民用船舶舵系轴系修理工艺研究论文.pdf

哈尔滨工程大学 硕士学位论文 民用船舶舵系轴系修理工艺研究 姓名：赵华锋 申请学位级别：硕士 专业：船舶与海洋工程 指导教师：李凤来 2012-03-16 民用船舶舵系轴系修理2 1 ：艺研究 摘要 本文对近年来国内船厂的轮机修理工程项目的变化进行了研究，分析认为舵系轴系 修理工程已经成为船厂轮机修理的主要项目。对民用船舶( 散货船、油船、集装箱船和 工程船等) 中比较常见的舵、轴系结构类型分别进行了介绍。 本文的主要工作分为以下几个方面： 首先对目前最常见的舵系类型( 悬挂舵、半悬挂舵和双支承舵) ，对其损坏情况由 轻到重进行分类，依次分为：舵系正常使用，舵系轴承稍有磨损未超差；舵系轴承磨损 超差；轴承孔本体磨损，舵系中心丢失；舵叶的锥孔或法兰面腐蚀，舵杆、舵销的锥体 腐蚀，舵杆或舵销螺母丢失；以及舵叶木体变形，舵杆、舵销的锥体腐蚀，弯曲变形， 且舵柱损坏或断裂等。对其损坏原因进行分析，修理工艺进行了逐一分析研究。 其次对目前最常见的轴系类型( 单轴短轴系、油润滑) ，对其损坏情况由轻到重进 行分类，依次分为：轴系正常使用，艉轴管轴承稍有磨损，油封无损坏做常规检查；轴 系拆卸，油封换新做特检；艉轴管轴承磨损超差；以及艉轴管损坏，轴系中一e l , 丢失等。 对其损坏原因进行分析，修理工艺进行了逐。一分析研究。还对改装船新增轴系安装工艺 进行了研究。 再次对修船厂经常遇到的舵机间换板影响舵系，机舱区域换船底板影响轴系的控制 工艺方法也进行分析研究。 本文在对上述修理工艺研究过程中，结合了国内各船厂的修理方法，对一些有共同 特征的修理工艺进行了综合；对某些相同的修理内容又列举了多种修理方法，并对各自 的特点进行比较分析。同时对具有一定典型性的修理工艺和有一定创新性的舵、轴系修 理专利方法和专用工装件进行了举例介绍。形成了一套较完整的民用船舶舵、轴系修理 工艺和技术方法。 关键词：舵系轴系修理工艺变形控制专利技术 民用船舶舵系轴系修理i ：艺研究 a b s t r a c t i nt h ec o n t e x to ft h ea b s t r a c tw h i c ha n a l y z er e c e n t l yt r a n s f o r m a t i o no ft h e e n g i n e r e p a i r i n go b j e c t si nt h ed o m e s t i cs h i p y a r d t h er u d d e ra n ds h a t ts y s t e mr e p a i r i n gi st oa b o u t t h ec r u c i a lo b je c t sa n dt h e r e f o r ei n t r o d u c ec o m m o n t y p eo ft h er u d d e ra n ds h a f ts t r u c t u r ei n t h ec i v i lv e s s e l s ( s u c ha sb u l kc a r r i e r ，o i lt a n k ，c o n t a i n e rv e s s e la n d e n g i n e e r i n gv e s s e l l t h i sw o r kc a nb ed i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n gm a i na s p e c t s ： f i r s t ，f o rt h es a k eo fa n a l y z i n gt h em o s tc o m m o nt y p eo ft h er u d d e rt y p e ( s u s p e n s i o n r u d d e r ，s e m i s u s p e n s i o nr u d d e ra n dd o u b l es u s t a i n e dr u d d e r ) ，t h ea b s t r a c tc a t e g o r i z et h e d a m a g es i t u a t i o na c c o r d i n gt ot h ea c t u a l l yc o n d i t i o n s a c c o r d i n g l y ；r u d d e rs y s t e mi st ou s ei n t h en o r m a lc o n d i t i o n s ，b e a r i n gi st ow e a r d o w ns l i g h t l yw h i c hi si n t h el i m i t a t i o n ；r u d d e r s y s t e ma n db e a r i n gi st ow e a r d o w nw h i c hi so u to ft h el i m i t a t i o n ；b o d yo ft h eb e a r i n gh o l ei s t ow e a r d o w n ，c e n t e ro