淺談92A鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)特大齒圈裝配工藝設(shè)計(jì)

劉均讓，朱星元，秦雪飛

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000）

為滿足92A鉆機(jī)特殊工作要求設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)盤(pán)體積較大，傳遞低轉(zhuǎn)速、大扭矩（最大轉(zhuǎn)速30rad/min，最小轉(zhuǎn)速11rad/min，最大鉆井直徑2900mm）。維修與更新改造前，轉(zhuǎn)盤(pán)上大齒圈磨損嚴(yán)重，要求我們必須一次性裝配成功。而轉(zhuǎn)盤(pán)工作臺(tái)與大齒圈尺寸較大，過(guò)盈量較大，這就給裝配增加了難度。

1 轉(zhuǎn)盤(pán)齒圈工藝要求概述

鉆機(jī)大修改造項(xiàng)目中（共3種4臺(tái)）92A鉆機(jī)是其中一項(xiàng)更新改造項(xiàng)目，該鉆機(jī)是70年代中期產(chǎn)品，鉆機(jī)采用純機(jī)械傳動(dòng)。鉆機(jī)所配轉(zhuǎn)盤(pán)重達(dá)26500kg，額定扭矩300kN·m，最大靜載荷6000KN，通孔直徑達(dá)1060mm。

為滿足特殊工作要求設(shè)計(jì)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)體積較大、傳遞低轉(zhuǎn)速、大扭矩（最大轉(zhuǎn)速30rad/min，最小轉(zhuǎn)速11rad/min，最大鉆井直徑2900mm）。維修與更新改造前，轉(zhuǎn)盤(pán)上大齒圈磨損嚴(yán)重，經(jīng)與用戶協(xié)商，大齒圈按報(bào)廢處理，我們對(duì)其進(jìn)行了破壞性拆除。由于用戶僅提供了兩副備件，所以要求我們必須一次性裝配成功，容錯(cuò)率很低。因傳遞扭矩的大齒圈與轉(zhuǎn)盤(pán)工作臺(tái)之間為過(guò)盈聯(lián)接，過(guò)盈量達(dá)到1.5mm。而轉(zhuǎn)盤(pán)工作臺(tái)與大齒圈尺寸較大，過(guò)盈量較大，這裝配增加了難度。

大齒圈（圖1中序1）內(nèi)孔尺寸為?1600mm，外徑尺寸為?2450mm，厚度為300mm，該零件材料為35CrMo，要求與轉(zhuǎn)盤(pán)工作臺(tái)（圖1中序2）裝配后A面緊密接觸，無(wú)間隙，齒圈也不得發(fā)生扭曲變形。

圖1

2 轉(zhuǎn)盤(pán)齒圈工藝研討

2.1 零件工藝分析

因我公司無(wú)如此大的加熱爐可以對(duì)大齒圈進(jìn)行加熱，也沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此大齒圈與轉(zhuǎn)盤(pán)工作臺(tái)的裝配工藝顯得極其重要。

為保證大齒圈與轉(zhuǎn)盤(pán)工作臺(tái)裝配到位不變形，我們認(rèn)為必須解決以下問(wèn)題：

（1）大齒圈熱裝時(shí)溫度必須均勻，不扭曲變形。其膨脹量必須大于過(guò)盈量1.5mm，考慮到一次裝配的安全系數(shù)，甚至要大于過(guò)盈量1.5倍，即2.25mm。這就要求有足夠大的加熱爐來(lái)進(jìn)行加熱，而且加熱爐必須加熱均勻，同時(shí)保證有足夠的溫度。

（2）大齒圈膨脹后必須達(dá)到要求的尺寸，能夠精確測(cè)量膨脹量，這就要求有相應(yīng)的測(cè)量工具。

（3）裝配后大齒圈不發(fā)生扭變形，這就要求大齒圈能夠緩慢均勻冷卻，要有適當(dāng)?shù)谋卮胧?/p>

2.2 裝配工藝分析

根據(jù)零件工藝分析，我們制定出了相應(yīng)的裝配工藝。

（1）首先，解決加熱爐的問(wèn)題?？紤]到油加熱溫升均勻可靠，我們決定采用油加熱方式。根據(jù)包裝需要，我們將加熱爐與包裝箱設(shè)計(jì)為一體，裝配時(shí)當(dāng)加熱爐使用，裝配后作為包裝箱。

