海上半潛式平臺錨機長傳動軸的檢修

顧志超

（中海油田服務股份有限公司，天津 300452）

長傳動軸是半潛式平臺錨機的關鍵零件，由于缺乏長傳動軸的圖紙和技術參數，影響長傳動軸的修理施工。長傳動軸的圖紙和技術參數是進口錨機設備的核心，國外設備廠家對核心技術采取技術壁壘。為了突破技術壁壘，檢修中，測量長傳動軸和軸承尺寸，繪制長傳動軸的圖紙；依據技術標準，確定長傳動軸的技術參數。目前，無半潛式平臺錨機長傳動軸檢修的相關報道。長傳動軸受熱后，易產生變形；長傳動軸的結構復雜，裝配的零件較多，涉及滾動軸承和滑動軸承等零件。鑒于以上技術問題，在檢修中，無損探傷檢測（NDT）長傳動軸，對軸上的銹蝕麻點，采用新型激光焊接技術，解決了長傳動軸受熱變形的技術問題；分析長傳動軸和滾動軸承的配合尺寸，計算長傳動軸與滑動軸承的配合間隙，對長傳動軸采用鍍鐵、磨削的修理工藝，更換滾動軸承。解決了相關的技術問題，探索出了行之有效的檢修工藝，創建了錨機長傳動軸檢修的成功范例，填補了海上半潛式平臺錨機長傳動軸檢修的技術空白。

檢修流程圖（圖1）顯示從開始檢修、制作工裝、拆卸長傳動軸、測量尺寸、畫長傳動軸圖、NDT 檢測探傷、參數的確定和標準的符合性判斷、修理、零件組裝、試運行、至檢修完成的全部流程。

圖1 檢修流程圖Fig.1 Overhaul flow chart

1 錨機長傳動軸的結構

錨機長傳動軸的結構見圖2。錨機長傳動軸的長度為3 668 mm，由于該傳動軸較長，且軸承多達5 個，故稱此軸為長傳動軸。圖中的聯軸節軸頸用于裝配聯軸器，長傳動軸通過聯軸器聯接短傳動軸；長傳動軸由A 前軸承位、C 中軸承位和E 后軸承位的滾動軸承支撐；在B 傳動小齒輪銅套位置，裝配了內鑲嵌銅套的小齒輪，銅套為滑動軸承，小齒輪帶動錨機鏈輪[1]轉動，實現錨鏈的收放，完成起錨和拋錨工作，裝配在前離合器撥叉位的離合器控制小齒輪的運轉；長傳動軸上的齒輪[2-3]與高速液壓馬達齒輪嚙合；據平臺設備維修記錄記載，在D 傳動大齒輪軸承位置，原設計為內鑲嵌銅套的大齒輪，銅套為滑動軸承，后將滑動軸承改為滾動軸承；裝配在后離合器撥叉位的離合器切換液壓馬達的輸入。

圖2 錨機長傳動軸結構Fig.2 Long transmission shaft structure of anchor winch

2 錨機長傳動軸的檢測

拆卸錨機零件，制作工裝，焊接支架，將長傳動軸水平架起，無損探傷檢測（NDT）長傳動軸，發現A 前軸承位和B 傳動小齒輪銅套位有多個銹蝕麻點（圖3）。

圖3 長傳動軸檢測Fig.3 Detection of long transmission shaft

根據《CB/T 3688—1995 船用起錨機和起錨絞盤修理技術要求》[4]（以下簡稱“技術要求”），應對A 前軸承位和B 傳動小齒輪銅套位的多個銹蝕麻點進行修理。修理部位的尺寸和技術要求，將根據下面的測量和計算確定。

3 長傳動軸與軸承的配合尺寸測量和計算

測量長傳動軸和軸承的尺寸，以便確定長傳動軸與軸承的配合關系。為了保證測量的精度要求，使用外徑千分尺測量長傳動軸的外徑，使用內徑百分表測量軸承的內徑。

3.1 長傳動軸和支撐軸承的配合尺寸測量

長傳動軸由三個滾動軸承支撐，分別位于：A 前軸承位、C 中軸承位和E 后軸承位（圖2）。下面將對長傳動軸和這三個滾動軸承進行測量，測量長傳動軸的外徑和滾動軸承的內徑。

測量A 前軸承位的軸外徑[5]，由左向右依次選取a1、a2 部分；測量C 中軸承位的軸外徑，由左向右依次選取c1、c2 部分；測量E 后軸承位的軸外徑，由左向右依次選取e1、e2 部分；在每個部分測量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸外徑尺寸。軸外徑的測量數據見表1。

表1 軸外徑測量數據（單位：mm）Table 1 Shaft outside diameter measurement data (unit: mm)

測量A 前軸承位的滾動軸承內徑[6]，由左向右依次選取A1、A2 部分；測量C 中軸承位的軸承內徑，由左向右依次選取C1、C2 部分；測量E 后軸承位的軸承內徑，由左向右依次選取E1、E2 部分；在每個部分測量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸承內徑尺寸。支撐軸承內徑的測量數據見表2。

