高精度軌道調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高精度軌道調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)胡志仁、陳玉龍、金梁斌（中船重工第七一研究所，湖北 宜昌 ）摘要：本文從軌道調(diào)節(jié)范圍、軌道直線度和水平度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及調(diào)節(jié)支座的固定三個(gè)方面進(jìn)行了闡述，通過(guò)圖示、分析和實(shí)例說(shuō)明了兩種機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣，并得出了在高精度、高速度和動(dòng)載荷軌道設(shè)計(jì)施工中宜采用分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，而不宜采用斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)。關(guān)鍵詞：軌道；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；鎖緊Abstract：The article is epounded from the range of rail adjustion,the rail straightness ,the adjustable levelness

2、 mechanism and the fixation of adjustable bearing.It explains the advantage and disadvantage of two mechanism by diagram,analysis and examples,and gets the detached adjustable lock mechanism used in the high precision,high speed and dynamic lock rail design construction,but not adaptable for adjusta

3、ble inclined block type lock mechanism.Keywords：track；regulate mechanism；locking1. 前言軌道是拖曳水池的重要設(shè)備，其精度高低是保證拖車高速穩(wěn)定運(yùn)行和精確定位的關(guān)鍵因素。軌道的精度一般由加工精度和安裝精度決定，前者只要制定合理的加工工藝和選擇合適的加工設(shè)備，保證加工精度不是難題；后者需要考慮軌道的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和測(cè)量基準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)水池一般采用斜塊調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，輔以水準(zhǔn)槽測(cè)量工藝，其軌道精度基本能滿足拖曳運(yùn)行要求，但是在軌道調(diào)節(jié)范圍和精度、軌道錨固鎖緊可靠性、軌道抗振性能等幾個(gè)方面存在一定的問(wèn)題，影響軌道的精度和穩(wěn)定性。本

4、文通過(guò)分析對(duì)比，提出一種適合水池軌道調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)很好的解決了斜塊調(diào)整鎖緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用效果良好。2. 兩種調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)的工作原理2.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)1) 軌道直線度調(diào)節(jié)通過(guò)直線度調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行左右調(diào)節(jié)，由螺栓上的螺母進(jìn)行緊固放松；2) 水平度調(diào)節(jié)主要是通過(guò)水平度調(diào)節(jié)螺栓對(duì)斜塊進(jìn)行左右調(diào)節(jié)，利用斜塊錯(cuò)位發(fā)生垂直方向位移調(diào)節(jié)軌道高低，由螺栓上的螺母進(jìn)行緊固放松。效果圖如圖1所示。調(diào)節(jié)斜塊水平調(diào)節(jié)螺栓直線調(diào)節(jié)螺栓圖1斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)2.2. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)1) 軌道直線度調(diào)節(jié)主要是通過(guò)水平支架兩側(cè)的側(cè)向扣座和螺母對(duì)軌道進(jìn)行左右調(diào)節(jié)；水平度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直線度

5、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2) 水平度調(diào)節(jié)主要是通過(guò)軌底支撐板上下調(diào)整，通過(guò)支撐板上下螺母和扣板鎖緊，保證軌道水平度。效果圖如圖2所示預(yù)埋基礎(chǔ)圖2分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)3. 調(diào)節(jié)范圍分析拖曳水池軌道梁為池壁，由于蓄水壓力和地基沉降影響，導(dǎo)致軌道在垂向（±20mm以上）和橫向（±10mm以上）產(chǎn)生變形，影響軌道精度，因此要求軌道有較大的調(diào)節(jié)范圍。斜塊式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)受其斜面角度的限制，垂直調(diào)節(jié)量一般不超過(guò)±5mm，水平調(diào)節(jié)量不超過(guò)±10mm，顯然滿足不了要求。分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)采用螺桿調(diào)節(jié)，橫向調(diào)節(jié)取決于支撐板腰形孔的長(zhǎng)度，一般可達(dá)±25mm，垂向調(diào)節(jié)取決于垂直螺桿頭與拖車

6、抱軌器和導(dǎo)向輪的間隙，該間隙主要由軌道的高低決定，一般采用QU75鋼軌，垂向調(diào)整范圍可達(dá)±32mm（如圖3所示）。圖3 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)垂向調(diào)節(jié)范圍4. 橫向調(diào)節(jié)軌道直線度調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊力的分析4.1. 螺母鎖緊防松要素眾所周知，螺母的鎖緊防松作用的好壞主要取決于兩個(gè)因素：第一是螺紋的牙型，細(xì)牙優(yōu)于粗牙，越是細(xì)牙螺紋，其鎖緊防松作用就越好。第二是鎖緊螺母擰緊時(shí)，在被鎖緊的螺桿上產(chǎn)生的最大拉力在螺桿上相應(yīng)的長(zhǎng)度。很顯然，螺桿上產(chǎn)生最大拉力的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，鎖緊防松的效果越好。因此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用螺母防松一般用在受拉螺桿上。對(duì)于受壓螺桿來(lái)說(shuō)，由于這種壓力不產(chǎn)生防松作用，還減弱螺母的拉

