5 000 kW絞吸挖泥船橫移及橋架絞車減速器裝配的研究

劉曉貴，王遐其，奚憲

（1.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海200125；

2.上海振華重工（南通）傳動(dòng)機(jī)械有限公司，江蘇南通226017）

5 000 kW絞吸挖泥船橫移及橋架絞車減速器裝配的研究

劉曉貴1，王遐其1，奚憲2

（1.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海200125；

2.上海振華重工（南通）傳動(dòng)機(jī)械有限公司，江蘇南通226017）

通過采用KISSsoft及Inventor軟件對(duì)橫移、橋架絞車減速器中齒輪的齒形進(jìn)行三維建模，同時(shí)對(duì)齒輪實(shí)體裝配建立實(shí)際相對(duì)應(yīng)的嚙合位置關(guān)系。先建立下閉合齒輪嚙合傳動(dòng)鏈，再確定上閉合齒輪嚙合傳動(dòng)鏈，從而最準(zhǔn)確定齒輪和軸的裝配關(guān)系。簡化了齒輪的制造加工工藝和減速器的裝配工藝。此方法解決了大型挖泥船橫移及起橋絞車減速器的裝配問題，在實(shí)踐中已得到應(yīng)用。

挖泥船；絞車；減速器；裝配

隨著疏浚工程對(duì)絞吸挖泥船大排距和強(qiáng)破土能力的要求，近年來新建造的絞吸挖泥船的絞刀、水下泥泵、絞車等功率不斷增加，致使相應(yīng)減速器的承載能力不斷增加。由于絞吸挖泥船上對(duì)使用空間及重量的控制要求比較嚴(yán)格，因此本文中絞車減速器采用了雙分流結(jié)構(gòu)［1］的設(shè)計(jì)。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地減小減速器的安裝尺寸及減輕減速器的重量，從而達(dá)到滿足絞吸挖泥船總體布局設(shè)計(jì)的目的。雙分流減速器是通過功率分流而減小單級(jí)齒輪的承受載荷，使承受載荷減半，達(dá)到減小齒輪外徑尺寸的目的，從而減小減速器的整體尺寸和重量。

當(dāng)齒輪太大及減速器箱體內(nèi)部沒有足夠的空間時(shí)，采用分體式齒輪裝配難以調(diào)整，故本文中絞車減速器上閉合大齒輪采用整體鍛件齒輪一次調(diào)整完成。簡化加工和裝配工藝，可操作性強(qiáng)。

1　絞吸挖泥船概況

絞吸挖泥船是目前疏浚工程中運(yùn)用較廣泛的一種船舶。絞吸挖泥船分為自航式和非自航式。采用定位樁和錨纜定位及移動(dòng)，它的特點(diǎn)是挖、運(yùn)、卸泥可以一次性完成，能夠連續(xù)不斷的進(jìn)行工作，效率高、經(jīng)濟(jì)性好。它適用于各種形式的土質(zhì)。對(duì)于開河筑港、填土造陸、開挖碼頭與船塢、浚深航道、抽水抗旱、吹填堤壩等任務(wù)均能勝任。因此，它是現(xiàn)代挖掘船的主力之一。絞吸挖泥船有兩大絞車機(jī)構(gòu)：橫移絞車和橋架絞車。

絞吸挖泥船的工作原理是以一根定位樁為中心，依靠橫移絞車左右擺動(dòng)船體，同時(shí)利用裝在絞刀架前端絞刀將水底泥土、巖石等絞碎，形成泥水混合物（泥漿），通過離心式泥泵將水底泥漿從絞刀架前端吸泥頭處吸入，經(jīng)船內(nèi)吸管、泥泵、排泥管（船內(nèi)部分和船外部分）排至卸泥地點(diǎn)，從而完成挖泥作業(yè)。前移時(shí)，用另一根定位樁交替換樁，絞刀挖泥過程呈扇形前進(jìn)。橋架是通過橋架絞車控制上下動(dòng)作，工作時(shí)橋架放入水中，挖泥結(jié)束時(shí)橋架提升到水面以上。

2　橫移及橋架絞車相關(guān)參數(shù)

5 000 kW絞刀功率自航式挖泥船絞車相關(guān)參數(shù)：

（1）橫移絞車

額定拉力：1 450 kN

電機(jī)：700 kW（S1連續(xù)工作制）

轉(zhuǎn)速：0～750 rpm恒轉(zhuǎn)矩，750～1 500 rpm恒功率

布置形式：左右各一臺(tái)對(duì)稱布置

橫移絞車減速器：24 h連續(xù)工作制，公稱速比：253.

