王鳳良 ， 徐正強(qiáng)

(1.駐上海滬東中華造船(集團(tuán))有限公司 軍事代表室, 上海200129；2. 滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海 200129)

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某新型船主推進(jìn)系統(tǒng)安裝工藝革新

王鳳良1， 徐正強(qiáng)2

(1.駐上海滬東中華造船(集團(tuán))有限公司 軍事代表室, 上海200129；2. 滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海 200129)

針對某型艦船采用高強(qiáng)鋼薄板建造，結(jié)構(gòu)總縱強(qiáng)度較弱，長軸系多軸承，且主機(jī)和齒輪箱雙隔振安裝等情況，其軸系安裝與校中難度較大，采用傳統(tǒng)的建造工藝難以保證建造質(zhì)量和效率。研究液壓鏜排鏜孔、方程優(yōu)化法軸承負(fù)荷測量與調(diào)整及主機(jī)反變形對中等3個關(guān)鍵工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，可明顯提高質(zhì)量，縮短建造周期。

艦船；主推進(jìn)系統(tǒng)；安裝工藝

0 引言

某新型艦船船體采用了高強(qiáng)鋼薄板材料及鋁板材料，主動力為雙機(jī)雙槳推進(jìn)，軸系較長，主機(jī)與齒輪箱同時采用彈性隔振安裝。在建造過程中，推進(jìn)系統(tǒng)安裝面臨3道難題：一是由于設(shè)計結(jié)構(gòu)特點，導(dǎo)致其對軸架及艉軸承鏜孔精度和變形控制的加工要求很高；二是由于其結(jié)構(gòu)較弱、總縱強(qiáng)度差，外加潮水、溫度變化等不利因素產(chǎn)生附加負(fù)荷，使軸承負(fù)荷數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，軸系負(fù)荷調(diào)整誤差大、周期長；三是主機(jī)與齒輪箱均非剛性連接，設(shè)備安裝和對中的難度很大，甚至海試后還需調(diào)整。為解決上述問題，在實際建造中，通過采用液壓鏜排鏜孔、方程優(yōu)化法負(fù)荷預(yù)測與調(diào)整、主機(jī)反變形對中等工藝，效果十分顯著。

1 液壓鏜排鏜孔工藝與應(yīng)用

設(shè)計采用專用液壓鏜排，對艉軸管、軸架進(jìn)行鏜孔，以此取代傳統(tǒng)的機(jī)械電機(jī)拖排(后文簡稱傳統(tǒng)拖排)鏜孔，以提高鏜孔平穩(wěn)性和切削精度。鏜孔時將液壓排鏜軸兩端軸承與托架連接固定。鏜軸末端安裝動力頭。工作時，通過液壓泵組連接動力頭驅(qū)動鏜排轉(zhuǎn)動。通過固定鏜排末端齒輪搖把帶動鏜軸內(nèi)絲桿給予鏜刀前后移動。如圖1所示。

圖1 液壓鏜排鏜孔與機(jī)械電機(jī)拖排鏜孔

液壓鏜排在施工中振動小，切屑量均勻，鏜孔后孔徑偏差在0.01～0.03 mm，而機(jī)械電機(jī)拖排鏜孔孔徑偏差在0.07～0.09 mm。液壓鏜排加工完內(nèi)孔表面粗糙度達(dá)到3.2 μm，而機(jī)械電機(jī)拖排鏜孔后一般為12.5 μm，經(jīng)拋光后才能達(dá)到6.3 μm。軸孔加工質(zhì)量明顯提高，有利于提高軸承的安裝質(zhì)量。表1為某船分別采用液壓鏜排鏜孔與機(jī)械電機(jī)拖排鏜孔精度對比。

表1 液壓鏜排與機(jī)械電機(jī)拖排鏜孔精度對比

液壓鏜排鏜孔在搭排和拆排階段取消了萬向節(jié)接頭和導(dǎo)軌的安裝，用工明顯減少。在切削效率上，粗加工階段液壓鏜排鏜孔一次可切屑5～6 mm，而機(jī)械電機(jī)拖排鏜孔一次只能切屑2～3 mm。整個鏜孔周期可縮短40%。圖2為某船采用液壓鏜排鏜孔與機(jī)械電機(jī)拖排鏜孔效率對比。

