輪胎式起重機(jī)小車運(yùn)行齒條施工關(guān)鍵技術(shù)

黃葉鋒 王培娟

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司南通分公司 南通 226017

0 引言

輪胎式起重機(jī)（以下簡稱輪胎吊）載重小車驅(qū)動方式通常采用自行式或齒條驅(qū)動，其中齒條傳動穩(wěn)定性好，傳動效率高，且車輪不會打滑，安全可靠性強(qiáng)。但如若齒條排裝精度差，易導(dǎo)致齒條過早磨損、增加機(jī)構(gòu)負(fù)載，甚至對日常吊箱作業(yè)造成停機(jī)影響，同時增加維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用，故如何控制齒條排裝精度是輪胎吊制造中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在某輪胎吊項(xiàng)目中，運(yùn)用新技術(shù)，通過控制影響齒條排裝的關(guān)鍵工序，優(yōu)化施工工藝流程，保證了整體排裝精度。此技術(shù)能有效指導(dǎo)類似項(xiàng)目齒條的制作安裝，降低齒條磨損對碼頭帶來的不利影響，充分發(fā)揮輪胎吊在港口生產(chǎn)中的作用。

1 工程概況

示例項(xiàng)目額定載荷41 t，跨距24 m，小車行程18 m，小車額定速度70 m/min，其齒條驅(qū)動系統(tǒng)由車輪、軸承座、驅(qū)動齒輪和齒條等構(gòu)件組成。小車軌道安裝于主梁構(gòu)件上，齒條對稱平行布置在小車軌道的內(nèi)側(cè)，其余部件安裝至小車鋼結(jié)構(gòu)。小車通過驅(qū)動齒輪產(chǎn)生與齒條相互嚙合的作用力直接推動小車運(yùn)行，小車齒條驅(qū)動示意見圖1。

圖1 小車齒條驅(qū)動示意圖

2 齒條加工制造

小車驅(qū)動齒條材質(zhì)為45號鋼，齒形為直齒，齒形角為20°，模數(shù)為8，單根長度為1.55 m，齒條整體彎曲不大于0.5 mm，齒面精度等級為1.6，齒條零件示意見圖2。為滿足以上精度要求，多次對齒條進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行工藝路線優(yōu)化，最終制定了一套完善的加工工藝流程：鍛造→鍛后正火HB169～HB217→劃線→粗刨→粗銑→調(diào)質(zhì)+性能實(shí)驗(yàn)→變形矯正→半精刨→半精銑齒→人工時效→變形矯正→精刨→精銑齒→鉗工修磨→齒表面淬火HRC40～HRC45。

圖2 齒條零件示意圖

其中鍛件毛坯劃線后粗刨四周平面時，需利用樣板保證齒厚、齒深有足夠的精加工余量（厚度兩側(cè)面單面保留8 mm余量，齒部兩側(cè)及齒底保留6 mm余量），從而滿足Ra1.6的粗糙度要求。

為保證齒條組件裝配精度要求，底板和墊板需機(jī)加工保證高度要求，見圖3、圖4，由于后續(xù)還需進(jìn)行調(diào)整，粗糙度要求Ra12.5即可。

圖3 齒條裝配示意圖

圖4 齒條底板加工

3 齒條安裝制造關(guān)鍵技術(shù)

3.1 齒條底板的劃線定位安裝

齒條底板的劃線及定位焊接工作，傳統(tǒng)做法為待龍門架總裝完成后進(jìn)行，這樣可以很好的保證齒條的直線度，但高空作業(yè)施工難度大，且焊后主梁拱度不可控，會出現(xiàn)齒條底板燒焊后主梁拱度偏低，無法滿足成品拱度要求的情況，從而進(jìn)行高空?；?，如圖5所示，投入了大量人力物力，嚴(yán)重影響工期，且校火后鋼板性能降低，影響產(chǎn)品壽命及質(zhì)量。

