合方位標(biāo)記點(diǎn)，將拂配部位定位，進(jìn)行螺旋槳錐孔與艉軸的拂配操作。

5）拂配完成后，再次掃描檢測直至滿足拂配精度要求，拂配示意圖如圖4所示。

圖4 非接觸拂配示意圖

4 拂配效果

拂配后的螺旋槳錐孔接觸面積不少于70%，錐孔兩端無油槽的環(huán)面接觸面積不少于80%，螺旋槳錐孔兩端不允許插進(jìn)0.02 mm的塞尺。實(shí)際操作中無鍵聯(lián)接拂配效果如圖5所示。

圖5 無鍵聯(lián)接拂配效果示意圖

5 結(jié)論

船用螺旋槳位于船舶最末端，其主要作用是將船舶主機(jī)所發(fā)出的功率轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿哟斑\(yùn)動的推力，是驅(qū)使船舶前進(jìn)的一個重要部件。螺旋槳與艉軸拂配的結(jié)果將直接影響到船舶航行速度、運(yùn)行效率、船舶的油耗量及是否會引發(fā)螺旋槳噪聲及振動等問題。因此，螺旋槳與艉軸拂配要根據(jù)實(shí)際螺旋槳的重量、直徑尺寸、螺旋槳結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、拂配現(xiàn)場的施工環(huán)境及現(xiàn)有工裝，選擇易于操作、實(shí)用性強(qiáng)、無危險性、占用時間少、節(jié)省人力物力的拂配方法，方可保證螺旋槳的拂配質(zhì)量及拂配效率。