7、力，螺桿上產(chǎn)生的壓力越大，減弱的程度也越大，因此，對(duì)于受壓螺桿用螺母防松是不適宜的。4.2. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)橫向調(diào)節(jié)受力分析如圖4所示：圖4 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)受力示意圖1) （a）是螺桿2上不受力時(shí)，用螺母1鎖緊，在螺桿2上產(chǎn)生拉力的大小和長(zhǎng)度；2) （b）是沒(méi)有螺母1起作用，僅螺桿2左右調(diào)節(jié)軌道時(shí)產(chǎn)生的壓力圖；3) （c）是（a）+（b）的結(jié)果，即螺桿2左右調(diào)節(jié)好軌道后，用螺母1鎖緊時(shí)，螺桿2上產(chǎn)生力的疊加圖，其受拉的長(zhǎng)度已經(jīng)減短；4) （d）是軌道受側(cè)向干擾附加在螺桿2上的壓力；5) （e）是（c）+（d）的結(jié)果。很顯然，螺桿2上受拉力的長(zhǎng)度更短了。6) 圖4中BC段的實(shí)際長(zhǎng)度為35

8、mm，若螺母1最大鎖緊力為10KN，螺桿2調(diào)節(jié)軌道的壓力為5KN，拖車對(duì)軌道的水平側(cè)向干擾壓力為15KN的話（40t重的拖車產(chǎn)生0.075g的橫向動(dòng)載時(shí)，在單個(gè)輪子上的側(cè)向壓力），螺母1產(chǎn)生的鎖緊力在螺桿2上的影響范圍：a) 由長(zhǎng)度BC=35mm，縮短為BC=35/3=11.7mm，即螺紋由14扣減少為4.7扣；b) 若側(cè)向干擾力在增加一倍以上，受拉螺桿的長(zhǎng)度更短，螺紋僅剩12扣，根本起不到防松效果。4.3. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)橫向調(diào)節(jié)受力分析如圖5所示，螺桿始終處于受拉狀態(tài)。圖5 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)受力示意圖1) 圖5中所示螺母鎖緊產(chǎn)生拉力的最大值貫穿在全螺桿上，其螺桿受拉區(qū)域?yàn)?82mm；

9、2) （a）是軌道不受外力情況下，用螺母鎖緊時(shí)，在螺桿上產(chǎn)生拉力的大小和長(zhǎng)度；3) （b）是軌道產(chǎn)生了一倍于螺母鎖緊的側(cè)向干擾力，在螺桿上產(chǎn)生拉力的大小和長(zhǎng)度；它的出現(xiàn)不僅沒(méi)有使螺桿產(chǎn)生壓力，反而使拉力增加一倍。這充分說(shuō)明受拉螺桿采用螺母防松效果最好。5. 垂向調(diào)節(jié)-軌道水平度調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊力的分析5.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)垂向調(diào)節(jié)受力分析1) 詳見(jiàn)圖4，該機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)高低的斜形塊角度為14°，當(dāng)鋼軌承受垂直向下壓力為F（AC）時(shí)，在上斜形塊上可分解為：a) 斜面正壓力F（AB）=F（AC）×Cin14°；b) 沿斜面向下滑力F（BC）=F（AC）×Si

10、n14°；c) 而阻止下滑的摩擦力Fm=F（AB）×f，其中f為鋼的摩擦系數(shù)f=0.15；d) 則沿斜面剩余的下滑力Fxh= F（BC）-Fm = F（AC）×Sin14°- F（AC）×Cin14°×f = F（AC）×（Sin14°- f× Cin14°）e) 高度調(diào)節(jié)螺桿壓力為剩余下滑力Fxh在水平面上的投影： Fss= Cin14°×Fxh = F（AC）×（Sin14°- f× Cin14°）×Cin14&

11、#176; 若取拖車單輪的下壓力為150KN，則上斜形塊上產(chǎn)生的側(cè)向力（即水平力）Fss=14.027KN，同理可得下斜塊產(chǎn)生的側(cè)向力Fsx=Fss=14.027KN。2) 這兩個(gè)力分別作用在調(diào)高低螺栓4左和4右的末端，對(duì)螺栓均產(chǎn)生向外壓的作用。很顯然，這兩個(gè)力的產(chǎn)生和作用不是加強(qiáng)，而是削弱了鎖緊母3的防松作用。3) 另外，鋼鐵的自鎖角為8°31.8，而該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中把斜角設(shè)計(jì)成14°，使高低調(diào)好后不能自鎖，僅是為了滿足向下調(diào)低的需要及8mm調(diào)整高度的需要，而不得不犧牲斜形塊的自鎖作用，這就是該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)。4) 高精度軌道水平度的要求為±0.1mm。這種高低