（2）橋架絞車

額定拉力：1 100 kN

電機(jī)：700 kW（S1連續(xù)工作制）

轉(zhuǎn)速：0～750 rpm恒轉(zhuǎn)矩，750～1 500 rpm恒功率

布置形式：左右各一臺(tái)對(duì)稱布置

橋架絞車減速器：間歇性工作制，公稱速比：275.

3　采用分體式齒輪裝配

分體式齒輪［2］由齒圈、輪轂、鉸制螺栓［3］、螺母、墊片、開口銷組成。具體結(jié)構(gòu)見圖1.

圖1　分體式齒輪

分體式齒輪齒圈和輪轂都需要加工，兩件加工比整體齒輪加工裝夾次數(shù)多，累計(jì)誤差大，加工時(shí)間長。裝配時(shí)齒圈和輪轂零件之間需間隙配合，否則安裝比較難操作，從而造成齒輪嚙合誤差增大。由于該齒輪外徑較大及減速器箱體內(nèi)部沒有足夠的空間，因此裝配時(shí)齒圈調(diào)整比較困難。齒圈調(diào)整完成后，需要拆下分體式齒輪重新加工鉸制孔，鉸制孔加工好后再重新裝配。此方法給加工制造和裝配帶來了諸多不便，故本文采用了整體式齒輪裝配。

4　采用整體式齒輪裝配

4.1應(yīng)用KISSsoft［4］和Inventor［5］軟件建立三維實(shí)體模型

建立準(zhǔn)確、可靠的三維幾何實(shí)體模型（包括零件、裝配模型），是研究該裝配工藝最主要的前提。本文選取橫移和橋架絞車減速器的后兩級(jí)齒輪嚙合傳動(dòng)（包含分流齒輪結(jié)構(gòu)，減速器共四級(jí)齒輪嚙合傳動(dòng)）實(shí)際裝配組件為研究對(duì)象。首先運(yùn)用KISSsoft齒輪設(shè)計(jì)軟件輸入齒輪所有參數(shù)后生成齒輪，并設(shè)置3D export輸出為Inventor三維文件形式保存，再在Inventor軟件中打開齒輪零件三維模型保存文件，最后完成三維實(shí)體裝配模型。A/G型見圖2，B/H型見圖3.

圖2　（A/G型）

圖3?。˙/H型）

4.2三維實(shí)體模型生成二維視圖

橫移和橋架絞車減速器分別是兩兩對(duì)稱安裝布置型式，橫移絞車減速器是G/H型安裝（G/H是高速單輸入軸，低速單輸出軸），橋架絞車減速器是A/B型安裝（A/B是高速雙輸入軸，低速單輸出軸）。A/G型對(duì)于該減速器上閉合齒輪嚙合傳動(dòng)鏈裝配是相同的，B/H型對(duì)于該減速器上閉合齒輪嚙合傳動(dòng)鏈裝配是相同的，因此實(shí)際要研究的減速器裝配型式只有兩種型式。三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)化生成二維視圖，A/G型見圖4，B/H型見圖5.

圖4　（A/G型）

圖5　（B/H型）

從圖3中可以看出，件1是對(duì)稱人字齒結(jié)構(gòu)，件1和件2（下大齒輪）、件3（上大齒輪）同時(shí)嚙合傳動(dòng)，件4（上齒輪軸）、件5（下齒輪軸）和件6同時(shí)嚙合傳動(dòng)，以件2裝配孔的鍵槽為基準(zhǔn)，鍵槽中心線與齒輪齒槽中點(diǎn)重合（齒輪厚度中面），件4和件5零件完全相同，齒輪軸鍵槽中心線與齒輪齒槽中點(diǎn)重合（齒輪厚度中面），件2裝配在件5上，件3裝配在件4上，從而可以確定件3（上大齒輪）鍵槽的中心線與件4（上齒輪軸）鍵槽的中心線應(yīng)該重合（裝配關(guān)系所確定的），按照此方法從圖3齒輪嚙合裝配圖中可以得出，件3（上大齒輪）裝配孔的鍵槽位置和齒輪齒槽的位置的角度為0.3794°.

