劉麗飛，鮑 亮，李 建

（武漢船用機械有限責任公司，湖北 武漢 430084）

設計與研究

高精度調(diào)距槳的靜平衡試驗方法研究

劉麗飛，鮑 亮，李 建

（武漢船用機械有限責任公司，湖北 武漢 430084）

根據(jù)調(diào)距槳的結(jié)構(gòu)特點以及從高精度調(diào)距槳靜平衡試驗指標出發(fā)，詳細敘述了高精度調(diào)距槳靜平衡試驗步驟及配平方法；通過對某船高精度5葉槳調(diào)距槳裝置整槳靜平衡試驗的平衡指標分析、靜平衡試驗工藝裝備的制造和安裝要求、不平衡力矩的檢測方法、配平計算方法以及配重塊設計方法的介紹，詳細闡述一種高精度調(diào)距槳整槳靜平衡試驗方法。該方法準確、可靠，保證了高精度調(diào)距槳的制造精度，并有效提高了高精度調(diào)距槳的配平效率，適用于中小型高精度調(diào)距槳裝置的靜平衡試驗，為國內(nèi)制造大型高精度調(diào)距槳裝置積累了經(jīng)驗。

調(diào)距槳；靜平衡試驗；掛重

1 螺旋槳靜平衡試驗合格指標

某船高精度調(diào)距槳裝置采用5葉槳結(jié)構(gòu)形式，槳葉精度等級為S級，為國際標準ISO 484/1（《造船—船用螺旋槳—制造公差》）中的最高級，參數(shù)見表1。

表1 某船主推調(diào)距槳裝置參數(shù)

經(jīng)計算，該船整槳靜平衡試驗葉梢掛重最大允許值應為 0.423kg，但為滿足船舶低振動指標，該船整槳平衡的驗收指標控制在葉梢掛重最大允許值＜0.18kg，且整槳應能達到隨遇平衡，即每片槳葉須在12點鐘、9點鐘、3點鐘的位置達到穩(wěn)定狀態(tài)，允許偏轉(zhuǎn)角度為±15°。

綜上可知，該船螺旋槳靜平衡試驗指標相當苛刻，靜平衡的精度等級較ISO 484/1規(guī)范的最高級S級提高＞1倍。

2 試驗方法

該船槳葉葉面采用數(shù)控加工，單片槳葉加工成型后與槳轂組件裝配，不允許對槳葉進行修磨。整槳平衡不滿足要求時，只能采用增加配重塊的方法進行配平。配重塊通常安裝在5個曲柄銷盤的內(nèi)孔中，每套調(diào)距槳裝置最多允許增加2個配重塊。為滿足調(diào)距槳裝置最終的靜平衡要求，須通過試驗得到最初的靜不平衡量的大小和方向，以便確定配重塊的大小和安裝孔位置。

2.1 確定調(diào)距槳裝置徑向不平衡力矩

采用一種均勻轉(zhuǎn)動的方法確定調(diào)距槳裝置的徑向不平衡力矩［3］。試驗裝置見圖1。

在槳轂組件的兩端分別安裝同心且同等直徑的支承軸，放置在一定長度的導軌（軸）上，在槳轂組件的外圓上纏繞尼龍繩，繩子的兩端分別掛一重物Q和砝碼籃，在砝碼籃中增減砝碼，使螺旋槳在某一方向穩(wěn)定，記錄砝碼籃的質(zhì)量 F1，在同一方向?qū)⒅匚颭和砝碼籃交換位置，在砝碼籃中增減砝碼，再次使螺旋槳在這一方向穩(wěn)定，記錄砝碼籃的質(zhì)量F2；再將螺旋槳在導軌上轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)90°，采用上述方法使得螺旋槳分別在兩側(cè)掛重物時穩(wěn)定狀態(tài)下得到F3和F4。

圖1 調(diào)距槳裝置靜平衡試驗裝置

圖2 平衡位置1的調(diào)距槳靜平衡

由圖2可知，平衡位置1相對于螺旋槳軸線的力矩平衡為

經(jīng)過四五年探索，檢查預約中心涉及的檢查項目涉及10個科室35個檢查項目，包括胃鏡、腸鏡、支氣管鏡、CT、核磁共振、超聲、PET/CT、ECT、動態(tài)心電圖、動態(tài)血壓等。

消除Q得

由圖3可知，平衡位置2相對于螺旋槳軸線的力矩平衡為

消除Q得

調(diào)距槳相對于螺旋槳軸的平衡力矩M為

根據(jù)Z1和 Z2的計算數(shù)值，可得出調(diào)距槳的重心位置。

通過上述試驗方法，可測得調(diào)距槳偏心質(zhì)量引起不平衡力矩的大小及重心至圓心（即回轉(zhuǎn)中心）的方向。

圖3 平衡位置2的調(diào)距槳靜平衡

2.2 確定配重塊大小和安裝孔位置

通過計算或作圖法確定需增加的配重塊的大小和安裝孔位置。某調(diào)距槳通過作圖法測得的重心的半徑方向及由偏心質(zhì)量引起的不平衡力矩M的大小見圖4a；在M的反向作與其大小相等的M'，見圖4b，M'為需要增加的力矩，與M相平衡；再將矢量M'分成沿其兩側(cè)槳葉安裝方向的2個矢量，見圖4c；在相鄰兩片槳葉的安裝方向作出矢量M1和M2，見圖4d；由此，即得出1#槳葉孔和2#槳葉孔中所需增加的力矩的大小。

