100kn錨絞車的設(shè)計(jì)與制造

100kn錨絞車的設(shè)計(jì)與制造

2002年8月，常德大直門船有限公司成功建成，交付中國(guó)第一家wsd400m噸泥漿泵。該船以挖掘效率高、適合于挖掘高硬度粘土的特點(diǎn)而填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)挖泥船的一項(xiàng)空白,為湖南省重點(diǎn)河道區(qū)域的疏浚工程做出了突出的貢獻(xiàn)。該船橋架絞車、橫移絞車由常德達(dá)門船舶有限公司自行設(shè)計(jì)、制造,采用國(guó)外進(jìn)口的液壓馬達(dá)和變速齒輪箱,其各項(xiàng)性能指標(biāo)均超過國(guó)內(nèi)同類型產(chǎn)品,達(dá)到了國(guó)外先進(jìn)水平。下面就幾個(gè)方面來闡述100kN錨絞車的主要設(shè)計(jì)、制造過程。1動(dòng)變速齒輪箱該絞車以1臺(tái)液壓馬達(dá)為動(dòng)力,通過花鍵傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)變速齒輪箱,變速后齒輪箱外殼整體轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)聯(lián)于其上的滾筒轉(zhuǎn)動(dòng),滾筒帶動(dòng)繞于其上的鋼絲繩工作從而達(dá)到拖曳的目的。工作原理示意圖如圖1所示。2設(shè)計(jì)和制造要點(diǎn)2.1齒輪表面織構(gòu)的設(shè)計(jì)由圖1所示的原理圖可知,該絞車由以下主要部件組成:支撐滾筒工作的支座、滾筒、能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承組、支座/軸端支撐套、花鍵傳動(dòng)軸、變速齒輪箱、液壓剎車裝置、液壓馬達(dá)等配件、設(shè)備組成。所選齒輪箱型號(hào)為ET3400/MN,減速比為112,其外形尺寸為Φ430×650,故可考慮將液壓馬達(dá)、剎車裝于滾筒外而變速齒輪箱置于滾筒內(nèi)的布置型式。這樣雖給裝配帶來了一定的難度,但該布置型式結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高,且避免了齒輪箱常年露天工作的惡劣工況,大大提高了其使用壽命。因此,滾筒要求是可拆卸的?？紤]到其強(qiáng)度及整體性,減少裝配工作量及其誤差,將滾筒設(shè)計(jì)成一端為焊接固定式,另一端為螺栓聯(lián)結(jié)可拆卸式。為方便裝配、拆卸,保證緊湊的結(jié)構(gòu)及其裝配尺寸,其支座亦設(shè)計(jì)為可拆卸式的,并由有足夠強(qiáng)度的鉸制螺栓聯(lián)接。具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。2.2墻板及鉸孔加工1材料。為使材料具有足夠的強(qiáng)度且便于焊接,選用CCSA級(jí)船板。經(jīng)過初步計(jì)算,選取規(guī)格為座板厚25,筋板厚15,墻板厚30(保證裝配面加工尺寸)。2制作。先整體施焊完工,保證兩墻板之間的平行度,時(shí)效處理后加工底平面及鏜兩端的安裝孔。在確保無相對(duì)移動(dòng)的情況下,解開墻板之間的兩連接板,最后鉆、鉸孔,將支座制成可拆卸式。3加工要點(diǎn)。在鉸制螺栓牢固聯(lián)接下進(jìn)行機(jī)械加工,最好也將螺栓連接板點(diǎn)焊。保證兩墻板中心孔的同軸度及其配合尺寸公差要求,保證兩墻板裝配加工面平行度的要求。2.3確定滾充側(cè)板的加工要點(diǎn)1材料。選取厚25的CCSA級(jí)船板。2制作。滾筒尺寸為Φ508×600,板厚25,依據(jù)齒輪箱尺寸、安裝尺寸及所需鋼絲繩長(zhǎng)度(容繩量)來確定?？紤]市場(chǎng)采購有一定的難度,滾筒本體采用滾制。其側(cè)板一端為固定式,采用焊接,一端為活動(dòng)式,采用螺栓連接。3加工要點(diǎn)。為保證滾筒兩端側(cè)板內(nèi)孔、端面的同軸度、平行度要求,側(cè)板安裝前,應(yīng)先對(duì)滾筒本體兩端進(jìn)行機(jī)加工,采用止口定位,分別確?！爸箍凇奔啊氨倔w”兩端面同軸度及平行度的要求。兩側(cè)板安裝止口及內(nèi)孔須一刀加工而成,亦需保證其同心度要求。固定端側(cè)板安裝于本體后,考慮到施焊變形,應(yīng)將滾筒重新上立式車床進(jìn)行檢查、校正,確保滾筒活動(dòng)端止口、端面與固定端側(cè)板的內(nèi)孔及端面同軸度、平行度的要求。2.4材料的設(shè)計(jì)原則其它連接件包括支座固定套、軸端固定套、襯套、軸承安裝配件等等。設(shè)計(jì)應(yīng)本著強(qiáng)度足夠、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、工作可靠等原則進(jìn)行,并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。制作時(shí)應(yīng)減少變形、消除應(yīng)力及按照一定的加工工藝、技術(shù)要求進(jìn)行,確保其安裝精度及使用壽命。