圖4（B/H型）實(shí)際是A/G型沿減速器中心線對(duì)稱鏡像所得，從圖中可以看出件3（上大齒輪）裝配孔的鍵槽位置和件4（上齒輪軸）軸上鍵槽的位置在齒輪嚙合裝配后發(fā)生了錯(cuò)位，錯(cuò)位角度為0.7578°，此結(jié)果是由于齒輪嚙合角度位置的變化及齒輪螺旋角引起的。

以上所得結(jié)果顯示，兩種型式的減速器在加工制造和裝配過程中存在很大的不便，沒有共用性。為了解決這一難題，本文采取了A/G型和B/H合二為一的辦法。經(jīng)過對(duì)該減速器兩種裝配型式的分析研究，只對(duì)高速軸上小齒輪的位置沿減速器中心線對(duì)稱就可以達(dá)到合二為一的目的。裝配時(shí)除了低速軸只需沿減速器的中心線對(duì)稱鏡像外（裝配調(diào)整即可完成），其余所有齒輪及箱體部分裝配位置都保持不變，即橫移和橋架絞車減速器都按照A/G型裝配齒輪即可，上大齒輪裝配孔的鍵槽也就容易確定。由于高速小齒輪軸尺寸較小，故加工制造更容易，從而大大地簡化了齒輪、箱體等零部件的加工工藝及減速器的裝配調(diào)整工藝，大大地節(jié)約了加工制造、裝配和人力成本。同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。

通過對(duì)以上兩種裝配方法比較研究分析，得出結(jié)果如表1所示。

表1　不同齒輪類型比較

從比較結(jié)果可以看出，整體式齒輪無論在零件加工制造，還是在減速器整體裝配過程中有工藝簡化，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

5　結(jié)束語

本文通過應(yīng)用KISSsoft及Inventor軟件對(duì)5 000 kW絞刀功率絞吸挖泥船的橫移、橋架絞車減速器齒輪進(jìn)行三維轉(zhuǎn)化及實(shí)體建模，同時(shí)在Inventor軟件中轉(zhuǎn)化生成二維視圖分析研究了減速器的裝配問題，采用整體式齒輪裝配法，最終得出了采用一種如圖3的裝配形式，即上大齒輪裝配孔的鍵槽只有一個(gè)位置。經(jīng)過分析簡化了齒輪加工及裝配工藝，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)也優(yōu)化了減速器的設(shè)計(jì)方案。此方法在實(shí)踐中也得到了應(yīng)用。

［1］朱孝錄.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004..

［2］吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊［M］.第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［3］朱龍根.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6.

［4］徐宏.KISSsoft全實(shí)例中文教程［M］.北京:電子工業(yè)出版，2012.

［5］胡仁喜，劉昌麗.Autodesk Inventor 2013中文版標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)教程［M］.北京:電子工業(yè)出版，2013.

ResearchOn5000kWCutterSuctionDredger TravellingAndBridgeWinchReducer Assembly

LIU Xiao-gui1，WANG Xia-qi1，XI xian2
（1.Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China；2.Shanghai Zhenhua Heavy Industries（Nantong）Transmission Machinery Co.，Ltd.，Nantong Jiangsu 226017，China）

The modeling of gear through the lateral and ladder winch gear by using KISSsoft and Inventor software，and establish the corresponding relationship between the actual meshing position of Gear Solid assembly.The first set up under the closed gear meshing transmission chain，and then determine the closed gear meshing transmission chain，which is the most accurate determination of gear and shaft assembly relations.Simplifies the gear manufacturing process and gear reducer assembly process.This method solves the problem of large dredger traversing and assembly hoisting winch reducer，have been applied in practice.

dredger；winch；reducer；assembly

TH132.46

A

1672-545X（2016）08-0146-03

2016-05-03

劉曉貴（1979-），男，甘肅人，本科，工程師，主要從事齒輪及特種傳動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)研發(fā)。