圖2 液壓鏜排與傳統(tǒng)拖排鏜孔效率對比

2 程序優(yōu)化法軸承負(fù)荷預(yù)測與調(diào)整工藝

傳統(tǒng)的軸承負(fù)荷預(yù)測方法一般為試湊法，即根據(jù)給出的一組軸承位移，求出一組相應(yīng)的軸承負(fù)荷，如果數(shù)據(jù)在設(shè)計范圍內(nèi)則收集，不在則重新再給出一組數(shù)據(jù)，直到試湊到合理區(qū)間為止。然后分析所得到的多組數(shù)據(jù)，選出負(fù)荷最佳的為優(yōu)，以找到最佳負(fù)荷分布與之相對應(yīng)的軸承變位組合。

鑒于某些艦船長軸系多軸承且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏弱的情況，采用傳統(tǒng)的試湊法預(yù)測負(fù)荷，計算量將非常大且要反復(fù)調(diào)整，測力周期一般要6～8周，效率低下。為此，基于試湊法的結(jié)果進(jìn)行逆向推導(dǎo)，設(shè)定對于長軸系上有n個軸承，其最佳負(fù)荷分布Y(1-n)與之相對應(yīng)的最佳軸承變位組合X(1-n)是一個具有線性關(guān)系的方程，那么在給定約束條件下，可求出目標(biāo)函數(shù)的極大值或極小值。因此，可將最佳負(fù)荷分布和最佳變位組合設(shè)定為線性關(guān)系，通過目標(biāo)函數(shù)方程求出最優(yōu)解答。

上述給定約束條件主要包括：(1) 各軸承位移之和最小，且艉軸管后軸承負(fù)荷減小最多；(2) 調(diào)整后的位移使各軸承負(fù)荷Ri在設(shè)計范圍內(nèi)，有Rmin

某系列船軸系在船內(nèi)分布有2個中間軸承和1個推力軸承，設(shè)有2段軸架。推力軸承內(nèi)部有前后2個徑向軸承，即船內(nèi)軸系上總共有4個支撐點。推力軸承內(nèi)部的2個支撐點相距500mm，影響系數(shù)非常高，最高達(dá)到400kN/mm(4kN/0.01mm)，2個中間軸承對于推力軸承影響系數(shù)分別約為0.7kN/0.01mm和0.2kN/0.01mm。推力軸承的負(fù)荷誤差允值為±1.3kN，因此調(diào)整難度極大。中間軸承的負(fù)荷誤差允值為±2.3kN。根據(jù)推力軸承的特性，如果推力軸承數(shù)據(jù)超差或曲線無拐點，則暫不需調(diào)整推力軸承，可通過微調(diào)中間軸承來調(diào)整推力軸承負(fù)荷(如果需要較大的變動，則可通過調(diào)整推力軸承螺栓，使推力軸承誤差在±20%內(nèi)即可)。為此在建立優(yōu)化方程時主要調(diào)整2個中間軸承。

根據(jù)上述方法的論證，編制出基于ExcelVba的應(yīng)用程序，并可在輸入初始測量負(fù)荷后得出一個或多個調(diào)整方案。圖3為某船采用方程優(yōu)化法預(yù)測輸出的軸系精確調(diào)整方案截圖。

圖3 某船采用方程優(yōu)化法預(yù)測和調(diào)整軸承負(fù)荷截圖

通過方程優(yōu)化法預(yù)測和調(diào)整軸系負(fù)荷，從某系列船4#船起實船應(yīng)用效果明顯。1#船、2#船中間軸承負(fù)荷誤差由1#船(采用試湊法)的5%左右下降到8#船的2%以下，推力軸承前后負(fù)荷誤差由1#船的7%以上下降到8#船的2.5%左右，逐步靠近理論值。具體如表2所示。該船測力總周期由1#船的49天逐步縮短到8#船的21天，縮短周期50%以上。