ft h er u d d e rs y s t e mi st ob ee c c e n t r i c ；c o n eo ft h er u d d e rb l a d eo rt h e f a c eo ff l a n g ei st ob ec o r r o s i o n ；r u d d e rs t o c ko rr u d d e rp i n t l es c r e wa r et ob el o s ta n dt h e b o d yo ft h er u d d e rb l a d ea r et ob ed e f o r m a t i o n ；r u d d e rs t o c ka n dr u d d e rp i nc o n ea r et ob e c o r r o s i o nw h i c hi sb e n d e da n dd e f o r m a t i o n t h er u d d e rc o l u m ni st ob eb r o k e no rr u p t u r e i t i st oa n a l y z et h er e a s o n sf o rt h ea b o v em e n t i o n e ds i t u a t i o na n da c c o r d i n g l yr e s e a r c h t h e r e p a i r i n gw o r k m a n s h i p s e c o n d ，f o rs a k eo fc a t e g o r i z i n gt h em o s tc o m m o ns h a f ts y s t e m ( s i n g l es h o r ts h a f t s y s t e m ，o i ll u b r i c a t i n g ) ，t h ea b s t r a c tc a t e g o r i z et h ed a m a g es i t u a t i o na c c o r d i n gt ot h ea c t u a l l y c o n d i t i o n s a c c o r d i n g l y ；s h a f ts y s t e mi st ob ei nt h en o r m a lc o n d i t i o n ，s t e r n t u b eb e a r i n gi st o b es l i 曲t l yw e a r d o w n ，s t e m t u b eo i ls e a li st ow i t h o u td a m a g e ；s t e r nt u b eb e a r i n gd i s m a n t l e a n dc h e c k i n g ，o i ls e a li st ob er e n e w e d ；s t e r nt u b eb e a r i n gw e a r d o w ni st ob eo u to f t h e l i m i t a t i o na n ds t e r nt u b ei st ob ed a m a g e d ，t h ec e n t e ro fs h a f ts y s t e mi st ob ee c c e n t r i c i ti st o a n a l y z et h er e a s o n sf o rt h ea b o v em e n t i o n e ds i t u a t i o na n da c c o r d i n g l yr e s e a r c ht h er e p a i r i n g w o r k m a n s h i p i ti sa c t u a l l yr e s e a r c ht h en e ws h a f ts y s t e mi n s t a l l m e n tw o r k m a n s h i pi nt h e r e c o n s t r u c t i o nv e s s e l s f i n a l l y , i ti st or e s e a r c ht h ep r o b l e m si ns h i p y a r dw h i c hi so f t e nh a p p e nb e t w e e nt h e s t e e r g e a r i n gc h a n g i n gp l a t ei m p a c tt h er u d d e rs y s t e ma n d c h a n g i n gt h eb o t t o mp l a t ei m p a c t t h er u d d e r s h a f ts y s t e ma n da n a l y z i n gt h ec o n t r o lw o r k m a n s h i p t h ea b s t r a c ti st or e s e a r c ha b o v er e p a