制造安裝誤差對核電環行起重機定位精度的影響

劉謙 張鵬

摘要：核電環行起重機是反應堆廠房當中吊運壓力容器頂蓋、堆內構件等設備的大型機械，核電站工作內容極具特殊性，因此對吊運的定位精度具有更高的要求。但在核電環行起重機制造安裝的過程中，多種因素均導致誤差的產生，及早發現引起誤差的種種因素，對其加以改進與優化，以降低制造安裝誤差對核電環行起重機定位精度的影響。本文將某一型號核電環行起重機作為研究對象，對核電環行起重機的誤差進行研究分析，通過偏差分析和實例計算分析對制造安裝誤差對定位精度的影響進行進一步分析。

關鍵詞：制造安裝誤差;核電環行起重機;定位精度

目前相關部門在研究核電環行起重機定位精度時，更多的將研究重點放在起重機靜力學、起重機動力學以及防擺控制等幾個方面，而對制造安裝誤差的重視程度較低[1]。經研究顯示，在保證偏差在允許的范圍之內，主梁、端梁、軌道等關鍵構件均會對核電環行起重機的定位精度造成影響，雖然目前已經有了相關的研究，但是多為定性化分析，而對核電環行起重機定位精度的影響并未進行定量化分析。本文以某一型號核電環行起重機作為研究對象，結合尺寸鏈相關理論與計算方法，詳細定量化分析了制造安裝誤差對核電環行起重機定位精度的影響。

一、核電環行起重機誤差分析

1.1關鍵部件分析

本文首先對核電環行起重機整體結構、制造安裝過程、運行情況等三方面內容行研究分析，根據研究分析結果將核電環行起重機分為小車運行系統和大車運行系統。小車運行系統當中，小車運行系統的運行精度與小車架、臺車架、主動車輪組的安裝偏差有著直接聯系;大車運行系統當中，大車運行系統的運行精度與橋架、大車運行機構、水平導向裝置的安裝偏差有著直接聯系[2]。

1.2制造安裝過程中誤差影響因素分析

焊接是連接眾多關鍵部件的主要方法，不同關鍵部件焊接和裝配的過程中均會產生不同誤差，眾多關鍵部件進行裝配焊接后，各個關鍵部件產生的誤差會進行疊加，進而使得核電環行起重機的誤差較大，各類質量問題綜合體現出來。在核電環行起重機的設計與制造過程中，每一個步驟都會使得實際得到的產品尺寸與預先設計的產品尺寸有著一定偏差[3]。例如零件設計過程中，設計師常會根據自身經驗設定零件的尺寸，同時零件制造的過程涉及多道工序，每個工序產生的誤差均會體現在零件上，從而使得實際得到的零件尺寸會出現偏差;零件裝配過程中，安裝部件過程中常會出現形位誤差，部件安裝完成后行檢測時，受人為因素影響會使檢測結果產生偏差。

二、偏差分析

根據裝配偏差模型以及各零件尺寸偏差的統計分布特征的不同，裝配偏差分析的方法主要包括線性化方法、統計方法及試驗方法。通常利用極值法和概率法對尺寸鏈進行求解，其中極值法以偏差的累積作為計算中心，但是這種方法計算得到的偏差范圍較廣，而在零件的實際制造過程中，每個零件產生的尺寸偏差是隨機的，其尺寸偏差均處在偏差范圍極限的幾率較小，因此利用極值法進行偏差分析的合理性較低，所以在進行偏差分析時，應該將以統計學理論為基礎的概率法作為偏差分析的主要方法[4-5]。

各組成環共同作用下產生尺寸鏈的封閉環，因此可以將封閉環表示成一個以各組成環為自變量的多元函數，通過一系列的公式推導，可將概率法計算偏差的基本計算公式簡化為圖1。

三、偏差計算實例分析

本文以某一型號核電環行起重機作為研究對象，利用尺寸鏈的理論方法對其制造安裝誤差行誤差計算分析，此偏差計算將核電環行起重機作為剛性結構假設，將制造安裝后柔性變形和運動偏移所造成的誤差忽略掉，僅考慮部件制造安裝誤差。

3.1小車運行系統分析

小車架、臺車架及主動車輪組安裝所造成的誤差是影響精度的主要因素，主動、被動車輪組均在臺車架上安裝，臺車架與車輪架在小車架上安裝，各個關鍵構件的安裝共同產生誤差，影響小車運行系統精度。主動車輪組與臺車架的裝配φ370H7h7尺寸為間隙配合，通過查表便可得到具體偏差，間隙配合可產生徑向位移，從而影響誤差累積。本次研究的核電環行起重機，其小車運行系統的小車架尺寸公差總偏差為X（±1mm）、Y（-0.028～0.057mm）、Z（-0.028～0.257mm）。

3.2大車運行系統分析

橋架、大車運行機構、水平導向裝置安裝所造成的誤差是影響精度的主要因素。橋架方面，主梁和端梁的安裝誤差影響定位精度，橋架精度總偏差為X（±2.8mm）;大車運行機構方面，平衡梁、減速器、主動車輪組等關鍵部件的安裝誤差影響定位精度，大車運行機構精度總偏差分別為X（±0.024mm）、Y（-0.2～0mm）、Z（±0.096mm）;水平導向裝置方面，斜拉桿、水平拉桿、斜支腿等機構的安裝誤差影響定位精度，水平導向裝置精度總偏差分別為X（-0.316～0.216mm）、Y（-1.981～0.251mm）及Z（0mm）。

3.3大車、小車分析

通過對大車運行系統和小車運行系統的偏差進行綜合處理，大小車綜合運行系統精度總偏差分別為X（-4.14～4.04mm）、Y（-2.105～0.404mm）、Z（-1.228～0.357mm）。

小結

通過偏差計算實例分析，結果表明制造安裝會對核電環行起重機的吊運精度造成影響，結合尺寸鏈相關理論和概率法計算公式，可計算出各關鍵部件的具體誤差，其對于核電環行起重機關鍵部件的設計提供一定指導。

參考文獻：

[1] 奚艷紅，曹旭陽，藤儒敏，等.制造安裝誤差對核電環行起重機定位精度的影響[J].建設機械技術與管理，2019，32（1）：50-54.

[2] 呂宇飛，曹旭陽，高順德，等.高定位精度的第三代核環行起重機運行系統剛柔耦合動力學仿真[J].起重運輸機械，2018，（1）：123-127.

[3] 祁鵬，曹旭陽，呂宇飛，等.三代核環行起重機結構剛度對精度定位的影響[J].起重運輸機械，2018，523（9）：104-107.

[4] 楊擴嶺，吳淑芳，李志雄，等.核電橋式起重機橋架結構地震分析方法研究[J].機械制造與自動化，2018，255（2）：79-83.

[5] 李強，王建華，尹培麗，等.光柵讀數頭安裝誤差對光柵測量精度的影響[J].工具技術，2019，53（3）：112-115.

作者簡介：

劉謙，男，1987—，河南周口人，本科，工程師，研究方向：機械技術，工作單位：中國核工業二三建設有限公司。

張鵬，男，1986—，湖南桂東人，本科，工程師，研究方向：機械技術，工作單位：中國核工業二三建設有限公司。