Монтаж валопровода

В. И. Агафонов

Выбор соединений. Монтаж комплекса двигатель — валопровод является наиболее ответственной и тонкой работой при постройке катера. Надежность работы этого комплекса зависит от ряда причин: от точности пробивки теоретической линии — оси валопровода, от правильности выбора конструкции соединения валов, качества монтажа и соблюдения правил эксплуатации. Следствием небрежного выполнения монтажа могут быть перегрев подшипников, вибрация различных частей валопровода, перегрузка вала от дополнительных нагрузок, чрезмерная потеря мощности, поломки.

Основными частями валопровода являются валы, подшипники и соединительные устройства. Выбор их конструкции зависит от передаваемого на винт вращающего момента, числа оборотов и режима работы валопровода.

Соединения занимают особое место в этом комплексе, так как их выбор во многом определяет и всю схему его компоновки. Судостроители-любители успешно используют самые простые по конструкции жесткие муфты — жесткие соединения на фланцах, посаженных на конусы концов валов. Такие жесткие соединения легко монтировать — они хорошо поддаются центровке. Валопровод становится как бы сплошным. Это соединение целесообразно применять там, где соединяемые валы имеют общую геометрическую ось, и в тех случаях, когда нужно передавать одновременно вращающий момент и упорные нагрузки. Оно надежно в эксплуатации, хорошо выдерживает повышения нагрузки, возникающие при ударах винта о плавающие предметы, наматывании троса и т. п. В то же время жесткая муфта и самый компактный вид соединения.

Основное преимущество упругой муфты в том, что она не передает вибрацию одного вала другому. Ее конструкция сложнее, чем жесткой, из-за наличия упругого элемента — например, резины.

Требования по точности пробивки теоретической линии и монтажа валопровода при использовании упругой муфты остаются столь же высокими, как и при жестком соединении валов. Перекос и смещение осей соединяемых валов не должны превышать установленные допуски, иначе упругий элемент будет разрушаться и его придется постоянно заменять.

К недостаткам упругих муфт относится то, что эластичный элемент как бы разделяет валопровод на части, каждая из которых должна иметь не менее чем по две самостоятельные опоры-подшипника, иначе участки валов будут вибрировать, разбивая единственный подшипник и эластичный элемент.

Если не представляется возможным точно пробить линию валопровода, более надежной будет зубчатая муфта. Допустимое отклонение в этом случае можно определить (рис. 1) по соотношению

где а — радиальное смещение валов; А — расстояние между серединами зубчатых венцов втулок.

При наличии большого смещения или перекоса, либо обоих видов погрешностей одновременно хорошо себя зарекомендовал карданный вал автомобильного типа. К сожалению, он занимает много полезного места. Кроме того, такое соединение требует дополнительного внимания и ухода в пути. При монтаже валопровода с карданным валом объем работы сокращается, поскольку практически центруют лишь одну часть валопровода от гребного винта до карданного вала; двигатель не центруют, а устанавливают по координатам чертежа (разумеется по возможности соосно с гребным валом), после чего монтируют карданный вал, который компенсирует все погрешности. Но и здесь (рис. 2) излом линии вала имеет пределы: чтобы система работала хорошо, излом не должен превышать 12° (по 6° на шарнир).

Участки валов 2 и 9, соединяющиеся с шарнирами 5 и 7, должны иметь не менее двух опорных подшипников 1, 4, 8, 10. Подшипники 4 и 8 надо устанавливать по возможности ближе к шарнирам.

Шарниры применяются и в тех случаях, когда (наклон гребного вала велик, а установить соосно с ним двигатель не представляется возможным. При этом допускается устанавливать один шарнир, но с тем же условием, что угол излома линии вала в нем не будет превышать 6°. Смещение валов не допускается т. е. гребной вал и коленчатый вал двигателя должны пересекаться в одной точке.

Сверловка дейдвудного отверстия. Когда выбраны конструкция подшипников и тип соединения валов, возникает вопрос: с чего лучше всего начать работу? Естественно, с предварительного обмера корпуса катера в месте установки двигателя и составления хотя бы схематичного эскиза расположения вала, подшипников и Двигателя. Затем, пользуясь данными эскиза, надо наметить точку выхода гребного вала из корпуса (снаружи на киле или ахтерштевне). Теперь можно приступать к сверловке и расточке отверстия под дейдвудную трубу. Для этого следует приготовить сверло диаметром 10—15 мм, приварив к нему хвостовик необходимой длины того же диаметра (проверить «на бой» в токарном станке, если нужно — выправить). Можно также пользоваться буравом. Затем изготовьте направляющий кронштейн из двухмиллиметровой стали с отверстием по диаметру сверла. Кронштейн этот должен задать правильный угол наклона гребного вала к килю или ахтерштевню. Кронштейн установите по эскизу так, чтобы ось гребного вала проходила через центр его отверстия.