2.5連接牢固的固體因該絞車長(zhǎng)期處于露天作業(yè),聯(lián)接緊固件均采用高強(qiáng)度鍍鋅螺栓。2.6筒壁旋轉(zhuǎn)軸承的確定因該絞車轉(zhuǎn)速較低,負(fù)荷較大且工作中須承受一定的沖擊載荷,并要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、輕便,故選用滾子軸承。支撐滾筒旋轉(zhuǎn)的軸承因承受較大載荷,經(jīng)過初步計(jì)算選用內(nèi)圈無擋邊雙列圓柱滾子軸承,型號(hào)為GB/T285-94,NNU4940/W33,其外形尺寸為Φ280×Φ200×80。支撐與液壓泵、齒輪箱相連的花鍵軸旋轉(zhuǎn)的軸承,要求應(yīng)有一定的定心精度,選用調(diào)心滾子軸承,型號(hào)為21311CC,其外形尺寸為Φ120×Φ55×29。2.7潤(rùn)滑油槽的選擇軸承裝配過程中,先將軸承及儲(chǔ)油腔內(nèi)涂滿黃油,并確保安裝無灰塵、雜質(zhì)。NNU4940/W33軸承選取外圈帶油槽,通過黃油嘴注油進(jìn)行潤(rùn)滑。21311CC軸承,亦通過黃油嘴注油于儲(chǔ)油腔內(nèi)來保持該軸承的潤(rùn)滑。2軸承均用羊毛氈來進(jìn)行有效的密封,以確保潤(rùn)滑、工作的可靠性。潤(rùn)滑劑采用美孚潤(rùn)滑脂HP系列,其等級(jí)為NLGI2。3計(jì)算的修正3.1進(jìn)口壓力馬達(dá)輸出扭矩因該絞車須承受較大載荷,要求各齒均勻受力,強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng),并具有較高的定心精度,故選用標(biāo)準(zhǔn)壓力角為αD=30°的漸開線花鍵型式。該花鍵兩端分別與變速齒輪箱及液壓馬達(dá)相連接,根據(jù)連接接口尺寸,按標(biāo)準(zhǔn)可查得其外大徑Dee=42mm,齒數(shù)z=20,模數(shù)m=2mm。所選進(jìn)口液壓馬達(dá)的輸出扭矩T0=275N·m。若選取不在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接,其許用擠壓應(yīng)力[σ]jy=30～60MPa?；ㄦI軸實(shí)際所受擠壓應(yīng)力σjy=2·T0/(ψ·z·hg·lg·Dm)式中:T0——液壓馬達(dá)輸出扭矩,T0=275N·mψ——花鍵軸各齒間載荷不均勻系數(shù),通常ψ=0.7～0.8,取ψ=0.75z——花鍵軸齒數(shù),z=20hg——花鍵軸齒的工作高度,hg=2mmlg——花鍵軸齒的工作長(zhǎng)度,lg=25mmDm——花鍵軸的平均直徑,Dm=m·z=2mm×20=40mm=0.04m故σjy=2×275N·m/(0.75×20×2mm×25mm×0.04m)=18.3MPa由以上計(jì)算可知,所選取花鍵軸滿足擠壓強(qiáng)度要求。3.2選擇持續(xù)工作的動(dòng)力學(xué)參數(shù),確定精拉設(shè)備及轉(zhuǎn)速1所選取液壓馬達(dá)參數(shù)如下:型號(hào)A2FM90排量90L/r流量117L/min工作壓力20MPa輸出扭矩T0275N·m額定轉(zhuǎn)速n1300r/min1300r/min3鍍鋅鋼絲繩直徑為Φ24,破斷拉力大于394kN。4根據(jù)齒輪箱外徑尺寸,為保證結(jié)構(gòu)緊湊,滾筒繩中徑設(shè)計(jì)如下:第1道繩中徑D1=Φ532,第2道繩中徑D2=Φ580,第3道繩中徑D3=Φ628,最大容繩量為200m。根據(jù)以上參數(shù),計(jì)算如下。液壓馬達(dá)輸出機(jī)械功率N0=π·T0·n/30=37437W鋼絲繩滾筒轉(zhuǎn)速ng=1300r/min/112=11.61r/min考慮花鍵軸、齒輪箱機(jī)械傳動(dòng)損失,其機(jī)械效率可取98%,則通過齒輪箱后作用于滾筒的實(shí)際輸出功率為Ng=37437W×98%=36688W根據(jù)國(guó)內(nèi)、國(guó)際通用規(guī)則,設(shè)計(jì)拉力亦即額定工作拉力按作用于第1道繩徑上的拉力進(jìn)行計(jì)算。設(shè)功率恒定,第1道繩徑D1=532,其半徑r1=0.266m,則鋼絲繩拉力Pg=30Ng/(π·r3·ng)=113.5kN由計(jì)算可知,該絞車滿足設(shè)計(jì)拉力100kN的要求。4與同類型產(chǎn)品的比較WSD400挖泥船由CCS檢驗(yàn)驗(yàn)收。該絞車用于起錨、橫移、橋架升降等,其運(yùn)行、效應(yīng)試驗(yàn)由常德達(dá)門船舶有限公司主持,得到了CCS驗(yàn)船師的檢驗(yàn)認(rèn)可以及船東的一致好評(píng)。該船交付湖南省航務(wù)工程公司滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)近1年,該絞車一直未出現(xiàn)機(jī)械故障,有效地保障了該船正常的挖掘、疏浚作業(yè)。表1是該絞車與同類型產(chǎn)品的比較。由表1可以看出,