i r i n gw o r k m a n s h i pw h i c hi st oc o m b i n e t h ea 1 1 d o m e s t i cs h i p y a r dm e t h o d m a k et h eg e n e r a lr e s e a r c hi nt h ec o m m o n c h a r a c t e r i s t i c sa n dl i s t m a n yr e p a i r i n gm e t h o d sf o rt h es a m ec o n d i t i o n si nw h i c ha n a l y z ea n dc o n t r a s tt h e i n d i v i d u a l c h a r a c t e r i s t i c i ti se x e m p l i f i e ds p e c i a la s s e m b l yf o rt h es p e c i a lr e p a i r i n gw o r k m a n s h i pa n d 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i n n o v a t i o nr u d d e r s h a f ts y s t e mp a t e n tm e t h o d ，w h i c hi sa i mt of o r mad i r e c tg u i d e l i n em e t h o d f o r t h ec o m m o nv e s s e lr u d d e r s h a f td o c k i n g r e p a i r i n gm e t h o d k e yw o r d s - r u d d e rs y s t e ；s h a f ts y s t e m ；r e p a i r i n gw o r k m a n s h i p ；d e f o r m a t i o nc o n t r o l ；p a t e n t t e c h n i q u e 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 船舶的动力推进装置心1 有明轮、平旋轮，喷气推进、喷水推进等，目前民用 船舶的动力装置，8 0 以上采用主机驱动螺旋桨的推进系统，依靠舵来控制航行的 方向，因此舵、轴系是满足船舶正常运营的重要设备。一般船舶每隔2 5 年就要进 船坞对舵、轴系进行一次检查维护。然而舵轴系在使用过程中往往受到航行区域的 恶劣海况、意外的海损事故、运行维护的疏忽大意和原始材质存在的缺陷等问题困 扰，使得舵、轴系运行出现失效问题。轻微失效会造成船舶的航速下降，油耗上升， 振动噪音增加等问题；轻微失效如果不能及时修复，让其“带病工作”，会使得失效 程度加剧；而严重失效会使得船舶失去动力，甚至造成安全事故并带来巨大的经济 损失。 船舶舵、轴系修理工程一般必须在船坞内进行。由于船舶舵轴系种类较多，与 各种船型匹配的舵轴系规格相差较大，国内外的设计各有特点，船舶使用中造成的 损坏各不相同，因此选择高效的修理方案，制定合理的修理工艺，往往需要花费不 少时间心6 | ，而船东希望船舶修理的周期是越短越好，作为修船企业也尽可能希望缩 短坞期、提高效率。在实际生产中，舵、轴系修理工程成为制约船坞周期的重要因 素。 如果能够针对各种不同舵、轴系的损坏情况，寻找其相同之处进行分析归纳， 在工程勘验中有针对性的对重要部位的测量寻找问题，就能及时确定修理方案、制 定修理工艺；在修理过程中利用相应的工装件来降低操作难度，提高修理精度；对 于一些舵系部件修理的焊接变形等进行控制，还能减少镗孔时间等，将大大提高舵 轴系修理质量和船坞的使用效率。 基于以上分析，进行船舶的舵、轴系修理工艺研究有着重要的意义。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 2 课题的研究背景及现状 船舶轮机修理工程包括主机、副机、锅炉、泵，舵系、轴系、甲板机械等。早 期的船舶采用蒸汽机动力装置，有蒸汽主机，蒸汽货泵、蒸汽锚机等。每次进厂维 修时提前半年，由修船厂派遣技术人员上船，跟船一个航次，主要是对船上需要维 修、更换蒸汽机的部件进行测绘( 因为蒸汽机没有实现标准化专业化，维修时需要 更换的部件全部由工厂制作) ，技术人员回来后开始出图纸，铸造各种零件的材料， 并进行粗加工、自然时效处理。等船进厂后，对蒸汽机进行修理，镗汽缸，换新活 塞、活塞环、气门，根据修理后的尺寸配合，对已经准备的零件、材料进行精加工， 然后拂配安装，当时船舶修理以轮机工程为主。随着柴油机成为船舶主要动力装置 后，这一现象大为改观。因为柴油机实现了标准化和专业化，船厂在修理柴油机时， 不需要自己制作汽缸套、活塞、活塞环等部件，由专业厂家提供标准备件，船厂只 负责安装，这样船厂的轮机修理工作量大大减少。 从上世纪8 0 年代起，一批世界一流设备制造商如西门子( 船舶电气) 、a b b ( 增 压器) 、沙布罗( 船舶制冷设备) 等在国内成立专业技术维修服务站，对他们自己的 产品进行专业维修，许多轮机工程项目不再需要船厂修理，不再需要进厂维修( 可 以采取航修的方式) 。