12、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)整時(shí)可以調(diào)整到這一要求。如果不做試驗(yàn)，也就是說(shuō)沒(méi)有動(dòng)態(tài)荷載的情況下，或許調(diào)好的精度可以保持；而如果經(jīng)常進(jìn)行試驗(yàn)，有動(dòng)態(tài)荷載的情況下，會(huì)對(duì)斜形塊產(chǎn)生時(shí)有時(shí)無(wú)、時(shí)大時(shí)小的水平載荷，壓在兩側(cè)的調(diào)節(jié)斜塊高低的螺母3的防松效果就會(huì)更差，調(diào)整的高精度顯然難以保持。5.2. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)垂向調(diào)節(jié)受力分析1) 詳見(jiàn)圖5，當(dāng)軌道承受垂直向下的壓力時(shí)，直接作用在軌底支撐板下2個(gè)承壓螺母上，只要螺母的螺紋承壓力設(shè)計(jì)足夠，其防松效果更好；2) 只有垂直力，沒(méi)有分力，軌道不會(huì)產(chǎn)生橫向滑移；3) 當(dāng)瞬間車輪載荷過(guò)后，軌道會(huì)產(chǎn)生向上反彈力（很?。硪环矫娓咚賹?dǎo)向輪運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生上拔力。此時(shí)由垂直螺桿上方的2

13、個(gè)扣板和壓緊螺母克服。形成螺桿受拉、螺母受壓，其防松效果更佳；4) 垂向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)無(wú)論在什么狀態(tài)下，都處于螺桿受拉，螺母受壓狀態(tài)，對(duì)軌道水平度為±0.1mm的要求能長(zhǎng)久保持。6. 調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)的錨固分析6.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)的錨固分析1) 圖4中的調(diào)節(jié)支座上制有4-25孔。套在4個(gè)M24的地角螺桿上，用螺母壓緊力所產(chǎn)生的摩擦力保證，這個(gè)力顯然是不足的。2) 當(dāng)軌道產(chǎn)生的側(cè)向干擾力大于螺母壓緊力所產(chǎn)生的摩擦力時(shí)，調(diào)節(jié)支座就有可能在1mm（極限狀態(tài)時(shí)）范圍內(nèi)移動(dòng)。調(diào)節(jié)支座移動(dòng)了，軌道的精度就無(wú)法保證了，軌道±0.2mm直線度的要求在動(dòng)態(tài)條件下時(shí)難以保證。3) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)底座為

14、平面，與混凝土頂面（平整度誤差至少在±5mm）很難調(diào)整到位，增加安裝難度。6.2. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)的錨固分析1) 此調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)特型組件I中的垂直螺桿和特性組件II中的水平支架的二次埋設(shè)實(shí)現(xiàn)。2) 埋設(shè)簡(jiǎn)便，易控制埋設(shè)進(jìn)度，與混凝土頂面平整度誤差大小關(guān)系不大。3) 高低調(diào)整（水平度）主要是調(diào)節(jié)軌底支撐板，與垂直螺桿埋設(shè)誤差無(wú)關(guān)。調(diào)整到位后，通過(guò)上下螺母鎖緊，在動(dòng)態(tài)條件下能長(zhǎng)久保持。4) 直線度調(diào)整主要是調(diào)節(jié)水平支架兩側(cè)的側(cè)向扣座和螺母，調(diào)整到位后，通過(guò)兩側(cè)螺母鎖緊，在動(dòng)態(tài)條件下能長(zhǎng)久保持。7. 兩種調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)性能比較通過(guò)圖樣，工作原理及受力狀態(tài)的定性、定量分析，現(xiàn)歸納

15、兩種調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)性能如下表。調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)性能表序號(hào)性 能斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)1適用范圍單向高精度要求軌道雙向高精度要求軌道2調(diào)節(jié)操作性靈活較靈活3穩(wěn)定性較短，需重復(fù)調(diào)整，檢修頻繁長(zhǎng)久，檢修周期長(zhǎng)4過(guò)載性過(guò)載引起變化大過(guò)載后無(wú)變化5防松性差好6受力分析復(fù)雜簡(jiǎn)單7振動(dòng)性接觸面多，引起振動(dòng)因素多，控制難度大接觸面少，振動(dòng)源好確定，容易控制8支座安裝難度大容易控制8. 結(jié)論通過(guò)以上分析，在高精度、高速度、大載荷（動(dòng)載）軌道設(shè)計(jì)中宜采用本文中所說(shuō)的分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，不宜采用斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)。分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)主要用于中國(guó)航空救生研究所及兵器051基地等超音速運(yùn)行火箭撬試驗(yàn)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)適應(yīng)性改進(jìn)，