圖5 利用吊梁高空校正主梁拱度

傳統(tǒng)方法在油漆后進(jìn)行焊接，修補(bǔ)工作量大，且焊接打磨污染嚴(yán)重，如遇到主梁箱體為密封箱體，上翼板焊接后反面油漆無法修補(bǔ)。為克服上述難題，對齒條底板安裝工序進(jìn)行優(yōu)化，在車間提前進(jìn)行齒條底板的焊接，減少高空作業(yè)。

主梁鋼結(jié)構(gòu)制作時增加5～10 mm拱度值，在車間制作完成后調(diào)整至水平狀態(tài)，劃出主梁中心線，再以主梁中心線為基準(zhǔn)劃出齒條定位中心線，保證公差在±0.5 mm內(nèi)。將每根齒條組件（齒條、墊板和底板的組合件見圖6）排裝在主梁上表面，保證齒條底板對準(zhǔn)主梁箱體內(nèi)橫隔板，齒條直線度公差在全長范圍內(nèi)為±3 mm，2 000 mm范圍內(nèi)小于1 mm。排裝兩根齒條過渡位置時用齒條安裝塊檢驗(yàn)，見圖7(保證2齒面間隙在0.05～0.2 mm之間)，滿足要求后，最終定位焊接齒條底板。

圖6 利用工藝螺栓連接齒條組件

圖7 過渡段利用齒條安裝塊檢驗(yàn)

優(yōu)化后的底板安裝工序施工過程中還需注意：

1）齒條底板定位焊接需待主梁上所有預(yù)焊件焊接完成后進(jìn)行，避免再次焊接導(dǎo)致主梁變形；

2）齒條底板的焊縫必須連續(xù)滿焊并在轉(zhuǎn)角處做好包角，不得有夾渣、氣孔等缺陷，焊角保證在6 mm，不得低于5 mm，在保證焊接強(qiáng)度的情況下焊接量需被控制在最少的范圍內(nèi)，以盡可能減少主梁的變形；

3）齒條底板施焊時必須由主梁中間向兩端4人同時對稱施焊，此方法可大幅度減小焊接對主梁拱度的影響；

4）齒條底板焊接完成后需復(fù)測主梁拱度和旁彎，如拱度和旁彎超差需進(jìn)行火工校正；

5）齒條底板焊接完成12 h后需重新劃出主梁中心線；

6）為減少拆裝工作，齒條組件可隨主梁一起沖砂油漆，沖砂油漆前需對齒面做好保護(hù)。

3.2 齒條排裝精度控制

3.2.1 齒條粗排

在龍門架總裝，小車軌道排裝完成后，進(jìn)行齒條組件的粗排裝工作，主要分為以下兩個步驟：

1）根據(jù)軌道中心線劃出齒條中心線，將每根齒條及墊板按齒條中心線依次排裝好，齒條過渡位置選擇兩個直徑相同的驗(yàn)棒，如表1所示，用卡尺或千分尺測量兩驗(yàn)棒外側(cè)，確保距離達(dá)到2πn+d，見圖8。

表1 不同模數(shù)所用驗(yàn)棒直徑一覽表

圖8 卡尺或千分尺測量兩驗(yàn)棒外側(cè)

2）如圖9所示，采用楔形件使齒條中間段墊板側(cè)面與齒條溝槽側(cè)面緊貼(間隙不得大于0.05 mm)，確保齒條無移動，并擰緊固定螺栓，全部齒條調(diào)整完成后將墊板和底板焊接，焊接時做好預(yù)熱及保溫工作，焊接后間隙不大于0.4 mm。

