王 彧

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

主機液壓調節(jié)式頂撐主要由1 個液壓缸和2 套球軸承構成。凸輪軸潤滑系統(tǒng)向頂撐提供液壓油，通過設置1 只溢流閥防止產生過高壓力。主機液壓頂撐的吸振性能好，且允許主機機架和船體之間存在一定的相對變形量，這不僅能有效緩解因船舶裝載不同導致的橫向支撐預應力，還能減小因主機搖擺而產生的附加載荷。主機液壓頂撐裝在主機的一側，無論船體如何變形，主機和船體間的作用力都保持固定不變[1]。主機液壓頂撐是一種用于減小主機和船體結構振動的裝置，已廣泛應用于多種類型的船舶上。

然而，近些年已發(fā)現(xiàn)數(shù)艘船舶在營運過程中出現(xiàn)主機液壓頂撐變形超出許用衡準的問題。一旦主機液壓頂撐的變形超出許用衡準，且變形無法自主恢復原位，則液壓頂撐的減振效果會大打折扣，主機的振動水平相應增大，甚至會導致橫向頂撐發(fā)生斷裂或機損等事故[2]。

本文基于某多用途船的主機液壓頂撐，對船體變形情況進行有限元計算，對變形對液壓頂撐校準的影響進行分析，并提出有針對性的優(yōu)化措施。

1 液壓頂撐變形

1.1 船舶主尺度

某多用途船的主尺度信息見表1。

表1 船舶主尺度信息

1.2 液壓頂撐變形情況

某多用途船采用MAN B&W 5G60ME-C9.5 型主機，據(jù)船東反饋，該船在一次滿載航行的過程中遭遇惡劣海況，且當時船舶的航速相對較高，航行過程中未出現(xiàn)主機振動異常的情況。然而，在設備檢查保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)主機液壓橫撐在靠主機側有明顯的變形。

此外，根據(jù)主機后側連接管路的油漆表面破損痕跡可知，連接管路存在明顯的向艏部移動的趨勢。在船舶靠港卸載部分貨物后，進行現(xiàn)場實測勘驗，未發(fā)現(xiàn)主機固定螺栓有松動情況，相應管路已基本恢復到初始安裝位置，但主機橫撐變形并未恢復。

主機液壓頂撐變形示意圖見圖1，實際變形數(shù)據(jù)測量如下：

圖1 主機液壓頂撐變形示意圖

1）船體側最大變形值Hmax=78 mm。

2）船體側最小變形值Hmin=67 mm。

3）船體側變形量ΔH=11 mm。

4）主機側最大變形值Emax=78 mm。

5）主機側最小變形值Emin=67 mm。

6）主機側變形量ΔE=11 mm。

船體側和主機側的許用變形量均為10 mm。

2 變形影響及優(yōu)化措施

2.1 船體變形對液壓頂撐的影響

船舶整體可視為一個船體梁，一般情況下，在滿載工況時船舶會出現(xiàn)中垂變形，而在壓載工況時船舶會出現(xiàn)中拱變形[3]。

在船舶運營過程中，船體彈性變形會使主機液壓頂撐產生縱向位移。這是由于船體發(fā)生彈性變形的過程中主機和船體結構之間產生了相對位移。

針對不同型號的船舶，對船體變形情況進行有限元計算，并對船體變形對液壓頂撐校準的影響進行分析。在進行有限元分析時，選取主機前端一點和機艙二甲板前端一點作為參考點（見圖2），計算滿載工況和壓載工況下主機與機艙下平臺之間的相對變形，見表1。在滿載工況下，主機相對平臺通常會有朝向艏部的相對位移；在壓載工況下，主機相對平臺通常會有朝向艉部的相對位移，且位移大小不及滿載工況。此外，船舶的噸位或主尺度越大，主機與機艙下平臺之間的相對變形值越大。

圖2 參考點選取情況

表1 主機與機艙下平臺變形情況（x 方向）

船舶在滿載工況下，全船總的變形表現(xiàn)為中垂變形，主機與機艙下平臺在x方向的變形情況見圖3。船舶在壓載工況下，全船總的變形表現(xiàn)為中拱變形，主機與機艙下平臺在x方向的變形情況見圖4。

圖3 主機與機艙下平臺在x 方向的變形情況（滿載工況）

圖4 主機與機艙下平臺在x 方向的變形情況（壓載工況）

由于主機本身剛度較大，可認為主機和內底板的變形情況一致，而平臺的變形則沒有內底板變形大，故平臺與主機之間存在相對位移。圖3 和圖4中，AB代表變形前的機艙下平臺輪廓線；CD代表變形前的機艙內底輪廓線；A'B'代表變形后的機艙下平臺輪廓線；C'D'代表變形后的機艙內底輪廓線；A"B"C'D'代表主機外輪廓線；A"A'代表主機后端點與機艙平臺之間的相對變形；B"B'代表主機前端點與機艙平臺之間的相對變形。

通過分析變形情況，可得出如下結論：

1）在不同工況下主機與機艙下平臺的相對位移會導致頂撐變形。

2）在滿載工況下，主機相對機艙下平臺通常會有朝向艏部的相對位移；在壓載工況下，主機相對機艙下平臺通常會有朝向艉部的相對位移。

3）在惡劣海況下，波浪彎矩的疊加可能會增加船舶的總變形量。此外，主機本身的振動也可能增大主機與機艙下平臺的相對位移。

2.2 優(yōu)化措施

1）在設計階段，通過有限元等方法提前預判主機與船體結構之間的相對變形情況，若某一方向的變形量超出了許用范圍，可建議設備供應商改進主機液壓頂撐的設計，以增加主機液壓頂撐的許用變形值。

2）在主機液壓頂撐安裝階段，要保證主機液壓頂撐處于合理狀態(tài)，校中過程應考慮船體變形的影響[4]。在通常情況下，液壓頂撐的安裝和校中均在輕載工況下進行。在滿載工況下，結構的彈性變形最大，考慮主機振動的影響，容易出現(xiàn)錯位現(xiàn)象。因此，建議在半載工況下重新調整液壓頂撐的位置，半載工況介于輕載工況和滿載工況之間，可兼顧結構彈性變形的影響。此外，可在后續(xù)船舶頂撐校中時設定一個提前偏置量，使?jié)M載工況和壓載工況的變形均在許用范圍內。

3）為盡可能避免主機支撐超出許用變形值，建議在船舶營運過程中對主機液壓頂撐進行定期檢查和維護，必要時要重新進行校中調整。

3 結論

主機液壓頂撐廣泛應用于多種類型的船舶，本文基于某多用途船的主機液壓頂撐，對船體變形情況進行了有限元計算，分析了變形對液壓頂撐校準的影響，并提出了有針對性的優(yōu)化措施。結果表明：船體變形會對主機液壓頂撐的校中產生影響，校中誤差隨船體變形程度的增加逐漸增大。