汽輪機轉子末葉片銷孔加工裝置的設計

張晚青 黃愷 王紅星

摘 要：位于汽輪機轉子各級葉輪的末葉片采用錐型銷孔鎖緊結構。由于每兩級葉輪間的距離最小可達到75mm，普通鉆床很難達到鉆孔要求。為了提高加工效率，針對目前某公司的加工現狀，設計了一種新型的鉆孔裝置。新型的鉆孔裝置主要由定位與卡緊裝置、進給裝置、傳動裝置、平衡裝置等四部分組成。裝置在固定與卡緊部分巧妙的使裝置在短時間內快速卡緊，并通過人工對手柄的控制，實現工作臺在XYZ方向的移位。平衡裝置能夠最大減少工人的勞動強度，提高工作效率。

關鍵詞：鉆孔裝置；快速卡緊；螺旋傳動

中圖分類號：TK263 文獻標識碼：A

汽輪機通過安裝于轉子上的葉片在高溫、高壓、高速及腐蝕性的環境下工作，因此對末葉片銷孔的配鉆精度要求非常高。汽輪機轉子葉片錐形銷孔的加工具有其特殊性，由于葉輪和主軸整鍛為一體，每兩級葉輪之間的距離大小不同，最小的距離僅為75mm，因此，這對鉆孔裝置的要求很高，銷孔加工起來也比較困難，一般的鉆床無法達到要求。

某公司原有的鉆孔裝置裝于普通車床上，利用車床的XYZ軸充當進給裝置，在車床定位時，用吊車進行移位，用撬杠等簡單工具進行進行微調，如圖1所示，因此，鉆削末葉片銷孔這道工序的近三分之一時間用于鉆床的定位，且精度低。新型鉆孔裝置的研制目的是進行優化設計，大大提高生產效率。

1 總體設計方案

1.1 設計要求

改進后末葉片錐形銷孔的鉆孔裝置采用“螞蟻啃骨頭”的加工方式將其固定在轉子上進行鉆孔，節省了用于定位所需要的大量時間，解決了精度不高帶來的弊端。這臺新型鉆孔裝置的設計，可以減少勞動成本，縮短整個加工周期，同時提高可以生產效率。鉆孔裝置機構總圖如圖1所示。

1.2 總體結構設計與工作流程

該鉆孔裝置主要包括定位與卡緊裝置，進給裝置，傳動裝置和平衡裝置。工作流程如下：平衡裝置吊起鉆孔裝置，以減少工作人員的工作強度，使鉆頭調節到鉆孔位置高度，并將裝置定位在轉子上，用快速卡鉗將鉆孔裝置與轉子卡緊。旋轉手柄調節鉆頭位置，使其對準預鉆銷孔位置，準備鉆孔。鑒于存在兩葉輪之間距離小的情況，鉆孔裝置無法一次順利完成整個鉆削過程，將固定鉆頭的螺栓旋松后用卡鉗將鉆頭伸長到能夠將葉輪鉆透長度，進行第二次鉆孔，直到完成通孔鉆削為止。而后逐個孔進行鉆削。轉子中的每一級葉輪與末葉片的葉根所需配鉆的數目不一定相同，這需要按照圖紙的要求進行劃線后配鉆，一般一個末葉片配鉆1個、2個或4個銷孔，那么一個葉輪需配鉆2個，4個或8個銷孔。工作流程圖如圖2所示。

2 鉆孔裝置的機構設計

由于被加工件的質量和體積的巨大，用更大的機床加工程序繁瑣，且消耗大量不必要的生產資源，故新型鉆孔裝置采用“螞蟻啃骨頭”的加工方式（即將鉆孔裝置固定在工件上進行加工），采用這種加工方式節省了用于定位所需要的大量時間，解決了精度不高帶來的弊端。新型鉆孔裝置所采用定位和卡緊機構的巧妙設計，極大的提高了生產效率與加工精度。

2.1 定位與卡緊機構的設計

定位與卡緊機構的設計包括定位機構設計和卡緊機構的設計。定位機構的設計是基于汽輪機轉子平衡孔的均勻分布進行設計的。汽輪機的轉子一般分布5或7個平衡孔，利用相鄰的兩個平衡孔將鉆孔裝置固定在轉子上。為避免過定位，故采用“一面兩銷”的定位方式，通常設計定位元件為圓柱銷和削邊銷。