圖9 中間段墊板焊接要求

3.2.2 齒輪糾偏

粗排完成后吊裝小車總成至主梁，首先糾正跳齒問題，使兩側(cè)齒輪在對應(yīng)的齒位，否則小車跑偏將非常嚴(yán)重，且前后反方向露齒。其次糾正兩側(cè)齒輪不同位，即兩邊齒條面錯位，會導(dǎo)致兩側(cè)齒輪受力不同或僅一側(cè)受力，需在一側(cè)兩個軸承座下同時（單個將導(dǎo)致齒輪垂直度改變）增加墊片，即以齒輪錯位來適應(yīng)齒條錯位，且兩側(cè)齒輪仍跟車輪均平行，最后以側(cè)隙、嚙合情況來確定齒輪軸承座的墊片數(shù)量。

3.2.3 齒條精排

在小車車輪糾偏完成，無跳齒、不明顯跑偏和不露齒的情況下進(jìn)行精排，其次調(diào)整好齒輪垂直度后（齒輪垂直度可通過調(diào)整單個軸承座），小車額定載荷反復(fù)運(yùn)行，測量齒條的橫向水平狀態(tài)，記錄偏差并調(diào)整高度（齒條的高度調(diào)整可定制不銹鋼墊片，見圖10），用塞尺檢查側(cè)隙，記錄數(shù)據(jù)，分析整體數(shù)據(jù)情況決定調(diào)整齒條或是調(diào)整齒輪，齒輪降低1 mm，側(cè)隙減少1/3 mm，即a×20°齒形角的正弦值，最后用紅丹粉涂滿齒輪，見圖11，檢查齒輪與齒條嚙合面情況。齒側(cè)間隙太大將導(dǎo)致小車架停車后晃動厲害，進(jìn)而影響齒輪齒條壽命，合適的值應(yīng)為0.3～0.8 mm，且接觸斑點(diǎn)在齒高方向不少于30%，齒寬方向不少小40%，若嚙合不達(dá)標(biāo)，繼續(xù)重復(fù)上述步驟。滿足要求后，用產(chǎn)品緊固件一一替換工藝緊固件，并完成終擰。

圖10 側(cè)齒條調(diào)整墊片

圖11 嚙合情況檢驗(yàn)

4 齒條排裝常見問題及控制方法

4.1 小車跑動過程中露齒情況

齒輪跑出齒條的主要原因?yàn)檐壘嗥罴败囕喤c齒輪的橫向距離存在問題，需按以下要求進(jìn)行控制：

1）小車架裝配車間齒輪安裝好后，需測量齒輪到車輪的距離，在調(diào)整齒輪垂直度的前提之下，保證齒輪到車輪的距離，若由于鋼結(jié)構(gòu)制作誤差導(dǎo)致距離無法調(diào)整，可通過適當(dāng)調(diào)整齒輪保證；

2）粗排工作前需先利用撐桿偏心軸調(diào)整龍門架主梁兩端軌距。由于水平輪的存在，2根齒條均以拖鏈側(cè)軌道為基準(zhǔn)進(jìn)行排裝，而非單獨(dú)的2根軌道為基準(zhǔn)，此方法可有效克服軌距產(chǎn)生的影響，從根本解決尺寸跑出齒條的情況。即使在使用過程中由于日照導(dǎo)致主梁旁彎，也能有效地使小車架在左、中、右一定的范圍內(nèi)移動。

4.2 小車運(yùn)行過程出現(xiàn)跳動的情況

小車跳動如發(fā)生在齒條接頭部位，則首先測量齒條接頭間隙是否偏小，若滿足要求，則排查軌道直線度；若發(fā)生在齒條中間部位，則檢查軌道接頭位置是否有下凹或上拱的突變。除以上原因外檢查螺栓是否松動，齒輪、齒條齒面是否清潔等。

5 結(jié)語

齒條驅(qū)動作為一種優(yōu)秀的小車運(yùn)行方式，以安全可靠、穩(wěn)定性好和施工效率高的優(yōu)勢在輪胎吊市場中占據(jù)重要地位。使用示例項(xiàng)目的齒條制造和排裝控制技術(shù)，使齒條排裝精度得到有效的提升，可為相似案例提供借鑒。