而新世纪以来，连主机修理都出现专业化维修( 如瓦锡来) 。 只有舵、轴系工程，由于必须在船坞内进行，且需要大型起重设备，大型机加工设 备配合，无法实现专业化维修，必须进船厂维修。因此舵、轴系修理成为船舶企业 最主要的轮机修理工程。 新世纪以来( 2 0 0 8 年国际金融危机前) ，国内的修船行业蓬勃发展瞠引，一大批 新的船厂纷纷建立，新建船厂普遍拥有大型船坞和充足的码头岸线。据统计心9 1 ，目 前我国拥有5 万吨级以上的修船浮船坞2 4 座，其中以“中海峨眉山”号最大( 长 4 1 0 米、内宽7 2 米，举力8 5 0 0 0 吨，坞容4 0 万吨) ；5 万吨级以上的修船干船坞3 0 座，其中以“友联1 群”号最大( 长4 0 0 米、宽8 3 米，坞容4 0 万吨) ；另有1 0 座在 建的干船坞，其中坞容4 0 万吨的有5 座。新建船厂普遍拥有大量钢结构、涂装的劳 动力，很快突破了“老牌”船舶企业的单目钢板工程修理量和单日涂装作业面积量； 第1 覃绪论 但对于技术含量相对较高的轮机舵轴系修理工程，却无法在短时间突破。 许多老的修船企业，在舵、轴系修理二i 二程中，仍普遍采用传统的方法，各企业 也根据自身的特点和条件，对一些工艺方法有一定创新，但企业问缺乏交流。如现 在使用船舶舵轴系修理的船舶行业标准是1 9 9 2 版呤1 ，新标准尚未修订。中远集团于 2 0 0 5 年组织一批各船厂退休的“老法师”编制了一套船舶修理技术要求企业标准在 其集团内部使用。其中包括舵轴系修理技术要求，但其内容基本参考了1 9 9 2 版的船 舶行业标准。 1 3 课题研究单位情况简介 本文作者工作于上海船厂船舶有限公司，该公司始建于1 8 6 2 年，现属于中国船 舶工业公司。船厂原在浦东陆家嘴地区，2 0 0 3 年前后，生产主体搬迁至上海崇明岛 中部。现崇明厂区占地1 4 0 余万平方米，拥有10 万吨级船台、3 0 万吨级大型港池及6 0 0 吨龙门吊、5 3 0 0 0 m 2 船体加工车间和3 2 0 0 0 m 2 分段制造车间, u 2 5 0 0 , g 浮吊等生产设施 及设备。 上海船厂是以修船起家的，有着悠久的修船历史。原浦西修船分厂的前身为英 联船厂，主要从事修船工作，解放初期上海船厂也以修船为主，并以轮机修理技术 见长，期间还不断与兄弟船厂进行技术交流，为他们培养各类技术人员。上世纪九 十年代初，上海船厂的修船产值曾居全国第一。但随着各地经济的发展，大批新建 船厂的出现，上海船厂的修船硬件设施已显落后，钢板修理和涂装修理的产能落后 于新建船企，但凭借多年的修船积累，轮机、坞修的修理技术依旧在业界屈指可数。 现在修船基地在崇明，拥有码头线7 5 0 米，1 0 万吨和4 万吨级浮船坞各一座，计 划今年再新建3 0 万吨级浮船坞一座。近年来先后完成多艘船舶改装工程，如将1 0 万 吨级散货船改装为减载平台的“新双峰海”，为中海油改装的六缆物探船“海洋石油 7 1 8 ”，八缆物探船“海洋石油7 1 9 ”；“雪龙号”极地考察船改装，1 0 万吨级o b o 船改 装为油船的“爱尔兰海”“阿拉斯加海”；1 0 万吨级油船改装为散货船的“新上海” “奥创轩”等。 哈尔滨： 程大学硕士学位论文 1 4 本文主要研究内容 本文对近年来国内船厂修理的散货船、油船、集装箱船和工程船等船舶中比较 常见的舵轴系结构类型进行介绍，选取最常见的舵系类型( 悬挂舵、半悬挂舵和双 支承舵) 和轴系类型( 单轴短轴系、油润滑) 对其损坏原因进行分析。结合国内各 船厂的修理方法，对舵、轴系修理工艺进行分析研究。针对修船厂经常遇到的舵机 问换板影响舵系，机舱区域换船底板影响舵轴系的控制方法本文也进行分析研究。 本文探讨的舵、轴系的修理工艺从正常使用磨损修复方法到非正常事故修复方 法逐一介绍，由简入繁的分别阐述。列举诸多修理方法，分析其特点，并介绍几种 有一定创新性的舵系轴系修理的专利方法和专用工装件。 4 第2 章舵系修理工艺研究 2 1 概述 第2 章舵系修理工艺研究 船舶在航行时，需要根据航线和海况调整或改变自己的航行方向。目前常见的 控制船舶航向的方法有哺1 ：船艏部和艉部的侧推进器，可利用它的正、倒转产生侧 推力使船实现转向；利用导流管舵的偏转来实现船舶转向；利用全回转z 推动力装 置的船舶可以进行3 6 0 。方向调整；利用吊舱式电力推进器也可以进行3 6 0 。方向调 整等。 但是目前船舶上应用最广泛的转向装置还是舵系统，船舶舵系的中心位于0 肋 位、船中位置。它包括舵叶和舵传动装置，一般布置在螺旋桨的后面，当它们转动 某一角度时，能直接改变船舶的航向。 常见的舵系由以下几部分组成： 舵叶一用于直接保证船舶的操纵性能； 舵传动机构一一用于把舵机产生的力，传递给舵杆，舵杆转动带动舵叶转动； 舵机一是由一整套转舵机械和电动机组成，把作用力加在舵杆上，使舵转动； 目前民用船舶常见的舵机有整体转叶式舵机和柱塞油缸式舵机。 舵机操纵系统一一为了使舵机能按照驾驶者的意图，及时地进行转舵，并使舵 准确地转动所需要的舵角上，以确保船舶操纵性，就必须有一套由驾驶者( 室) 控 制、操纵舵机的系统。 上述的舵系四大部分是广义的舵系设备，而在修船厂，坞修工程内修理的舵系 项目仅仅指舵叶和舵传动机构。