При большом наклоне сверла к килю в нем нужно сделать вырубку, чтобы плоскость, на которой размечается точка выхода вала, была перпендикулярна оси сверла (рис. 3).

Центровое направляющее отверстие в дейдвудном брусе или ахтерштевне сверлится электродрелью или вручную — сначала маломерным с последующим увеличением диаметра. Предварительно надо осмотреть район сверловки, чтобы на пути сверла не встретились металлические детали — гвозди, болты и т. п. Центровое направляющее отверстие можно сделать и без сверла, прожигая дерево накаленным до свечения стержнем. Обугленное отверстие растачивается хорошо.

Для рассверловки на полный диаметр используют сверла с направляющим стержнем, фрезы, надеваемые на сверло, либо специальные расточки с направляющей по диаметру центрового сверления. Такие расточки можно изготовить самому, закрепив резец в направляющем стержне (рис. 4). Для получения отверстия, равного диаметру дейдвудной трубы, нужно иметь комплект из двух или трех таких расточек.

 

Когда дейдвудное отверстие готово, можно заняться пробивкой линии вала. Обычно применяются два способа монтажа — по валу и по струне.

Монтаж по валу. Направление оси валопровода задает дейдвудная труба, установленная, естественно, по возможности точнее в соответствии с чертежом. В трубу ставятся втулка опорного подшипника и дейдвудный сальник, которые и будут строго фиксировать положение гребного вала.

Кронштейн, опорные и упорные подшипники по очереди надевают на вставленный в дейдвудную трубу вал, следя, чтобы не было провеса, и устанавливают на места (с использованием прокладок) так, чтобы вал легко проворачивался вручную. На балках фундамента размечают места крепления угольников под лапы двигателя, затем загружают в моторный отсек двигатель, укрепленный на раме. Рама должна иметь возможность перемещаться по угольникам в пределах, обеспечивающих центровку. Дополнительно используются прокладки (см. рис. 8).

 

Контроль соосности гребного вала и выходного вала двигателя осуществляется при помощи стрелок, закрепленных хомутами на обоих фланцах (рис. 5). Сначала обе стрелки должны находиться в верхнем положении; совместив их острия (подгибанием), оба вала поворачивают на 180° так, чтобы стрелки на фланцах оказались внизу, и замеряют расстояние h между концами стрелок. Величина h/2 будет показывать смещение осей валов по вертикали, которое устраняется при помощи прокладок под лапы двигателя. Затем эту же операцию производят в горизонтальной плоскости, перемещая двигатель поперек фундаментных угольников.

Выверив двигатель таким образом, надо достичь положения, при котором валы пересекутся в точке 0 (рис. 6). Теперь нужно добиться, чтобы оси валов совместились, — устранить излом линии вала, т. е. обеспечить равенство l₁ = l₂Снова совмещаем острия стрелок, проворачиваем фланцы на 180°, замеряем промежуток l и соответственно перемещаем двигатель.

Когда оси валов совмещены, можно приступать к окончательному монтажу двигателя. Через отверстия рамы намечают отверстия в угольниках фундамента, снимают двигатель вместе с рамой и производят сверловку угольников фундамента. Затем грузят двигатель с рамой на свое место вместе с подрамными прокладками.

Окончательное крепление двигателя осуществляется одновременно с затягиванием болтов жесткой муфты. Вначале наживляют все болты (без зажатия гаек) и проворачивают вал вручную, следя, чтобы не было заеданий. Гайки зажимают постепенно при постоянном проворачивании вала. Если после окончательной затяжки болтов вал проворачивается плохо, придется частично повторить центровку. Монтаж считается законченным, если валопровод проворачивается без особых усилий вручную.

Монтаж по струне. При использовании этого более точного, чем первый, способа также не потребуется какое-либо специальное оборудование.