圖4 不平衡力矩分配

通過配重塊安裝位置的半徑r'，可得出配重塊質(zhì)量P。

3 試驗過程控制要求

3.1 確保平衡工裝精度滿足要求

實際操作中，應保證平衡工裝精度能夠滿足高精度調(diào)距槳靜平衡試驗要求［4］。通常用水平儀檢測2根導軌在水平方向的直線度，根據(jù)實際經(jīng)驗需控制在0.10mm/1000mm 以內(nèi)，并且2根導軌的支架要固定牢靠，保證螺旋槳在導軌上滾動的過程中，導軌直線度不發(fā)生變化。

3.2 保證F1/F2/F3/F4測量準確性

1） 將十字形樣板貼在支撐軸端面，其中一個方向?qū)嗜我鈽~法蘭中心線。

2） 將掛繩纏繞在槳轂組件外圓（或其他不與槳葉干涉的外圓）上，將預先準備的一個質(zhì)量恒定的重物掛在一端，在另一端掛重物籃，向重物籃中投入螺栓、螺母及墊片等砝碼，用角尺測量其中一條十字線豎直，最終達到平衡，平衡狀態(tài)應至少保持20s，然后用電子臺秤測量重物籃質(zhì)量F1。將質(zhì)量恒定的重物的位置與重物籃調(diào)換，同樣用角尺測量該條十字線豎直，最終達到平衡，用電子臺秤測量重物籃質(zhì)量F2。

3） 將調(diào)距槳轉(zhuǎn)動90°，使得另一條十字線豎直，用同樣方法測量另一個方向F3、F4。

為消除平衡工裝精度和操作中測量精度引起的誤差，通常按上述過程測量2次，第2次的十字方向與第1次的十字方向錯開45°，即同時測量“米”字形，得出2組平衡數(shù)據(jù)。這2組數(shù)據(jù)得出的結(jié)果（即調(diào)距槳裝置不平衡力矩的大小及重心的半徑方向）在理論上應一致，由于測量誤差可能導致些微差異，通過對這2組數(shù)據(jù)進行比較，可以檢測試驗數(shù)據(jù)測量的準確性。

3.3 配重塊施工圖紙設計

根據(jù)槳葉孔中需配重的配重塊大小，設計配重塊施工圖紙。

1） 配重塊裝入后，應不影響槳葉的安裝，與槳葉法蘭底部平面應留有適當?shù)拈g隙；

2） 配重塊應與安裝孔過盈安裝，過盈量一般為 0.01mm，配合部位外圓的過盈段長度控制在 10～15mm，以方便拆卸；

3） 配重塊上應設置拆卸用拔起螺紋孔，并留有潤滑油通孔，保證槳轂內(nèi)潤滑腔通暢。

4 實船驗證

用上述試驗方法進行某船主推調(diào)距槳裝置5葉槳靜平衡試驗，一次配平即滿足該船近乎苛刻的靜平衡指標要求，配平后測量每片葉梢掛質(zhì)量均＜0.18kg，螺旋槳達到隨遇平衡的狀態(tài)，較之以往修磨槳葉的方法，數(shù)據(jù)準確，配平效率大幅提高。

5 結(jié) 語

1） 隨著船舶行業(yè)的迅猛發(fā)展，對低振動、高效率的高精度調(diào)距槳靜平衡要求也越來越高，從靜平衡試驗中提出的不平衡力矩的測量和計算方法準確、可靠，為高精度調(diào)距槳的制造提供了技術保障；

2） 明確提出了對靜平衡試驗工裝的具體要求，采用圖元計算法，操作過程簡單易行，測量精度高，配平準確可靠，避免了以往靜平衡試驗過程中由于測量不準確導致的多次拆裝和修磨槳葉的繁瑣工作，提高了裝配和試驗效率，能夠有效地滿足高精度調(diào)距槳靜平衡試驗要求。

［1］ 姜治芳. 可調(diào)螺距螺旋槳槳葉靜平衡問題研究［J］. 艦船科學技術，2004 （4）： 11-14.

［2］ 盛振邦，劉應中. 船舶原理［M］. 上海：上海交通大學出版社，2003.

［3］ 顏少平. 可調(diào)螺距螺旋槳槳葉靜不平衡試驗方法研究［J］. 機電設備，2009 （4）： 26-28.

［4］ 謝偉. 五葉調(diào)距槳的槳葉優(yōu)化組合及整槳靜平衡方法研究［J］. 艦船科學技術，2004， 26 （5）： 7-10.

Study on Static Balancing Test Method of High-precision Controllable Pitch Propeller

LIU Li-fei， BAO Liang， LI Jian

（Wuhan Marine Machinery Plant Co.， Ltd.， Wuhan 430084， China）

This paper elaborates in detail the procedures and balancing method of the static balancing test of the controllable pitch propeller （CPP） based on the structure characteristics of CPP and the static balancing test index of the highly accurate CPP. Through the introduction of the balancing index analysis， the manufacturing and installation requirements of the static balancing test equipment， the inspection method of unbalanced moment， the balancing calculation method and the hanging weight design method of a five-paddle CPP onboard a ship， the paper proposes a static balancing test method for the highly accurate CPP. The accurate and reliable method guarantees the manufacturing accuracy of CPP， and thus effectively improves the balancing efficiency. It is suitable for the static balancing test of middle and small size high accuracy CPP devices， and accumulates experience for the domestic manufacture of large CPP with high accuracy.

CPP； static balancing test； hanging weight

U664.33

B

2095-4069 （2016） 04-0009-04

10.14056/j.cnki.naoe.2016.04.003

0 引 言

2015-08-21

劉麗飛，女，高級工程師，1979年生。2001年畢業(yè)于華東船舶工業(yè)學院，目前從事調(diào)距槳制造技術工作。

調(diào)距槳裝置是由槳轂組件和一組單片的槳葉（通常為4葉或5葉）安裝后組成，裝配好的調(diào)距槳裝置應能符合靜平衡指標要求，通常須經(jīng)靜平衡試驗進行驗證［1-2］。