表2 支撐軸承內徑測量數據（單位：mm）Table 2 Measurement data of inner diameter of support bearing (unit: mm)

表1和表2的測量數據顯示，a1、a2、A1、A2 的尺寸接近280 mm，c1、c2、C1、C2 的尺寸接近300 mm，e1、e2、E1、E2 的尺寸接近220 mm，由此可以初步判斷傳動軸和軸承按照公制單位設計。分析認為，軸的基本尺寸按照φ280 mm、φ300 mm、φ220 mm 設計，若對軸進行修理，還需確定軸的公差帶，為此查《機械設計手冊（新版）》[7]，結合錨機的工況，重載運行，確定公差帶為r6，加工精度為6 級。公差尺寸分別為：

從表1的測量數據可以看出，a1、c1、c2、e1、e2 的尺寸均在公差尺寸范圍內，說明選擇的公差帶r6，基本符合傳動軸的實際尺寸，在表1的測量數據中只有a2 的尺寸小于公差帶r6，此段軸表面有大量的銹蝕麻點，考慮對該段軸表面進行修理，由于a1 和a2 同處于A 前軸承位，因此，確定對A 前軸承位軸表面進行修理。

3.2 長傳動軸與齒輪內鑲軸承的尺寸測量和計算

3.2.1 長傳動軸與齒輪內鑲軸承的配合尺寸測量

分別測量長傳動軸與齒輪內鑲軸承配合處的軸外徑尺寸：測量B 傳動小齒輪銅套位的軸外徑尺寸，測量D 傳動大齒輪軸承位的軸外徑尺寸。

在長傳動軸上的齒輪內鑲軸承位比較長，如B 傳動小齒輪銅套位的長度為380 mm，因此，每段測量左、中、右三個部分，B 傳動小齒輪銅套位依次測量b1、b2 和b3 部分；D 傳動大齒輪軸承位依次測量d1、d2 和d3 部分；在每個部分測量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸外徑尺寸。軸的外徑測量數據見表3。

表3 軸外徑測量數據（單位：mm）Table 3 Shaft outside diameter measurement data (unit: mm)

B 傳動小齒輪銅套屬于非標準件，測量該滑動軸承的內徑尺寸，依次測量B1、B2 和B3 部分；通過查閱平臺設備維修記錄，發現D 傳動大齒輪軸承位原為滑動軸承配合，后將滑動軸承改為滾動軸承。依次測量D 傳動大齒輪軸承位D1、D2和D3 的軸承內徑部分；在每個部分測量水平方向（0°～180°）和垂直方向（90°～270°）的軸承內徑尺寸。齒輪內鑲軸承的內徑測量數據見表4。

表4 齒輪內鑲軸承內徑測量數據（單位：mm）Table 4 Measurement data of inner diameter of inlaid bearing in gear (unit: mm)

表3和表4的測量數據顯示，D 傳動大齒輪軸承位的軸外徑尺寸基本接近軸表面光滑，與其配合的軸承內徑符合軸承的標準公差要求[8]，軸和軸承的運轉狀態良好，因此，不對該部位的軸表面進行修理。

至于B 傳動小齒輪銅套位的軸徑與滑動軸承的配合是否符合技術要求，尚需通過下面的計算，并根據相關標準確定。

3.2.2 計算長傳動軸與滑動軸承的配合間隙值

根據表3和表4的測量數據，計算B 傳動小齒輪銅套位的軸與滑動軸承配合處的最大間隙值和最小間隙值，長傳動軸與滑動軸承配合間隙值見表5。

表5 長傳動軸與滑動軸承配合間隙值（單位：mm）Table 5 Clearance between long transmission shaft and sliding bearing (unit: mm)

表5的數據顯示，軸與滑動軸承配合的最大間隙值為0.479 mm，最小間隙值為0.356 mm。

3.2.3 軸與滑動軸承的標準裝配間隙值計算

計算軸與滑動軸承的標準裝配間隙，根據“技術要求”，軸與軸承的徑向裝配間隙為0.001 0～0.001 5 倍軸頸直徑，標準裝配間隙由下式計算：

式中：δ為軸與軸承的徑向標準裝配間隙，mm；d為軸頸直徑，mm。

軸頸直徑的基本尺寸為280 mm。將數據代入(1)式：

δ=(0.001 0～0.001 5)× 280 mm

δ=(0.280～0.420) mm

對照表5軸與滑動軸承配合間隙值，可以看出B1 處的最大間隙0.433 mm，超過標準裝配間隙0.420 mm，B1 處的最小間隙0.396 mm，在標準裝配間隙(0.280～0.420) mm 之間；B2 處的最大間隙0.479 mm，超過標準裝配間隙0.420 mm，B2 處的最小間隙0.356 mm，在標準裝配間隙0.280～0.420 mm 之間；B3 處的最大間隙0.470 mm，B3 處的最小間隙0.423 mm，均超過標準裝配間隙0.420 mm。