表2 某系列船1#～8#船軸承負(fù)荷與預(yù)測值誤差比對 %

3 主機(jī)、齒輪箱雙隔振下的對中反變形工藝

對于主機(jī)和齒輪箱均采用彈性隔振的情況，在艦船中較為少見(一般僅主機(jī)隔振)，實踐中缺乏成熟的工藝積累。在傳統(tǒng)工藝中，隔振裝置在內(nèi)場事先預(yù)壓若干時間，并記錄避振器的壓縮量，船舶下水后再進(jìn)行隔振裝置壓重，測量避振器的壓縮量趨于穩(wěn)定后進(jìn)行對中。等到動力裝置系泊試驗完，復(fù)測對中數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)偏差，一般采取在隔振裝置與設(shè)備之間加入或抽去薄墊片的方法進(jìn)行調(diào)整。復(fù)測數(shù)據(jù)和調(diào)整工作量很大，甚至有時船舶海試后還需調(diào)整。然而，對于某型船主機(jī)和齒輪箱均采用彈性隔振、且船體結(jié)構(gòu)和材料較為特殊的情況，影響對中數(shù)據(jù)偏移(走中)的因素更復(fù)雜，對中數(shù)據(jù)調(diào)整工作量太大，為此，針對某型號主機(jī)/齒輪箱安裝研究提出了對中反變形工藝。

3.1 主機(jī)/齒輪箱走中原因分析及驗證

采取因素分析法，分析主機(jī)/齒輪箱走中的各種可能因素(見圖4)。對各因素逐一進(jìn)行驗證，如表3所示。

圖4 主機(jī)/齒輪箱走中原因分析

序號末端因素驗證方法驗證結(jié)果是否要因1船舶吃水在不同的吃水情況下測量對比數(shù)據(jù)對比不同是2江面水文在不同的潮高情況下測量對比數(shù)據(jù)對比相同否3天氣溫度在白天和夜晚測量對比數(shù)據(jù)對比相同否4避振器壓縮不到位比對避振器預(yù)壓高度檢查表主機(jī)避振器高度不穩(wěn)定是5鎖緊裝置松動檢查鎖緊裝置是否工作正常能正常鎖緊否6代重沙袋不到位檢查油水代重沙袋重量和位置主機(jī)的代重位置無法與正常油水位置作對比是7船校管路不到位檢查軟管是否受力受力情況下有微量影響否

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通過分析比對數(shù)條船的對中和避振器壓縮變化量的數(shù)據(jù)，基于分析驗證，通過調(diào)整船舶吃水狀態(tài)保持一致，并保證代重沙袋重量和位置一致，將影響主機(jī)/齒輪箱走中的因素鎖定為避振器壓縮量變化。

3.2 對中反變形量確定

發(fā)現(xiàn)每條船海試后，徑向偏差均體現(xiàn)在主機(jī)位置偏低，角向偏差均體現(xiàn)在上開口較大。經(jīng)數(shù)據(jù)線性計算分析，對主機(jī)初次對中測量墊片時，可預(yù)先將主機(jī)對中放置防變形量，將主機(jī)抬高0.6 mm，角向偏差調(diào)整在下開口0.25 mm。

主機(jī)對中放置反變形量后，某型船各條船開口偏差值和位移偏差值均有明顯減小，完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。海試后基本不用調(diào)整，效果十分顯著。如表4所示。

表4 某船海試后主機(jī)開口偏差和位移偏差數(shù)據(jù)統(tǒng)計 mm

4 結(jié)束語

通過對液壓鏜排鏜孔、方程優(yōu)化法軸承負(fù)荷預(yù)測與調(diào)整、主機(jī)反變形對中工藝的實施，實船建造質(zhì)量明顯提升，軸系安裝及測力周期大幅縮短，也相應(yīng)減少了大量人工工時，具有積極的應(yīng)用價值。

[1] 周瑞.艦船推進(jìn)軸系校中的多目標(biāo)優(yōu)化計算方法[J]. 中國艦船研究，2013，3：73-77.

[2] 龔濤.高新艦船長軸系施工質(zhì)量和周期的過程控制[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2014.

Technical Innovation of a Ship's Main Propulsion System Installation

WANG Fengliang1, XU Zhengqiang2

(1.Navy Representative Office of Hudong Zhonghua Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200129, China;2.Hudong Zhonghua Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

It is difficult to ensure the quality and efficiency of the navy ship by the traditional construction technology, as the navy ship is constructed by high-strength steel sheet, and the main engine/gearbox is installed by double-stage vibration-isolation. A new installation technology is introduced in the following aspects: hydraulic boring process, equation method measurement of bearing load, and anti-deformation alignment of the main propulsion system. Compared with the traditional technology,it has significant advantage in improving construction quality and efficiency.

navy ship; main propulsion system; installation technology

王鳳良(1965-)，男，高級工程師，主要研究方向為艦船輪機(jī)工程

1000-3878(2017)02-0060-04

U

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