卡緊機構是將定位好的鉆孔裝置完全固定到轉子上，它的主要組成部件是快速卡鉗和連接架?？ㄣQ的工作原理是采用機械四連桿機構死點原理的一種快速夾持、打開機構，具有準確定位，快速裝卸，自鎖夾緊功能。

2.2 進給裝置的設計

新型鉆孔裝置的進給裝置可以實現X，Y，Z方向進給，主要包括螺旋傳動副，導軌和連接板等組成。Z向進給裝置的設計是在考慮其自身重力的基礎上進行設計的。雖然平衡機構能夠使鉆孔裝置處于無重狀態，但為避免操作不當或操作失誤所引起的危害，將螺旋傳動副設計為帶自鎖功能的梯形絲杠副。

梯形絲杠螺旋副的選型與設計：

理論校核：梯形螺紋=0.8

許用壓強[p]=7.5MPa

軸向載荷F=600N

螺桿中徑

螺母高度H=φd2=8.4mm

旋合圈數

工作高度h=0.5P=2

螺紋牙底寬度b=0.65P=2.6mm

校核工作壓強

在XY向進給上，將螺旋傳動副設計為滾珠絲杠副。滾動螺旋傳動中的螺桿和旋合螺母的螺紋滾道間置有適量鋼球，當螺桿或螺母轉動時，鋼球成為中間滾動體沿螺紋滾道滾動，使螺桿與螺母的相對運動成為滾動摩擦，提高了螺旋副傳動效率及傳動精度。在XY進給方向上各配備兩根導軌，每個進給方向配備4個滑塊，使鉆孔機構在做直線運動時，更加輕便、平穩。在保證進給精度的基礎上，在Z向設計由2個傘形錐齒輪完成手柄方向的轉向，使Z向手柄能夠更加使用方便，如圖3所示。

2.3 傳動機構的設計

根據某公司原有的鉆孔設備，該鉆孔裝置的傳動機構同樣采用皮帶傳動的方式，以3∶1的傳動比進行傳動。在從動輪上安裝鉆頭對汽輪機轉子末葉片的銷孔進行配鉆。在實際工作中，皮帶傳動在應用方面更加簡便，高效，且其具備傳動平穩無噪聲，可以緩沖、吸振，過載時將會在帶輪上打滑，可防止在薄弱零件上損壞，起到安全保護的作用，如圖4所示。

2.4 平衡裝置的設計

鉆孔裝置（平衡裝置除外）的自身重量在60kg左右，為保證鉆削過程更加平穩精準，設計一款平衡裝置，使加工過程在無重的狀態下進行。平衡裝置包括小型移動起重機和彈簧平衡器兩部分。小型移動起重機由橫梁，立柱，車輪和配重片等組成，如圖5所示。為防止小型起重機發生側翻，加配重片以使裝置達到受力平衡。

如圖5所示：

F1點受力為彈簧平衡器所吊物體（即鉆孔裝置）的自身重力加上彈簧平衡器的重力；F2點的受力為所需配重片的自身重力（其它零件重力忽略）：

F1≈70kg

L1≈1000mm

L2≈300mm

根據杠桿平衡原理：

F1·L1=F2·L2

即可求出：F2≈233kg

即需要20kg的配置片12塊

結語

目前對于汽輪機轉子末葉片銷孔的加工是將鉆孔工裝安裝在車床上，通過移動車床來調節鉆孔裝置相對于轉子的垂直度和水平度，這種加工方式增加了工人的勞動時間和勞動量。由于加工工件體積和質量俱大，與鉆孔工裝的體積和質量相差懸殊，因此改造后的鉆孔裝置采用“螞蟻啃骨頭”的方式將鉆孔工裝固定在轉子上，這樣不僅簡化了工人的工作量，同時也增加了鉆孔精度。新型汽輪機轉子末葉片銷孔的加工裝置的設計是根據工廠實際的生產和加工要求進行設計的。新裝置的設計極大提高了生產效率，減少了勞動強度。

參考文獻

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