樊继明
船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
目前，船舶呈现出大型化的发展趋势，所以需要更高功率的柴油主机，受这一因素的影响，曲轴的重量、尺寸等，也会随之而不断增大。
就曲轴拐挡差而言，其可以将轴线状态直接地反映出来，所以及时调整曲轴拐挡差，积极优化现场施工的方式，对于船舶的稳定运行具有重要的意义。
一、以 Pro/E 为基础
对船舶主机曲轴部件建模
首先，对曲轴进行三维建模。
在现场施工过程中，经过对某船舶主机曲轴的测量，获取其相关的数据：
主轴颈半径为700mm、主轴颈长度等于300mm、曲柄销半径为 800mm、曲柄销长度为300+2×100mm、曲臂的厚度为 400mm。
通过 Pro/E 的旋转功能、剪切功能、拉伸功能等，实现对曲柄的建模。
由于曲柄之间的尺寸是一致的，只是因为角度、位置存在差异，所以可以利用软件中旋转复制的功能进行建模设计。
其次，对轴承座进行三维建模。
在主机的现场运行中，主轴承主要发挥支撑的作用，可以利用 Pro/E 的拉伸功能构建模型。
因为曲柄主轴颈的长度等于 300mm，所以需将轴承座的宽设置为 280mm，两侧预留出 10mm 的空间，避免相互之间发生摩擦。
在模型中，中间轴承需要将宽度设置为600mm，与孔中心的距离等于 4000mm，孔半径等于 700mm。
最后，对中间轴、飞轮、中间轴承基座以及主机机座进行三维建模。
基于 Pro/E 的拉伸功能，对中间轴、中间轴承基座与主机机座进行建模，其中飞轮的半径等于 3000mm、厚度等于 300mm；主机机座的长度设计为 11200mm、厚度为300mm、宽度等于 5000mm；中间轴的半径等于 350mm、长度设计为 12000mm；中间轴承基座的长度设计为 10000mm、厚度设计为300mm、宽度设计为 5000mm。
二、以 ANSYS Workbench
为基础对模型进行有限元分析
基于现场施工中获取的数据信息，在完成建模后，可以使用 ANSYS Workbench 进行有限元分析，其对具体的施工具有重要的作用。
在本次现场施工的分析中，应用 ANSYS Workbench 的具体步骤如下：
（1）将整体模型导入。
在 ANSYS Workbench 中创建一个新项目，并将其添加至 Static Structure，将三维模型以.x_t 的格式保存，然后导入至 ANSYS Workbench。
（2）设置材料。
根据所掌握的知识，对模型所需要的材料进行设置。
其中，飞轮、中间轴承、曲轴需要使用42CrMo；中间轴承座、主机轴承座应该使用铸钢；而中间轴承基座、主机机座对材料的要求较高，所以将其设置为理想状态的材料。
（3）划分网格。
在 ANSYS Workbench 中存在工具Mesh，运用其对全局的尺寸进行设置（100mm），最后获得382275 个节点、139790 个单元。
在这一基础上，进行设置连接、添加边界条件与载荷等，为后续的计算奠定基础。
三、调整主机机座高度
对各主机轴承与中间轴的影响
受文章篇幅的限制，笔者以各主机轴承与中间轴为主进行分析。
1、 调整尾端高度
通过 ANSYS Workbench 完成计算后，工作人员在现场施工的过程中，可以结合模型的数据对主机机的尾端进行四次调整，其实际调整的高度分别是1mm、0.5mm、0mm、-0.5mm、-1mm。
此时主机轴承的负荷分别为：
（1）1轴承在调整1mm时为2.99E+05，0.5mm 时为3.08E+05，0mm时为 3.17E+05，-0.5mm为 3.26E+05，-1mm 时为 3.35E+05。
（2）2轴承在调整1mm 时为5.58E+05，0.5mm时为5.54E+05，0mm时为 5.51E+05，-0.5mm时为 5.47E+05，-1mm时为 5.43E+05。
其余的 6 个轴承也出现了相应的变化，而中间轴在调整1mm时为3.02E+05，0.5mm时为3.49E+05，0mm时为 3.96E+05，-0.5mm时为 4.43E+05，-1mm 时为 4.90E+05。
2、调整左右高度
通过 ANSYS Workbench 完成计算后，工作人员在现场施工的过程中，可以结合模型的数据对对主机机的左端进行四次调整，其高度分别是1mm、0.5mm、0mm、-0.5mm、-1mm。
此时，主机轴承的负荷分别为：
（1）1轴承在调整1mm时为3.12E+05，0.5mm时为3.14E+05，0mm时为 3.17E+05，-0.5mm 时 为 3.19E+05，-1mm时为3.21E+05。
（2）2轴承在调整1mm时为5.53E+05，0.5mm时为5.52E+05，0mm 时为 5.51E+05，-0.5mm 时 为 5.50E+05，-1mm 时为 5.49E+05。