式中，Δ1為膨脹量mm；D為直徑mm；α1為熱膨脹系數(shù)mm/℃；Δτ為溫度差℃

考慮到安全系數(shù)，膨脹量取過(guò)盈量的1.5倍，即Δ1=2.25mm。

熱膨脹系數(shù)α1=11×10-6mm/℃

代入公式得 2.25（mm）=1600（mm）×11×10-6mm/℃（mm/℃）×Δτ

溫度差Δτ=τ-τ0

式中，τ為實(shí)際溫升，℃；τ0為環(huán)境溫度，℃。

裝配時(shí)測(cè)得，環(huán)境溫度約為15℃，即τ0=15℃

代入公式得τ=143℃

即加熱爐必須加熱到143℃以上。

根據(jù)我分廠現(xiàn)有油品，我們決定采用L-HL46液壓油，其閃點(diǎn)為185℃。為保證安全，又適當(dāng)?shù)募尤肓藵?rùn)滑脂，增加油的粘度，提高其閃點(diǎn)。

加熱器的加熱能力可估算為

式中，c為油的比熱，c≈1675J/（kg·K）；γ為油的質(zhì)量，γ=900kg/m3；v為油箱容積，m3；Δτ為加熱后的溫升，K；T為加熱時(shí)間，s。

根據(jù)包裝箱尺寸，加入大齒圈后油面必須達(dá)到400mm高度才能保證整個(gè)大齒圈均在油內(nèi)浸泡。因此體積v=2.45×2.45×0.4=2.4m3。

加熱時(shí)間定為8小時(shí)，即T=8 ×3600=28800s

代入公式得H=1675（J/kg·K）×900（kg/m3）×2.4（m3）×128（℃）/28800s

H=16080W

加熱器的功率

式中，η為熱效率，η≈0.6。

代入公式得N=16080/860×0.6N≈31.2kW

考慮到在加熱過(guò)程中的熱量損失，我們決定用保溫材料包裹加熱爐，減少熱量損失的基礎(chǔ)上，根據(jù)分廠電網(wǎng)實(shí)際，使用12個(gè)3kW的加熱管。為保證油箱加熱均勻，加熱管均勻安裝在油箱兩邊。同時(shí)到達(dá)加熱溫度后應(yīng)保溫4h，以保證大齒圈均勻受熱。

（2）加熱爐的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配工藝分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)加熱爐。同時(shí)考慮到用戶的要求（需將其它保養(yǎng)后的齒圈包裝發(fā)運(yùn)）最終確定設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2

選用δ=5mm鋼板制作爐體。

選用3kW的加熱管12套。

選用L-HL46液壓油加鈣基潤(rùn)滑脂為介質(zhì)。

（3）制作相應(yīng)的測(cè)量工具（如圖3）。

圖3

其使用方法是：先用卡尺定出轉(zhuǎn)盤(pán)工作臺(tái)外徑的實(shí)際位置，用頂尺量卡尺的位置，同時(shí)用頂尺量大齒圈的內(nèi)徑，兩者的差值即為過(guò)盈量；加熱到相應(yīng)的溫度后，再量出膨脹量。知道膨脹量大于Δ1=2.25時(shí)方可裝配。

（4）大齒圈裝配后，必須緩慢冷卻?？紤]到我分廠實(shí)際，我們用木炭對(duì)大齒圈進(jìn)行裝配后的保溫，這樣相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且效果可靠。

3 實(shí)踐效果

采用以上裝配工藝指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)裝配一次性獲得成功，大齒圈裝配位置準(zhǔn)確，沒(méi)有發(fā)生任何變形，經(jīng)過(guò)北井場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)行可靠、平穩(wěn)，達(dá)到了原設(shè)計(jì)裝配質(zhì)量要求，得到了用戶出廠驗(yàn)收時(shí)的贊譽(yù)。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，該裝配工藝思路正確，對(duì)今后大型工件的裝配、設(shè)備維修均具有一定的參考價(jià)值。