絞吸挖泥船絞刀傳動裝置技術(shù)升級改造的探析

黃國金

摘要：絞吸挖泥船的絞刀傳動裝置是非常重要部件，它的好、壞直接影響該船的生產(chǎn)效率，本文就我局的一艘絞吸挖泥船（江灣號）的絞刀傳動裝置進(jìn)行技術(shù)升級改造，研制出一種新型的絞刀傳動裝置，在其船上運(yùn)用，達(dá)到了非常好的效果?，F(xiàn)對該技術(shù)升級改造進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：新型絞刀傳動裝置設(shè)計(jì)問題措施

設(shè)計(jì)背景

絞吸式挖泥船“江灣號”建造于2005年，設(shè)計(jì)單位是某船舶設(shè)計(jì)研究所2004年8月設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要尺度：總長41.7m，船長29.7m，船寬7.6m，型深2.8m，吃水1.6m。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)參照一般的絞吸式挖泥船設(shè)計(jì)的切削能力為土質(zhì)3類以下（比較松散）。如果施工現(xiàn)場是3類以下土質(zhì)該挖泥船的絞刀傳動裝置不會有什么問題。近幾年以來3類以下土質(zhì)河床越來越少，很大一部分都是3類以上，甚至到5類。如果施工時(shí)遇到3類～4類的土質(zhì)，原絞刀傳動裝置處于最大或超負(fù)荷工作，超負(fù)荷工作時(shí)很快就把絞刀傳動裝置損壞。原絞刀傳動裝置共有3部分組成，第1部分一臺液壓馬達(dá)帶動第2部分的行型齒輪箱，通過齒輪箱帶動第3部分的絞刀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不是很理想。液壓馬達(dá)和齒輪箱設(shè)計(jì)在橋架圓管里面（橋架圓管內(nèi)徑為Φ1200mm），經(jīng)常損壞部件是第1部分的液壓馬達(dá)和第2部分的齒輪箱，每次損壞后修理費(fèi)用很大。

就拆裝費(fèi)用而言，首先將船拖到岸邊并需找一個(gè)能滿足50—100噸汽車吊的作業(yè)碼頭進(jìn)行，將液壓馬達(dá)和齒輪箱運(yùn)到生產(chǎn)廠家進(jìn)行修理，每次修理費(fèi)用10萬元左右，在2008年1年內(nèi)修理了3次。最后1次修理安裝后使用不到120小時(shí)又將液壓馬達(dá)和齒輪箱損壞，在這種情況下必須對該技術(shù)進(jìn)行升級改造。

問題分析及解決辦法

經(jīng)過絞吸挖泥船絞刀傳動裝置損壞原因分析，主要是傳動裝置功率過小，液壓馬達(dá)選配功率過小，導(dǎo)致使用壽命短。

對該技術(shù)進(jìn)行升級改造，設(shè)計(jì)出一個(gè)3軸2級變速的齒輪箱。齒輪箱的外型尺寸是高2670mm，寬1420mm，原度1514mm，輸入轉(zhuǎn)速150rpm，輸出轉(zhuǎn)速30rpm，減速比5：1，總輸出扭矩56800N.m。第一級變速中心距500mm，第2級變速中心距900mm，齒輪模數(shù)是10，第一個(gè)齒輪為20個(gè)齒，第2個(gè)中間齒輪為80個(gè)齒，第三個(gè)大齒輪為100個(gè)齒，設(shè)計(jì)中間齒輪的目的是為了將液壓馬達(dá)安裝在橋架外面，修理拆裝方便。采用2個(gè)液壓馬達(dá)和一個(gè)外齒輪傳遞的齒輪箱變速箱，傳動絞刀的新型絞刀傳動裝置。其特點(diǎn)：①液壓馬達(dá)采用了2臺并設(shè)計(jì)在橋架外部，便于液壓馬達(dá)的拆裝，不需要請大吊車作業(yè)，也不需移動挖泥船現(xiàn)場即可更換或修理。②傳動功率也相應(yīng)的翻了一倍，延長了液壓馬達(dá)使用壽命。③由于設(shè)計(jì)的是外舌合齒輪，齒輪模數(shù)由6加大到10。傳動軸和軸承也相應(yīng)的加大。

