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滚轮式可调顶升进轴工装制作和应用
陈化钊,程坤,蔡益
（中船黄埔文冲船舶有限公司,广州510715）
摘 要：本文设计了一种液压可调式顶升工装,主要用于解决直径小并且较长的尾轴进入小直径尾管时,尾轴由于重力而产生下垂导致末端无法顺利进入尾管首部轴承及由此造成的轴承刮花、密封油管撞坏等问题.
关键词：进尾轴；尾管；液压可调
中图分类号：U664.21
文献标识码：A
作者简介：陈化钊（1983-）,男,工程师.主要从事船舶轮机安装工艺.
程坤（1985-）,男,工程师.主要从事船舶轮机安装工艺.
收稿日期：2015-08-14
1前言
尾轴安装是机装船台阶段重要的工作,顺利完成尾轴安装关系到船舶能否按期下水.进尾轴是一项重要项目,该项目主要是利用吊车及葫芦,通过人工缓慢将尾轴放进尾轴管.对于大直径的短尾轴,用这样的方法放进尾轴管比较容易；对于小直径的长尾轴,由于重力而使尾轴末端下垂,在进轴时必须想办法适当抬起尾轴首部,才可以顺利将尾轴放到位.
我公司承建的系列公务船,尾轴长十几米,尾轴径不到300 mm,相应地尾管内径尺寸也很小.由于船体结构及施工可行性原因尾管前部上面无法布置人孔,考虑到尾管内部密封油管及电缆管的布置,因此该系列船人孔都设置在下方,从而导致尾管前部上方无法装焊进轴吊码.当尾轴吊起时,由于重力原因整个尾轴会产生挠曲变形,在尾轴前端产生一定下沉量.进轴的前段时间可以通过调节尾轴尾部的高度,保证尾轴顺利通过前面两道轴承.穿过这两端轴承后,轴头伸人尾管内距离比较长,由于尾部葫芦的挂点距首轴承比较远,轴承间隙很小,无法通过尾部葫芦来调整尾轴前端在尾管内的下沉量,而且尾管前面上方无法挂葫芦,同时尾轴轴头在尾管内无法放置支撑,所以如果不设法顶起尾轴前部,就可能造成轴头碰花、内油管撞坏、尾管前轴承刮伤等损伤,或者根本无法将尾轴放到位.基于这些原因,结合该系列船的实际情况,设计出一套尾轴顶升工装,顺利解决了这些问题.
2尾轴下沉量的计算及尾管基本结构
2.1尾轴下沉量的计算
尾轴末端用吊车吊起（如图1）然后通过手拉葫芦进行轴向推进.
为了简化计算,我们将尾轴看作一悬臂梁,将重力看做一均布载荷,设尾轴直径基本一致,其最大挠度在自由端,也即尾轴前端（如图2）.
根据悬臂梁均布载荷挠度计算公式：
式中：w-挠度
q-均布载荷,尾轴重量约为6 169 kg;
l-悬臂梁长度,约为15 880 mm；
E_—截面弹性模量,2.1×10 6 N／mm2；
I——惯性矩,尾轴直径为220 mm
将以上数值代入公式得出尾轴最前端挠度：w等于125mm
由此可以看出尾轴下沉量很大,考虑到随尾轴进的过程中,后面轴承可以给尾轴产生一定的支承力,尾轴最终的下沉量约为100 mm.
2.2尾管的基本结构示意图
从图3可以看出,在尾轴进轴过程中必须在人孔下方A点和B点对轴进行支撑并微调,才能顺利通过前两道轴承.
从尾管的结构及计算得出的尾轴下沉量,看出尾轴比较容易穿过尾管后面轴承,当接近中间轴承或者最前面的轴承时,轴与轴承间隙只有0.8 mm,此时为了让尾轴顺利穿过轴承,必须顶起尾轴前端并且进行微调,否则就可能撞坏轴承及轴头.
3滚轮式顶升工装的设计及应用
从上面可以看出顶升工装必须能够上下移动,同时不能对轴的前后运动造成阻碍,也要考虑人工实施的方便性和效率,为此,我们设计了—套工装并顺利地进行了实船试验.
3.1滚轮式顶升工装的设计
设计工装如图4所示.
滚轮式可调顶升工装主要工作原理：
(1)用液压手摇泵连接工装上压力注入口(零件13),当液压油通进入到液压缸内腔后,继续用液压手摇泵往内腔泵油,随着液压油增多,液压油产生的压力推进液压缸内活塞支撑杆（零件10）上移,滚轮（零件1）对所托的尾轴产生顶举力克服轴头重力；(2)观察轴头位置,调整到所需的高度,克服轴头向下产生的挠度,向下旋紧轴向调节安全螺母（零件8）,这样活塞杆承受的力就会作用到液压缸上端,锁死周向止动导向螺丝（零件9）,需要下降时,松开周向止动导向螺丝（零件9）；(3)轻轻摇动手摇泵活塞支撑杆(零件10)上移,往上旋转轴向调节安全螺母（零件8）,调到下降时所需高度时,液压手摇泵慢慢泄压,当轴向调节安全螺母（零件8）回落到液压缸上端时,整个支撑力又落在液压缸上.
3.2液压系统的验证
根据相关资料,设计了液压系统的活塞及液压缸,各部件都完工后,进行了组装.为了检验液压系统的可靠性,我们进行了液压试验,通过试验确定了液压系统所能承受的最大压力为5 MPa,为了保证使用的安全性,要求在3.5 MPa以下进行使用.
根据公式：
F等于P*S
(2)
式中：F——垂直受力大小；
P-液压缸压强,取3.5 MPa;
s-受力横截面积,液压活塞直径为80 mm
计算得出液压系统顶举力为17 600 N,完全可行.
3.3顶升工装的实船应用
根据现场实际情况,结合液压系统的顶升最大距离140mm,我们事先在尾孔人孔下A、B点制作好工装放置平台.
(1)尾轴进入尾管后托架后端面到尾管中托架前端面这个过程是用手拉葫芦进轴.当轴头快要进入到尾管中托架后端面人孔时,我们将预先设置在尾管中托架人孔处的工装通过手动液压泵的调节滚轮的高度,使滚轮刚好可以顶住轴,这样滚轮就给轴一个向上的支撑力托住轴,继续调节滚轮高度使轴头对好轴承位置；(2)通过调整尾部的葫芦给轴一个轴向力,这样尾轴慢慢进入轴承,前进的过程中滚轮不断转动,给轴起一个导向作用,进入轴承时注意观察,防止刮花轴承.轴头进入尾管前面轴承时操作方法类似.
4结语
滚轮式可调顶升进轴工装成功应用于公司系列产品,按以前通过顶丝手动调节的传统方法进双尾轴需要2天,使用进轴工装后只需1天就可以完成.本进轴方法安全、简单,能够很好解决这种小直径长尾管的进轴难的问题,克服了尾轴在尾管中的挠曲变形,消除了通过手拉葫芦进轴过程中观察轴头位置的盲区,调整过程简单,避免了轴头碰花轴承、轴头碰坏尾管内电缆管、尾密封油管的危险,大大提高了进轴的安全系数,缩短操作的时间,提高进轴的效率,降低了劳动强度,也节约了劳动力成本.深得现场施工人员和船东好评,非常值得在小内径尾管、长轴系的进轴过程中推广应用.
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