3.2.4 計算達到修理上限的配合間隙值

根據“技術要求”，超過最大裝配間隙2 倍時，應予修理。達到修理上限的配合間隙值由下式計算：

式中：δmax 為達到修理上限的配合間隙值，mm；δ為軸與軸承的最大裝配間隙，mm。

δmax=2×0.420 mm

δmax=0.840 mm

表5的數據顯示，軸與滑動軸承的配合間隙值均未達到修理上限的配合間隙值δmax。

4 錨機長傳動軸的修理

4.1 錨機長傳動軸的修理

通過長傳動軸的檢測和計算，可見A 前軸承位和B 傳動小齒輪銅套位有多個銹蝕麻點，依據“技術要求”，對A 前軸承位和B 傳動小齒輪銅套位的長傳動軸進行修理，修理工藝和技術參數如下。

清理打磨銹蝕麻點。

長傳動軸受熱易產生變形，若采用傳統手工電弧焊補銹蝕麻點，長傳動軸受熱后會彎曲變形，為了克服焊補變形的影響，本次采用新型激光焊接技術，對長傳動軸的銹蝕麻點進行焊補，填充修復了銹蝕麻點，同時避免了長傳動軸受熱變形的技術難題。

采用鍍鐵工藝修理長傳動軸，鍍鐵層與軸基體材料的結合牢固，可滿足長傳動軸的工作要求。

長傳動軸上磨床，找正軸中心線，對修理的軸段進行磨削，加工至鍍鐵工藝要求尺寸[9]。

對非修理部位進行絕緣保護，長傳動軸的銹蝕修理部位鍍鐵。

鍍鐵后，長傳動軸上磨床，找正軸中心線，對修理的軸段進行磨削。

長傳動軸A 前軸承位的加工技術要求：此段軸與滾動軸承裝配，采用過盈配合，軸徑徑向圓跳動≤0.050 mm，Ra=0.8 μm。

長傳動軸B 傳動小齒輪銅套位置加工技術要求：此段軸與滑動軸承裝配，采用間隙配合，軸徑徑向圓跳動≤0.050 mm，Ra=0.8 μm。

長傳動軸修理加工圖紙，詳見圖4。

圖4 錨機長傳動軸修理加工圖Fig.4 Working drawing for repair of long transmission shaft of anchor winch

按圖4的技術要求修理加工，經過修理后的長傳動軸見圖5。

圖5顯示，修理后的長傳動軸A 前軸承位置和B 傳動小齒輪銅套位置表面光滑，滿足Ra=0.8 μm的技術要求。對修理后的長傳動軸測量，測量數據見表6。

表6 長傳動軸測量數據（單位：mm）Table 6 Measurement data of long transmission shaft (unit: mm)

圖5 修理后的錨機長傳動軸Fig.5 Repaired long transmission shaft of anchor winch

以上數據表明，尺寸和公差滿足技術要求。

4.2 錨機的裝配

按照船用錨機維修規范清洗和裝配錨機零件，更換滾動軸承，長傳動軸與滾動軸承過盈配合，油浴加熱滾動軸承至121 ℃（250 ℉）后裝配，裝配滑動軸承，裝配聯軸器，裝配短傳動軸，裝配并調整齒輪嚙合間隙，裝配液壓馬達，液壓馬達內加注清潔的68#液壓油，裝錨鏈輪和剎車裝置，裝配離合器，掛錨鏈，加注潤滑油脂。

4.3 錨機的修理內容總結

長傳動軸、滾動軸承和滑動軸承的檢修總結歸納見表7。

表7 長傳動軸和軸承檢修表Table 7 Overhaul table of long transmission shaft and bearing

長傳動軸、滾動軸承和滑動軸承存在的問題，修理工藝，零件更換情況和測試方法見表7。

5 錨機的試運行

錨機進行低、中、高檔空轉運行各30 min，然后逐步加載，進行拉力試驗，加載至額定工作拉力，錨機運行正常。

進行低、中、高各檔的起/拋錨試驗，每拋錨200 m，試驗剎車一次，拋錨鏈長度≥600 m。錨機的起/拋錨功能和制動功能正常。

在錨機工作過程中，長傳動軸運轉良好，軸承的溫度小于65 ℃，設備運行正常。

6 結論

（1）在半潛式鉆井平臺錨機的檢修施工中，需要對錨機長傳動軸和軸承進行測量和計算，依據相關的技術標準，確定錨機長傳動軸的設計尺寸，長傳動軸與滾動軸承采用過盈配合，本次檢修長傳動軸的公差帶為r6。

（2）錨機長傳動軸的銹蝕麻點采用激光焊和鍍鐵工藝修理，鍍鐵后采用磨床加工，軸表面光滑，Ra=0.8 μm，長傳動軸與滑動軸承采用間隙配合，配合尺寸符合技術標準要求，經裝配和試運行，設備工作正常。

（3）對于一般性海工用錨機長轉動軸的檢修，建議適當減小軸與滾動軸承配合的過盈量。本文通過半潛式鉆井平臺錨機長傳動軸的檢修、測量和計算，破解了進口設備缺少技術參數的難題，實現了進口設備的國產化修理，對于海工重載錨機長傳動軸的檢修具有指導意義。