具體相關(guān)部件設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算。具體如下：

1、主要技術(shù)參數(shù)

液壓馬達(dá)型號：XHS7-2500

馬達(dá)排量（ml/r）：2526（兩只）

工作壓差（MP）：16

輸入轉(zhuǎn)速（r/min）：150

輸出轉(zhuǎn)速（r/min）：30

總輸出扭矩（Nm）：56800

減速機(jī)速比：5：1

2、齒輪初算

擬采用兩級傳動，速比分別為4和1.25。

根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度初算直徑結(jié)果為：d1=330，d2=980，d3= 1202。

根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度初算模數(shù)結(jié)果為：m1=9.85，m2=9.9，m3= 10。

綜合工況及安裝尺寸，采取如下數(shù)據(jù)：

m=10，z1=20，β=0，x1=0，b1=248

m=10，z2=80，β=0，x2=0，b2=240

m=10，z3=100，β=0，x3=0，b=230

齒輪Z1采用40Cr調(diào)質(zhì)，硬度250～280HBS

齒輪Z2采用ZG45調(diào)質(zhì)，硬度230～260HBS

齒輪Z3采用ZG45調(diào)質(zhì)，硬度230～260HBS

對各齒輪承載能力校核均合格。

3、輸出主軸的強(qiáng)度校核

對最大彎矩處，安裝齒輪3的軸段中間處進(jìn)行校核：

σb=M/W

M=31198N.m（上圖）

M=（π/32）*d3-b*t*（d-t）/（2*d）=783883.4mm3

σb=39.8Mpa

[σ-1]b=40Mpa

Σb<[σ-1]b

4、對輸出軸上軸承校核

選用雙列圓錐滾子軸承352140

Fr=（568002+20673.52）0.5=60445.3N

Fa=0

P=fp*Fr=1.2*Fr=72534N

C=1450000N

L10h=（16670/n）*（C/P）10/3=1204768（小時(shí)）

設(shè)計(jì)要求360*8*3=8640小時(shí)，符合。

Fa=0

Por=X0*Fr=60445.3N

Cor/Por=49.1>S0=2

符合要求。

研究成果

我們于2009年研制成功后到現(xiàn)在，經(jīng)過一年多的試用，在山東濰坊海邊工程施工，土質(zhì)為4類左右，效果十分理想。該工地有各類挖泥船10余艘，經(jīng)過改造的江灣號挖泥船開工率最高。

該技術(shù)在全國同類絞吸式挖泥船中絞刀傳動裝置的改造屬國內(nèi)首創(chuàng)，領(lǐng)先于同類船舶的生產(chǎn)效益。

“江灣號”經(jīng)過絞刀傳動裝置的技術(shù)改造后經(jīng)濟(jì)效益有十分明顯的提高，按設(shè)計(jì)生產(chǎn)方量350方/時(shí)計(jì)算。生產(chǎn)可以提高30%，即為455方/小時(shí)，每小時(shí)提高105立方。按產(chǎn)值每立方10元計(jì)算，每小時(shí)可提高利潤1050元，按每月平均開動率500小時(shí)計(jì)算，每月提高利潤52.5萬元。全年提高利潤630萬元。同時(shí)減少了修理費(fèi)用（按每拆修1次）每年約30萬元。該技術(shù)全面推廣，一定會取得很好的社會效益。（實(shí)物見下圖）

參考文獻(xiàn)：

[1]中國船級社《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶入級與建造規(guī)范》（2002）版

[2]中國船級社《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》，（2004）版

[3]機(jī)械工業(yè)出版社《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》，（2000）版（作者單位：江西省航道工程局）