淺談92A鉆機轉盤特大齒圈裝配工藝設計

劉均讓，朱星元，秦雪飛

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721000）

為滿足92A鉆機特殊工作要求設計，轉盤體積較大，傳遞低轉速、大扭矩（最大轉速30rad/min，最小轉速11rad/min，最大鉆井直徑2900mm）。維修與更新改造前，轉盤上大齒圈磨損嚴重，要求我們必須一次性裝配成功。而轉盤工作臺與大齒圈尺寸較大，過盈量較大，這就給裝配增加了難度。

1 轉盤齒圈工藝要求概述

鉆機大修改造項目中（共3種4臺）92A鉆機是其中一項更新改造項目，該鉆機是70年代中期產品，鉆機采用純機械傳動。鉆機所配轉盤重達26500kg，額定扭矩300kN·m，最大靜載荷6000KN，通孔直徑達1060mm。

為滿足特殊工作要求設計生產的轉盤體積較大、傳遞低轉速、大扭矩（最大轉速30rad/min，最小轉速11rad/min，最大鉆井直徑2900mm）。維修與更新改造前，轉盤上大齒圈磨損嚴重，經與用戶協(xié)商，大齒圈按報廢處理，我們對其進行了破壞性拆除。由于用戶僅提供了兩副備件，所以要求我們必須一次性裝配成功，容錯率很低。因傳遞扭矩的大齒圈與轉盤工作臺之間為過盈聯接，過盈量達到1.5mm。而轉盤工作臺與大齒圈尺寸較大，過盈量較大，這裝配增加了難度。

大齒圈（圖1中序1）內孔尺寸為?1600mm，外徑尺寸為?2450mm，厚度為300mm，該零件材料為35CrMo，要求與轉盤工作臺（圖1中序2）裝配后A面緊密接觸，無間隙，齒圈也不得發(fā)生扭曲變形。

圖1

2 轉盤齒圈工藝研討

2.1 零件工藝分析

因我公司無如此大的加熱爐可以對大齒圈進行加熱，也沒有經驗可以借鑒，因此大齒圈與轉盤工作臺的裝配工藝顯得極其重要。

為保證大齒圈與轉盤工作臺裝配到位不變形，我們認為必須解決以下問題：

（1）大齒圈熱裝時溫度必須均勻，不扭曲變形。其膨脹量必須大于過盈量1.5mm，考慮到一次裝配的安全系數，甚至要大于過盈量1.5倍，即2.25mm。這就要求有足夠大的加熱爐來進行加熱，而且加熱爐必須加熱均勻，同時保證有足夠的溫度。

（2）大齒圈膨脹后必須達到要求的尺寸，能夠精確測量膨脹量，這就要求有相應的測量工具。

（3）裝配后大齒圈不發(fā)生扭變形，這就要求大齒圈能夠緩慢均勻冷卻，要有適當的保溫措施。

2.2 裝配工藝分析

根據零件工藝分析，我們制定出了相應的裝配工藝。

（1）首先，解決加熱爐的問題?？紤]到油加熱溫升均勻可靠，我們決定采用油加熱方式。根據包裝需要，我們將加熱爐與包裝箱設計為一體，裝配時當加熱爐使用，裝配后作為包裝箱。

式中，Δ1為膨脹量mm；D為直徑mm；α1為熱膨脹系數mm/℃；Δτ為溫度差℃

考慮到安全系數，膨脹量取過盈量的1.5倍，即Δ1=2.25mm。

熱膨脹系數α1=11×10-6mm/℃

代入公式得 2.25（mm）=1600（mm）×11×10-6mm/℃（mm/℃）×Δτ

溫度差Δτ=τ-τ0

式中，τ為實際溫升，℃；τ0為環(huán)境溫度，℃。

裝配時測得，環(huán)境溫度約為15℃，即τ0=15℃

代入公式得τ=143℃

即加熱爐必須加熱到143℃以上。

根據我分廠現有油品，我們決定采用L-HL46液壓油，其閃點為185℃。為保證安全，又適當的加入了潤滑脂，增加油的粘度，提高其閃點。

加熱器的加熱能力可估算為

式中，c為油的比熱，c≈1675J/（kg·K）；γ為油的質量，γ=900kg/m3；v為油箱容積，m3；Δτ為加熱后的溫升，K；T為加熱時間，s。

根據包裝箱尺寸，加入大齒圈后油面必須達到400mm高度才能保證整個大齒圈均在油內浸泡。因此體積v=2.45×2.45×0.4=2.4m3。

加熱時間定為8小時，即T=8 ×3600=28800s

代入公式得H=1675（J/kg·K）×900（kg/m3）×2.4（m3）×128（℃）/28800s

H=16080W

加熱器的功率

式中，η為熱效率，η≈0.6。

代入公式得N=16080/860×0.6N≈31.2kW

考慮到在加熱過程中的熱量損失，我們決定用保溫材料包裹加熱爐，減少熱量損失的基礎上，根據分廠電網實際，使用12個3kW的加熱管。為保證油箱加熱均勻，加熱管均勻安裝在油箱兩邊。同時到達加熱溫度后應保溫4h，以保證大齒圈均勻受熱。

（2）加熱爐的設計根據裝配工藝分析，我們設計了一個加熱爐。同時考慮到用戶的要求（需將其它保養(yǎng)后的齒圈包裝發(fā)運）最終確定設計方案如圖2所示。

圖2

選用δ=5mm鋼板制作爐體。

選用3kW的加熱管12套。

選用L-HL46液壓油加鈣基潤滑脂為介質。

（3）制作相應的測量工具（如圖3）。

圖3

其使用方法是：先用卡尺定出轉盤工作臺外徑的實際位置，用頂尺量卡尺的位置，同時用頂尺量大齒圈的內徑，兩者的差值即為過盈量；加熱到相應的溫度后，再量出膨脹量。知道膨脹量大于Δ1=2.25時方可裝配。

（4）大齒圈裝配后，必須緩慢冷卻?？紤]到我分廠實際，我們用木炭對大齒圈進行裝配后的保溫，這樣相對簡單、經濟，而且效果可靠。

3 實踐效果

采用以上裝配工藝指導現場裝配一次性獲得成功，大齒圈裝配位置準確，沒有發(fā)生任何變形，經過北井場運轉試驗，實現了轉盤運行可靠、平穩(wěn)，達到了原設計裝配質量要求，得到了用戶出廠驗收時的贊譽。

4 結語

實踐證明，該裝配工藝思路正確，對今后大型工件的裝配、設備維修均具有一定的參考價值。