Для пробивки теоретической линии валопровода в построенном корпусе определяют начальную базовую точку, от которой следует задавать направление вала. Проще всего в качестве такой точки взять центр отверстия в ахтерштевне или дейдвудном брусе под дейдвудную трубу. Отверстие (рис. 7) в штевне 1 забивают полой деревянной пробкой 2, на которую снаружи прибивают гвоздями миллиметровую стальную пластину 3 с центровым отверстием 4 диаметром 3 мм, фиксирующим положение начальной базовой точки.

Напомним, что катер должен быть установлен на ровный киль по крайней мере на трех кильблоках, либо всем килем на ровном полу так, чтобы исключить возможность прогиба и покачиваний корпуса. Затем карандашом или чертилкой отбивается диаметральная плоскость — прочерчивается ее положение на переборках и штевнях изнутри; положение ДП легко найти, деля пополам расстояние между симметричными точками корпуса.

 

По размерам с плаза или по эскизу намечают положение второй базовой точки — например, на носовой переборке моторного отсека. Если переборок нет, можно использовать широкую доску, закрепленную в плоскости шпангоута в носовой части корпуса. Вторая базовая точка также должна находиться строго на линии ДП. Положение этой точки сразу же фиксируется жестко при помощи крепления стальной пластинки с отверстием диаметром 0,5 мм. С носовой стороны переборки (или доски) надо укрепить блок для натяжения струны грузом весом 15—17 кг.

Если чертежом предусмотрена установка кронштейна гребного вала, потребуется дополнительная мишень, которую устанавливают на специальном щите — шергене, жестко прикрепленном к корпусу в кормовой части (рис. 8). Щит размером 500X500 можно сделать из фанеры толщиной 15—20 мм. Укрепить его лучше всего так, чтобы плоскость была перпендикулярна оси валопровода. В шергене выпиливается отверстие диаметром около 70—80 мм, закрываемое с кормовой стороны подвижной мишенькой. Подвижная мишенька представляет собой пластинку 160X160 из миллиметровой стали с центральным полумиллиметровым отверстием и четырьмя отверстиями в углах для крепления тонкими гвоздиками.

Теперь можно приступить к пробивке теоретической линии вала. Ровную струну диаметром 0,5 мм пропускают через отверстие подвижной мишеньки на шергене, закрепив узлом на гвозде, чтобы струна не выскакивала через большое отверстие в щите, далее через кронштейн гребного вала с вставленным макетным валиком, дейдвуд и т. д. и, наконец, через носовую мишеньку. Пропустив струну через переборку, крепят к ее концу груз и опускают ее на блок. Натяжением струны подвижная мишенька шергеня сразу же будет плотно прижата к нему. Передвигая подвижную мишеньку 1 по шергеню 2, добиваются такого положения струны 5, при котором она не будет прикасаться к стенкам отверстия дейдвудной мишеньки 4. Можно применить при этом конический щуп (рис. 9), надетый на струну и введенный в отверстие дейдвудной мишеньки. Когда струна будет проходить точно по центру дейдвудной мишеньки, ее крепят к шергеню гвоздями.

Линия вала считается пробитой. Теперь надо установить промежуточные мишеньки всех центруемых частей валопровода и закрепить их к корпусу болтами, шурупами или струбцинами. Основные работы по монтажу валопровода по струне производят от кормы в нос.

Установка кронштейна гребного вала. Для монтажа кронштейна необходимо изготовить макетный валик (рис. 10) с размерами L и d по втулке кронштейна. Валик вытачивают из сухой березы или другого легкого и прочного материала на токарном станке. Можно его сделать и без прорези, лишь с отверстием под струну, но тогда он будет несъемным.

Кронштейн с вставленным в него макетным валиком ставят на размеченное по чертежу место и «наживляют» — слегка закрепляют. Затем, натянув струну, сдвигают кронштейн, добиваясь совмещения оси макетного валика со струной по обоим его торцам. Струна должна свободно проходить через отверстие в макетном валике с одинаковым со всех сторон радиальным зазором, который контролируется при помощи конического щупа.

Если окажется, что кронштейн в установленном по струне положении уже не касается плитой обшивки, но зазор не превышает 3 мм, можно установить парусиновую прокладку (в несколько слоев), пропитанную суриком. Если, наоборот, кронштейн надо вдавливать в корпус, придется срезать тонкий слой обшивки. Делают отпечаток плиты кронштейна, намазав ее краской, затем отводят кронштейн в сторону и снимают древесину шкрабкой. Повторяя эту операцию, добиваются плотного прилегания плиты к обшивке корпуса. Кронштейн ставится на прокладку из тонкой парусины, пропитанной суриком.