其余的 6 个轴承也出现了相应的变化，而中间轴在调整 1mm 时为 3.65E+05，0.5mm 时为3.80E+05，0mm时为 3.96E+05，-0.5mm时为 4.12E+05，-1mm 时 为4.27E+05。
四、主机机座调整
曲轴拐挡差预报软件的设计与应用
1、软件的设计原理
结合上文的分析可以发现，对主机机座左右高度调整、首尾高度调整下，会对船舶的很多部件产生直接的影响，每当主机机座的高度提高1mm，拐挡差数值等于1/100mm/mm。
就主机机座尾部的高度来说，其与船舶各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，都存在正比例的关系，另外，主机左端底边的实际高度值，同样与船舶各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，存在正比例的关系。
因此，在现场施工的过程中，工作人员对主机机座左右高度、首尾高度的调整，会对各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，产生一种具有线性叠加特征的影响。
安装主机后，工作人员应该对船舶各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，进行详细的测量、计算，然后根据厂商所提供的拐挡差范围对数据进行分析。
如果经过现场施工后，发现各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，超过了厂商规定的范围，就应该及时调整主机机座的左右高度、首尾高度。
调整主机机座的高度后，船舶中各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，可以通过以
下的公式进行计算：
基于这一公式的计算，工作人员可以掌握各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，是否处于厂商所提供的合理范围内，降低了现场施工计算各部分拐挡差的计算难度。
2、软件的设计应用
在设计预报软件的过程中，工作人员可以运用 VB.NET实现对Excel 的调用，实现调整主机机座左端底边、尾端底边高度后，船舶各缸垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差的快速显示。
就预报软件在现场施工中的应用来说，其主要发挥两个模块的作用，即数据导入模块、拐挡差计算模块。
其中，前者可以将调整主机机座高度之前，各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差，以及调整后垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差的变化率，导入到 Excel 中。
为了实现数据导入的功能，可以将“Microsoft.Office.Interope.Excel“Microsoft.Office.Core”添加到 VB 的程序中。
基于这一前提，工作人员在现场施工的过程中，可以使用鼠标点击软件的界面中按钮“浏览”，然后选择相应的Excel 文件，就可以将调整主机机座之前各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差显示出来，同时程序会对调整高度时垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差的具体变化率进行读取。
当工作人员点击按钮“查看”时，系统会将调整主机机座高度之前各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差以及调整后的相应变化率，以 Excel 表格的形式显示出来，便于工作人员随时获取相关的数据信息。
而预报软件中的拐挡差计算模块，其在具体的现场施工应用中，可以将主机机座左端底边、尾端底边的高度（调整）输入其中，同时对调整后各缸的垂直平面拐挡差、水平平面拐挡差进行相应的计算、显示。
依据调整后的实际变化率，对需要调整的机座高度进行预估，同时自动输入到系统中。
随后，工作人员点击按钮“计算”，则可以直接将需要调整的具体高度值显示出来，保证现场施工中对船舶主机曲轴拐挡差调整结果的合理性。
五、结 语
综上所述，对船舶主机曲轴拐挡差的调整，实际上是一个较大的现场施工工程，同时最终的结果也具有一定的偶然性、随机性，无法保证调整结果的有效性。
为了避免这样的问题，可以设计曲轴拐挡差预报软件，将其应用在现场施工中，帮助工作人员执行科学的、合理的调整方案，增强曲轴拐挡差调整的有效性。
本文原创作者系：
中船澄西船舶修造有限公司 樊继明
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