常春苗 沈建剛
摘 要:隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,我國船舶建造行業(yè)更加繁榮。在船舶建造中有一個重要建造工序,那就是軸系的校中,校中時需要運用合理的計算分析方法,并且運用合適的校中工藝與方法,才能保證正確校中,保證船舶建造質(zhì)量。本文從船軸系合理校中工藝的國內(nèi)研究談起,以某一船型為實例,提出了其的軸系校中工藝和方法,具體包括校中前期數(shù)據(jù)計算,得出校中曲線與偏差數(shù)據(jù),然后計算出軸承的比壓和反力,校中滿足規(guī)范,實現(xiàn)了合理校中。
關(guān)鍵詞:船軸;校中;軸承反應(yīng)力;工藝
在船舶建造過程中,軸系校中是船舶動力設(shè)備安裝過程中的重要組成部分,其作用十分關(guān)鍵。船舶軸系校中質(zhì)量的精度對民用船舶來說,直接關(guān)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,直接影響到其戰(zhàn)斗性能及船舶的隱身性能。可見,船舶軸系校中質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。
1、國內(nèi)研究情況
近年來,隨著建造大型船舶的出現(xiàn),對船舶軸系校中的工藝也在飛速發(fā)展。目前常見的軸系校中工藝有直線校中法、三彎矩法、負(fù)荷校中法。針對不一樣型號的船舶,長短不同的軸系,選擇合理的軸系校中工藝,成為當(dāng)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(lǐng)域較多的為動態(tài)合理校中法。國內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究,一些學(xué)者建立了大型船舶推進(jìn)軸系校中多點非線性彈性支承計算模型,研究軸承處負(fù)荷分布情況;而另外一些學(xué)者對中間軸承對船舶軸系力學(xué)狀態(tài)影響進(jìn)行了數(shù)值模擬;還有一些學(xué)者對LNG船軸系校中的船體變形進(jìn)行了計算分析;一些學(xué)者還思考了非線性支撐對油船的軸系對中的影響。
2、軸系布置及基本參數(shù)
2.1軸系布置
船舶軸系主要山螺旋槳、艦軸、艦軸承、中間軸、中間軸承及主機(jī)等組成。其軸系構(gòu)成包括了柴油機(jī)、短軸、中間軸、艦軸、艦管裝置、艦軸密封裝置、螺旋槳等。
2.2軸系基本參數(shù)
LB8250ZIC-17是主機(jī)型號;1470kW主要功率;750rpm是主轉(zhuǎn)速;GWC49.54是齒輪箱的型號,大齒輪前軸承也是滾動軸承,處軸徑有260mm;大齒輪前軸承也是滾動軸承,長度是80mm;大齒輪后軸承也是滾動軸承,處軸徑是240mm;大齒輪后軸承也是滾動軸承,其長度是72mm;尾管后軸承直徑是255mm,其長度為560mm;尾管前軸承直徑220mm,長度為280mm。
2.3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,應(yīng)該依據(jù)計算模擬的船舶下水具體狀態(tài)有著怎樣的受力和變形狀態(tài),并且考慮螺旋槳所受的重力以及浮力狀態(tài),確定軸系臨時對中狀態(tài),軸系校中模型如圖二所示,表1列出了軸承序號及對應(yīng)的支撐位置,并標(biāo)注了軸承長度。
3、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(jìn)行直線對中計算,計算在該工況下軸系的彎矩與軸承負(fù)荷,然后根據(jù)計算結(jié)果及反力影響系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,最后得到能滿足所有要求的優(yōu)化結(jié)果訓(xùn)。考慮圖一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,考慮軸系中的軸承數(shù)n;任意截而k,其彎矩可以表示為:
式中,MRi為第i個軸承反力對截而k的彎矩,n為反力的個數(shù);MEj表示為第j個外力對截而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(jìn)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(shè)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57.21k.N,得出軸承反力影響系數(shù)、軸承偏移曲折等數(shù)據(jù),通過列表得出軸承比壓、反力計算對比值。通過對軸系強(qiáng)度校核,得到軸系變形位置圖。
4、軸系安裝工藝流程
現(xiàn)在船舶建造方式為分段建造、分段介攏后模式,在船舶尾部分段建造過程中,利用激光對中儀將艦軸管對正,通過照光,確定軸系中心線和艦軸管加工量,然后通過計算確定主機(jī)位置。艦軸承壓裝后,安裝艦軸及艦密封,壓裝螺旋槳,進(jìn)行中間軸,主機(jī)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(jìn)行主機(jī)和軸系高度位置參數(shù)。保證軸系在船臺安裝期間實現(xiàn)軸系介理對中狀態(tài)。之后將主機(jī),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(fù)荷在要求允許的負(fù)荷范圍內(nèi)。此次研究中,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(jìn)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(jìn)行計算,滿足規(guī)范要求。根據(jù)軸系介理校中的理論計算方法,按照軸系安裝工藝指導(dǎo)書對軸系安裝工藝進(jìn)行研究,以期為工程技術(shù)人員提供出理論參考數(shù)據(jù)。
結(jié)束語:
我國各項事業(yè)都在迅速發(fā)展,其中的船舶建造行業(yè)有著突出的發(fā)展。建造了更多的船舶,但船舶建造并不是一件容易的事情,船舶建造中有一個重要建造過程,那就是軸系的校中,如果其計算或者其他方面存在不合理的地方,很容易造成船舶低質(zhì)量的問題,因此,校中時必須運用合理的計算分析方法,并運用合適的校中工藝與方法,才能保證正確校中,保證船舶建造質(zhì)量。
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