После окончания крепления кронштейна к корпусу снова натягивают струну и проверяют радиальный зазор.

Монтаж дейдвудной трубы. При установке дейдвудной трубы по струне отверстие в брусе высверливается маломерным — меньше диаметра трубы на 5—10 мм. Это делается для того, чтобы можно было центровать трубу, передвигая в любом радиальном направлении в пределах допусков. Натянув струну, надо надеть на нее макетный валик дейдвудной трубы и с его помощью вырезать отверстие так, чтобы макетный валик свободно прошел через дейд-вудный брус. Затем макетный валик вставляют в дейдвудную трубу, подводят ее фланец к дейдвудному брусу и пристрагивают его по плоскости прилегания фланца, добиваясь центровки по струне, подобно тому, как это делалось при установке кронштейна.

По окончании центровки дейдвудную трубу временно крепят шурупами (через 2—3 отверстия) к брусу через парусиновую прокладку, пропитанную суриком, а затем осторожно сверлят через свободные отверстия во фланце отверстия в дейдвудном брусе под болты. Снизу отверстия зенкуют под головки болтов впотай. Перед постановкой болтов их обматывают смоляной паклей, покрывают суриком, а затем ставят на место и слегка обжимают. Освободив шурупы временного крепления фланца, сверлят остальные отверстия и ставят болты. Окончательно болты затягивают так, чтобы не было перекоса, в два-три приема и в порядке, показанном на рис. 11.

Если дейдвудная труба проходит через ахтерштевень, центровка и установка ее производятся аналогично.

Корпуса упорных и опорных подшипников валопровода центруются по мишенькам при помощи макетных валиков, так же как кронштейн гребного вала. Все эти работы необходимо выполнять по возможности точно: отклонения не должны превышать ± 1 мм.

Центровка и установка двигателя. Фундаментная рама под двигатель собирается из двух параллельных угольников — продольных балок и нескольких поперечин. Для крепления двигателя к раме приваривают стойки под его лапы, высверливают отверстия для крепления рамы к фундаменту.

На раму устанавливают двигатель и крепят его. После этого к поперечинам рамы прихватками либо на струбцинах крепят специальные мишени (рис. 12), на которые наклеивают небольшие листы ватмана так, чтобы при вращении вала двигателя карандаши, укрепленные на храповике и маховике, чертили окружности. Когда окружности готовы, осторожно снимают двигатель с рамы, и саму раму с мишенями ставят в моторный отсек на свое место — на подрамные угольники фундамента (рис. 13).

На вычерченных окружностях мишеней находят центры, которые должны совпадать с теоретической осью валопровода, и сверлят в них отверстия диаметром 3 мм. Центровка достигается передвижением рамы с мишенями до такого положения, чтобы натянутая струна проходила через центры обоих отверстий в мишенях. Вертикальное перемещение двигателя при центровке достигается установкой прокладок. Когда рама отцентрована, сверлят угольники через отверстия в раме, после чего крепят ее болтами, лучше призонными.

Монтаж линии вала ведут от втулки кронштейна к двигателю при постоянном проворачивании вала вручную. Вначале фланцы соединяют болтами без затяжки. Проворачивая вал, постепенно затягивают болты на соединительных фланцах.

Монтаж валопровода при шарнирном вале. В этом случае требуется пробить только линию гребного вала. Двигатель устанавливается по шарниру. Делается это таким образом. Вначале монтируют гребной вал так, чтобы его опорный подшипник был расположен возможно ближе к фланцу, на котором будет закреплен шарнир. Затем по координатам чертежа устанавливают на место двигатель вместе с фундаментной рамой. К фундаментным угольникам раму не крепят, а вывешивают двигатель вместе с рамой на талях, чтобы его можно было перемещать вручную в любом направлении. Затем монтируют шарнир, соединяя им гребной вал с двигателем. В зазоры, образовавшиеся между угольником фундамента и рамой, загоняют прокладки. Поворачивая двигатель вручную (при снятой компрессии), стравливают тали.

Если при стравленных талях система легко проворачивается, можно крепить раму к угольникам фундамента; если проворачивать тяжело — установку повторяют. Обычно эта работа удается с одного или двух раз. Затягивая рамные болты, также продолжают для контроля проворачивать всю систему. Если прокладки подобраны правильно, после окончательной затяжки болтов двигатель вместе с валопроводом должен проворачиваться легко и равномерно, с одинаковым усилием по всей окружности.