因为舵机可以在坞外进行修理，属于一般的轮机修 理项目，而舵机操纵系统都是电气控制机构，属于船舶电工的项目。因此这里研究 的舵系修理工艺，包括舵叶、舵杆、舵销、舵系轴承，上舵承等部件组成的，以舵 系中心线进行上下布置的系统。 哈尔滨： 程大学硕1 j 学位论文 2 2 民船常见舵系结构型式 船舶舵系的结构型式较多，常见的舵系结构有以下几种类型。 2 2 1 半悬挂舵 半悬挂舵有2 种型式。( 图2 1 ) 1 舵杆2 、推力盘3 推力轴承 7 上舵销轴承8 上舵销9 舵柱 图2 1 4 舵承衬套5 上舵承6 联轴器螺栓 1 0 舵叶1 1 下舵销轴承1 2 下舵销 半悬挂舵1 该型半悬挂舵设有舵柱，舵柱上有上、下舵销。舵系共有3 个支点，即上舵承衬 2 3 4 5 6 7 8 9 加 u 挖 第2 章舵系修理一 艺研究 套轴承和上、下舵销轴承。舵杆上部有推力盘推力板轴承，通过法兰式联轴器与舵 叶连接，承受舵叶的重量并为舵叶转向提供扭矩。上、下舵销不受舵叶重力，起舵 系旋转导向作用。 半悬挂舵的另一种型式。( 见图2 2 ) 1 舵杆2 推力盘3 推力轴承4 舵承衬套5 上舵承 6 中间轴承7 舵柱8 舵叶9 舵销轴承 1 0 舵销 图2 2 半悬挂舵2 该型半悬挂舵设有舵柱，舵柱上只有下舵销。舵系共有3 个支点，即上舵承衬套 轴承、舵杆中间和下舵销轴承。舵杆通过锥体与舵叶连接，承受舵叶的重量并为舵 叶转向提供扭矩。舵销不受舵叶重力，起舵系旋转导向作用。 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 哈尔滨工程大学硕士! 学位论文 2 2 2 双支承舵 双支承舵有2 种型式。( 见图2 3 ) 1 舵杆2 推力盘3 推力轴承4 舵承衬套5 上舵承 6 舵杆中间轴承7 舵叶8 舵销9 舵销轴承 10 下舵承 图2 3 双支承舵1 该型双支承舵设有下舵承，下舵承上有下舵销。舵系共有3 个支点，即上舵承衬 套轴承、舵杆中间轴承和下舵销轴承。舵杆通过锥体与舵叶连接，承受舵叶的重量 并为舵叶转向提供扭矩。舵销不受舵叶重力，起舵系旋转导向作用。 双支承舵的另一种型式。( 见图2 4 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 l 第2 章舵系修理工艺研究 1 舵杆2 推力盘 3 推力轴承4 舵承衬套5 上舵承 6 联轴器螺栓7 上舵销轴承 8 上舵销9 舵柱1 0 舵叶 1 1 下舵销1 2 下舵销轴承1 3 下舵承 图2 4 双支承舵2 该型双支承舵设有舵柱和下舵承，舵柱上设有上舵销，下舵承上设有下舵销。 舵系共有3 个支点，即上舵承衬套轴承和上、下舵销轴承。舵杆通过法兰式联轴器与 舵叶连接，承受舵叶的重量并为舵叶转向提供扭矩。上、下舵销不受舵叶重力，起 舵系旋转导向作用。 o 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 l 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 3 悬挂舵 悬挂舵的结构型式。( 见图2 5 ) 1 舵杆2 舵机3 舵机底座4 舵管5 舵叶 6 舵管轴承 图2 5悬挂舵 该型悬挂舵设有舵柱和下舵承，舵柱上设有上舵销，下舵承上设有下舵销。舵 系共有2 个支点，即上舵承衬套轴承和舵管轴承。舵杆通过锥体与舵叶连接，承受舵 叶的重量并为舵叶转向提供扭矩。舵管轴承不受舵叶重力，起舵系旋转导向作用。 1 2 3 4 5 6 第2 章舵系修理一j 艺研究 2 2 4 导管舵 导管舵的结构型式。( 见图2 6 ) 1 舵杆2 推力盘3 推力轴承4 舵承衬套5 上舵承6 中间轴承 7 联轴器螺栓8 导管舵叶9 下舵销1 0 下舵销轴承1 1 下舵承 图2 6 导管舵 导管舵舵设有下舵承，下舵承上设有下舵销。舵系共有3 个支点，即上舵承衬套 轴承、舵杆中间轴承和下舵销轴承。导管舵包在螺旋桨外，舵杆通过法兰式联轴器 与导管舵叶连接，承受导管舵叶的重量并为舵叶转向提供扭矩。下舵销轴承不受舵 叶重力，起舵系旋转导向作用。 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 5 穿心舵 穿心舵的结构型式。( 见图2 7 ) 1 上舵杆2 推力盘3 推力轴承4 舵承衬套5 上舵承6 联轴器螺栓 7 舵杆上轴承8 穿心舵杆9 舵叶1 0 舵杆下轴承1 1 下舵承 图2 7穿心舵 穿心舵有2 根舵杆，并有下舵承。舵系共有3 个支点，即上舵承衬套轴承、穿心 舵杆上、下轴承。上舵杆通过法兰式联轴器与舵叶连接，承受舵叶的重量并为舵叶 转向提供扭矩。穿心舵杆不受舵叶重力，起舵系旋转导向作用。 此外舵系结构还有多支撑舵，襟翼舵等。尽管舵系的结构型式多种多样，但其 实质是通过舵杆等机构来实现对舵叶的转动角度的控制。其中舵机提供动力，上舵 承承受整个舵系的重量，舵杆承受舵叶的重量，并把舵机旋转的扭矩专递给舵叶， 而舵销主要起转动的导向作用。 在诸多型式的舵系结构中，常见的是悬挂舵、半悬挂舵和双支承舵。对这三种 类型的舵系修理进行重点研究。 1 2 、j l 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 第2 章舵系修理工艺研究 2 3 舵系常见故障并分j 、斤其产生的原因 船舶的舵系在使用过程中，会产生各种故障。比如转舵阻力增大，转舵时间延 长。舵系转动时振动剧烈，或者船舶航行时舵系振动。舵系失效，无法使用等。 分析原因，船舶在正常航行时，舵系在一刻不停的工作。当船舶遇到风浪时， 为了保持航向，舵叶会承受来自各个方向的波浪的冲击，冲击力会随着舵叶、舵杆 传递到舵系的各个部件，产生磨损。当船舶转向时，船体的反作用力又会作用于舵 叶，并通过舵叶、舵杆把力传递到舵系的备个部件，产生磨损。由舵系的结构可知， 舵系磨损的部件是上舵承的推力板轴承，舵杆轴承、舵销轴承等。由于舵叶都是在 3 5 。范围内摆动，因此舵系各部件的磨损也是前后和左右不均匀，一般情况下左 右磨损量比较大。 如果舵系的轴承已经磨损，间隙超过极限值，却得不到及时更换继续使用，会 使磨损加剧，直至磨穿轴承，破坏轴承孔本体。 当舵系在使用过程中，舵销或舵杆螺母松脱，舵销或舵杆的锥体与舵叶锥孔松 开，海水进入会造成锥面腐蚀。 当舵系在使用过程中，舵叶和舵杆的法兰联轴器上的螺栓松脱，法兰面松开， 海水进入会造成法兰面腐蚀。 当船舶航行时，舵叶撞击到异物，如触礁，搁浅等情况，舵系将会受到巨大的 作用力，一旦该力大于舵系自身可以承受的极限时，就会产生严重的破坏，比如舵 叶变形，舵杆断裂等。 可以把舵系的损坏情况由轻到重分成以下五类情况： 1 、舵系正常使用，轴承稍有磨损，未超差。 2 、舵系正常使用，轴承磨损己超差需更换或修正，但舵系中心未丢失。 3 、舵系轴承磨损超差需更换，轴承孔本体磨损，舵系中心丢失。但舵叶、舵杆、 舵销本体基本完好。 4 、舵系轴承磨损超差需更换，轴承孔本体磨损，舵系中心丢失。舵叶的锥孔或 法兰面腐蚀，舵杆、舵销的锥体腐蚀，舵杆、舵销螺母损坏或丢失。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 5 、舵系轴承磨损超差需更换，轴承孔本体磨损，舵系中心丢失。舵叶的锥孔或 法兰面腐蚀，舵叶本体变形，舵杆、舵销的锥体腐蚀，弯曲变形。舵柱损坏或断 裂等。 针对以上各类舵系损坏情况，对其修理工艺在下面的分别介绍。 2 4 正常使用舵系的检查工艺 正常使用舵系的检查工艺属于舵系修理的第一类情况。舵系在正常使用过程中， 推力轴承、舵杆或上、下舵销的轴承会产生磨损。一般每个坞期都需要进行检查， 这类情况无需维修，只是检查，检查工艺十分简单。主要有以下几点： 1 、待船舶进坞后，测量舵系各轴承间隙，用塞尺测量，测量时需要将轴承上下 两端，前后左右四个位置的问隙都测量出来，并记录下来。测量时如果轴承位置比 较高，测量者无法够到时，一般采取搭临时的脚手架，使用专用的修理平台( 船厂 自制的专用工具) 或采用高架车进行。这样的测量，由于船舶坐在坞墩上，往往会 根据重心的位置偏向一边，因此轴承前后左右四个位置肯定有一个位置数据为零。 记录下数据后，应把前后的问隙相加，左右的间隙相加，算出轴承的间隙，然后对 照船东的技术说明书或者技术规范进行比较，如果间隙超过极限，则需要进行进一 步修理( 见2 5 节) ，如果间隙大于标准，但小于极限间隙，则可以继续使用。舵系 各轴承的间隙是根据轴承的材料以及轴径大小确定的，一般标准间隙在1 2 m m 左右， 极限间隙在l o m m 以内。 2 、测量舵系下沉量。舵叶上部专门设置了下沉量测量位置，测量后与上一次进 坞测量数据进行比较，可以推算出上舵承推力轴承的磨损情况。 3 、对舵叶进行检查。一般船舶的舵叶都是流线型箱体结构，采用钢板焊接制作， 中间是空腔。在舵叶的上下各设置旋塞一个。在航行时舵叶长时问浸在海水中，海 水会顺着舵叶钢板的焊缝缺陷渗入舵叶内，增加舵叶重量，并造成内部腐蚀。因此 需要打开下面的旋塞进行检查，如果没有海水渗入，打开时不会有海水流出。如果 海水已经渗入，打开时就会有海水流出，就需要对舵叶的焊缝进行检查。检查方法： 等舵叶表面冲砂除锈后，在下旋塞的螺孔上配接头，充入0 0 2 m p a 压缩空气，然后 1 4 第2 章舵系修理： 艺研究 用肥皂水检查舵叶的各条焊缝，发现气泡处做好标记，进行补焊。补焊结束后再用 o 0 2 m p a 压缩空气进行检查，要求维持压力1 5 分钟以上，说明缺陷全部已修正好。 4 、在坞内对舵系的其它部分目视检查，如有损坏的应进行修理。比如舵叶上的 锌块，腐蚀缩小的应进行更换。舵系联轴器螺栓上的保护水泥，水泥丢失的重新搪 补等。 2 5 正常磨损舵系的修理工艺 正常磨损舵系的修理工艺属于舵系修理的第二类情况。船舶舵系有2 或3 个支 点，支点即舵杆或舵销轴承，推力轴承等，舵系在正常使用过程中各轴承经过一个 或几个坞期的磨损。轴承的内径会磨大，推力轴承的厚度会减薄，而舵杆或舵销上 的护套外径会磨小，其间隙会接近或超过极限间隙。经过进坞测量后，就需要对间 隙超差的轴承进行更换修理。在一般的情况下，舵系下部的轴承磨损最快，舵系上 部的的上舵承衬套或舵机处的磨损较小，因此许多船舶修理时只更换下部的轴承。 这类情况主要工作就是更换轴承，有时舵杆或舵销的护套需要加工或更换。 2 5 1 正常磨损的舵系总体修理工艺 对于磨损较小的舵系，一般只更换下部舵销轴承，其修理工艺如下： 1 、割开舵销螺母处的工艺孔板，松开舵销螺母，用液压千斤顶将舵销从舵叶的 锥孔中压出。将舵销和螺母运进车间。 2 、对于已经超差的轴承，可以采取压出或者直接破坏的方法取出，然后检查舵 销轴承孔，孔表面有无磨损，并测量孔内径，一般需要测孔的上、中、下三个位置， 前后、左右两个方向共6 个内径数值。 3 、舵销上车床校调检查，由于舵销与轴承接触，因此当轴承磨损，问隙超差时， 舵销上的护套也被磨损了，可以对磨损的轴颈进行光车( 见2 5 2 节) ，要求粗糙度 为r a 3 2 以上。并测量加工完成后的轴颈直径。 4 、新制舵销轴承，舵销轴承外径根据测量的内径数值的均值加上过盈量( 见2 5 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 节) ，舵销轴承内径根据加工完成后的轴颈直径加上标准问隙。 5 、加工完成后，将轴承安装入轴承孔内，然后安装舵底销。 2 5 2 舵杆和舵销护套换新工艺 图2 8 舵杆和舵销示意图 常见的舵杆、舵销结构如图。( 见图2 8 ) 舵杆和舵销一般采用低碳锻钢制造， 其与轴承配合的轴承档都套有护套，护套的材料是不锈钢或铸青铜，在使用过程后 护套磨损修理工艺如下： 1 、护套的外径轻微磨损，而磨损总是不均匀的，护套表面也会不平整。当更换 轴承时，应先对护套外径进行机加工，即车除表面不平整，车小外径。但外径车小 了会影响强度，一般规定允许将护套车薄至设计厚度的9 0 。 2 、如果护套磨损较为严重，车薄至设计厚度的9 0 时还没有全部车除不平整， 一般允许保留部分( 不超过3 0 ) 不平整，不再继续车小。 3 、对于那些磨损特别严重，或者原来已经加工过的护套，不能保证加工后控制 设计厚度9 0 的，只能采取换新护套的方法。 1 6 第2 章舵系修理工艺研究 护套换新的工艺要求如下： 1 、护套材料尺寸确定，应根据实际需要，对材料的内径、外径和长度各放至少 1 0 r a m 以上余量。 2 、换新护套的材料选择。原则上按设汁图纸选用材料，常用的护套材料是青铜 和不锈钢。由于青铜的铸造性较好，一般均采取离心铸造法。对青铜护套粗加工后， 进行表面检查，如有气泡和夹渣等缺陷和采用焊补修复。不锈钢护套也有采取铸造 的方法，但由于不锈钢铸造性能不良，质量往往难以控制，气泡和夹渣较多。粗加 工后再进行焊补，而不锈钢焊补后会产生硬点，难以机加工。因此不锈钢护套也有 采用不锈钢板卷制的方法制作，( 见图2 9 ) 不锈钢板是轧制的，材质密实，一般无 缺陷，只需确保对接焊缝的质量就可以了，按标准开坡口进行焊接，焊缝做1 0 0 超 声波探伤，合格后做退火处理，再进行机加工。护套粗加工后应配闷板，做压力试 验( 0 2 m p a ，5 分钟不得泄漏) ，检查护套是否有渗漏。护套精加工时，内孔按过盈 量加工到位，而外径仍然放余量。 图2 9不锈钢板卷制护套焊接型式 3 、护套的安装方法。护套采用红套的方法安装。因此加工时内径放过盈量，并 要求粗糙度达至1 r a 3 2 以上。红套的过盈量选择，可按照船舶行业标准船舶舵轴系 修理技术要求，或者按照基孔制h 7 s 6 或基轴匍j s 7 h 6 计算。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 加热后涨开量4 可按公式( 2 1 ) 估算： - - d 口( t 1 一t ) ( 2 1 ) 式中： 4 一加热后的涨开量，m m d 一护套内径，m m 丌一加热温度， 丁一工作室温， 一材料膨胀系数，1 0 巧。c ，0 3 0 0 。c 范围，青铜为1 8 2 ，不锈钢为 172 加热方法： ( 1 ) 火焰加热法( 过去常用) 。先在舵杆或舵销安装护套的位置用对开夹箍 做好限位。在护套中间穿棍子将护套架起来慢慢转动，用三把氧乙炔焊炬均匀加热， 加热时用点温计或红外线测温计测量温度，同时测量护套内径，当内径达到需要时， 应立即抬着护套套入舵杆或舵销上，此时加热不能停止，直至护套套到限位的位置 后，才停止加热，待其缓慢冷却即可。 ( 2 ) 电加热法( 现在使用较多) 。用电加热板包覆在护套外径进行加热，因此 不需要转动护套，测量测量护套内径，当内径达到需要时，将护套套入，然后停止 电加热。 在加热过程中必须同时测量温度和内径变化，如果温度超过3 0 0 而内径还不 能达到，应该停止加热，因为继续加热护套会变软，会自重下内孔拉成椭圆状，护 套有报废的可能。停止加热待其冷却后再加内孔镗大，然后再进行红套。 4 、红套完成，待其完全冷却( 4 d , 时以上) 后可以进行精加工了。 2 5 3 舵系轴承的换新工艺 舵杆、舵销的轴承磨损超差需要更换。其更换工艺如下： 1 、轴承材料尺寸确定。一般应对材料的内径、外径和长度各放至少1 0 m m 以上 第2 章舵系修理工艺研究 的余量。 2 、轴承的材料确定。舵系轴承过去使用的材料有铸青铜，铁梨木，橡胶，桦木 承压板等，由于铁梨木稀缺，而桦木承压板的性能不佳，这两种材料已经逐步淘汰， 一般民用船舶的舵轴承材料只有铸青铜还被保留使用。而现在随着有机化学工业的 发展，高分子聚合物材料在舵系轴承中被大量应用，最早的高分子聚合物是塞龙 ( t h o r d o n ) 4 3 ，塞龙是1 9 6 6 年由加拿大公司研制的，其工作温度为一6 5 1 0 7 0 c ， 具有耐腐蚀，低摩擦，低磨损使用寿命长等特点，并且得到了几乎所有船级社的认 可。但塞龙轴承价格比较贵，由此也催生了国内外一大批企业生产类似塞龙的高分 子聚合材料，围外的如英国的飞龙轴承，围内就更多了( 见表2 1 ) 。国内牛产的高 分子轴承材料在性能上度能够满足要求，但知名度没有塞龙高，而价格仅为塞龙的 1 3 1 2 。由于这些高分子材料已经得到船级社认可，因此船东可以按自己的需要选 取。 表2 1常见高分子轴承材料统计 序名称生产企业认可船级社 1 塞龙加拿大塞龙轴承公司l r 、b v 、a b s 、n k 、c c s 、d n v 2 飞龙 英国t e n m a t l r 、b v 、a b s 、n k 、c c s 、o n v 3 天龙上海博立科技发展有限公司 c c s 、a b s 、d n v 、l r 、n k 、b v 、g l 、t i n a 4圣龙鞍山三友工程塑料有限公司c c s 、 5 彪龙山东欧亚万通海洋工程公司 c c s 6 聚龙江苏省东台市海鹏船舶配件厂c c s 、d n v 、l r 、g l 、a b s 等 7 申龙上海仁发合成材料有限公司 c c s 、l r 、b v 、n k 、d n v 、g l 、a b s 8舟翔龙姜堰市永太船用轴承厂c c s 9g z 盐城江华船舶设备有限公司 c c s 1 0 华龙郑州华龙机械工程公司 c c s 3 、换新轴承的制作和安装方法。船舶舵系轴承换新无法实现标准化，都是根据 实际磨损情况进行单个配车加工，把新轴承的间隙加工到标准数值内。轴承的安装 哈尔滨工程大学硕士学位论文 到轴承孔内普遍采用冷冻法，一般使用干冰( 约一5 0 。c ) 和液氮( 约一1 9 0 。c ) 。根据 使用冷冻介质的不同，以及所用材料的热膨胀系数，按照公式( 2 2 、2 3 ) 计算出 轴承内外径尺寸n 引。 轴承外径哆h ：易h _ d 孔+ d ( 2 2 ) 式中：如一轴承孔内径的数学平均值( 测量后计算求得m m ) ； 4 刃一轴承安装过盈量( 根据具体材料确定m m ) ； 轴承内径蛳d 内= d 轴+ d + a d ( 2 3 ) 式中：锄一配合护套外径的数学平均值( 测量后计算求得m m ) ； 4 刃一轴承安装过盈量( 根据具体材料确定m i l l ) ； a 一轴承安装间隙( 根据具体材料确定m m ) ； 冷冻安装方法有： ( 1 ) 采用干冰的冷冻，需要将加工好的轴承埋入干冰内冷冻2 3 小时，然后取 出安装。安装时应戴好保暖手套，防止冻伤。 ( 2 ) 采用液氮安装的，由于液氮为一1 9 0 多的超低温物质，低温会使金属脆裂， 必须制作专业的安装工具。几年前我们曾使用液氮不慎，盛放了液氮的钢质容器受 撞击开裂，液氮外泄，险些酿成安全事故。因此使用液氮安装需要制作一套专用工 具。制作工具先选择材料，查阅资料后了解到在0 1 0 以下使用的钢称为低温钢， 从科学角度划分，将低温钢分为铁素体低温钢和奥氏体低温钢，或分为一般低温用 钢和超低温用钢。对于低温条件下使用的低合金耐低温钢，必须满足下列几个基本 要求，组织稳定，不发生组织变化；良好的焊接性和加工性；工作温度要高于钢的 韧一脆性转变温度；对于某些特殊的工作条件，还要求恒弹性、恒膨胀和恒磁导率 笙 1 亍。 一般碳素钢的安全使用温度在一4 5 。c 以上，纯净度较高的铝镇静钢的韧一脆性 转变温度在一6 0 一5 5 。c ，所以这类钢仅用于环境温度不低于一4 0 。c 的钢结构。另一类 含镍低合金钢，国内外成功用于低温容器的制造，如： ( 1 ) 2 5 n i 钢，正火状态，用于液化丙烯( 一4 7 7 ) 设备； 2 0 第2 章舵系修理f ：艺研究 ( 2 ) 3 5 n i 钢，正火状态，用于液化乙烷( 一8 8 3 ) 设备； 调质状态，用于液化乙烯( 一1 0 4 ) 设备； ( 3 ) 5 0 n i 钢，调质状态，用于液化乙烯( 一1 0 4 。c ) 设备； ( 4 ) 9 0 n i 钢，调质状态，用于液化天然气( 一1 6 2 ) 和液氮( 一1 9 6 ) 设备。 因此可以选用含镍量达到9 的不锈钢一，- - o c r l 8 n i 9 t i ( 3 0 4 ) 来设计制作专用安 装工具( 见图2 1 0 ) 。 1 可拆式吊耳2 上盖 3 支撑木板4 专用吊架 5 舵轴承6 外筒 7 内筒 图2 1 0 舵轴承冷冻安装工具 容器采用双层结构，既能提高保温性；又提高安全性。吊架上配支撑木板， 既能防止吊装过程中轴承摇晃，又不会损伤轴承内孔。可拆式吊耳是为了套装支撑 木板而设计的，因为吊耳是轴承冷冻后，吊装时才使用的，因此吊耳采用普通材料 制作。 2 5 4 上舵承推力轴承、舵承衬套修理和换新工艺 舵系的上舵承部分一一即舵机，一般分成两种类型，一种是回转式整体舵机， 即上舵承属于舵机的一部分，其修理属于舵机修理内容，本文不做研究。另一种类 型是柱塞油缸推舵机构，其上舵承有滚动轴承和滑动轴承两种类型，滚动轴承的修 理仅仪是按工作时间更换轴承，本文也不做研究。而滑动轴承上舵承结构如图( 见 图2 1 1 ) ，上舵承承受了舵系全部的重力和扭矩，重力依靠推力板和推力轴承；扭 哈尔滨工程大学硕士学位论文 矩依靠上舵承轴承。在实际使用中，由于上舵承位于舵机问内，处于力臂的根部， 因此轴承的寿命比下部的舵杆舵销寿命长3