螺桿式變幅機構的跑合試驗設計

張春林

(南通中遠海運船務工程有限公司,江蘇 南通 226006)

0 引言

螺桿式變幅機構采用螺桿螺母嚙合的作業(yè)方式,具有作業(yè)平穩(wěn)、傳動效率高、承載力高、生命周期長等優(yōu)勢,目前廣泛應用于國防重工、海洋船舶等領域。螺桿式變幅機構能夠承受雙向力,在有較大傳動比的同時,其驅動機構的尺寸和重量相對較小,是一種典型的變幅機構[1]。

深入研究齒輪箱的跑合試驗,反復打磨試驗方案,對試驗方案進行優(yōu)化,能夠提高生產的質量和效率[2]。跑合試驗一直與螺桿式變幅機構的運行息息相關,齒輪箱是在陸運交通中常見的傳動系統(tǒng),而在海洋船舶領域,要求傳動方式能夠契合大幅度變幅收放的工況,一般選擇螺桿式變幅機構。早期研究者們多對高速列車齒輪箱進行跑合試驗研究。侯有忠[3]分析了齒輪箱中易發(fā)生的典型故障,并依托CRH2型動車組進行試驗,得到了相關的數(shù)據(jù),總結了不同轉速振動下的齒輪箱運行狀態(tài)。仇文凡等[4]等基于齒輪箱跑合試驗振動的合格率,對跑合試驗方案進行優(yōu)化,大幅降低了高速列車齒輪箱跑合試驗的振動超差率,提高了生產效率。陸會軍[5]使用螺桿式變幅機構作為門座起重機的傳動系統(tǒng),解決了漏油問題,延長了產品的生命周期。劉樹森[6]設計出了一種變幅螺桿的跑合試車方案,一定程度上解決了螺桿式變幅機構的跑合試驗中的問題,為新環(huán)境下螺桿式變幅機構跑合試驗的設計提供了寶貴經驗。

在使用遠通浮吊的過程中,臂架會發(fā)出低音振動異響。產生異響的原因一般有螺桿磨損及臂架鉸座軸承碎裂兩種可能。經過檢驗,鉸座軸承并未碎裂,可以初步判定異響源自螺桿式變幅機構。變幅機構產生異響,一般有潤滑、裝配、碎屑三種原因,因此,需要更換螺桿式變幅機構,并且在安裝螺桿螺母前,進行跑合試驗[7]。目前,國內已經沒有廠家進行跑合試驗,這無疑會降低螺桿式變幅機構的技術要求。因此,本文針對傳統(tǒng)螺桿式變幅機構跑合試驗方案的一些弊病,設計一種新的跑合試驗方案,以期跑合試驗安全、可靠和有效運行。

1 跑合試驗的難點分析

一種典型的螺桿式變幅機構跑合試驗的示意圖見圖1。通過變幅機構推動地面鉸支的桿件,實現(xiàn)螺桿的帶載跑合。通過驗證,發(fā)現(xiàn)這一設計存在2個缺陷：

(1)鉸支桿件自重有限,變幅機構跑合時帶載過小,無法滿足實際工程需要。

(2)變幅機構跑合時所受載荷處于變化當中：大幅度時螺桿受拉力最大,螺桿回收過程中受力慢慢變小;跑到中間幅度時,鉸支桿件垂直,此時螺桿不受載荷;幅度進一步縮小時,螺桿開始受壓力,并且逐步增大,此工況不利于螺桿的均勻跑合。

2 跑合試驗的設計及改進

2.1 方案1

研究發(fā)現(xiàn),通過在鉸支桿件上懸掛2組配重,能夠實現(xiàn)螺桿單次收放受力方向一致,見圖2。但是在實際操作過程中,需要操作工人反復對2組配重進行裝卸,整體方案效率較低,操作強度較大,因此,需要對當前方案進行改進,降低工人的操作強度。

圖1 典型的螺桿式變幅機構跑合試驗方案(單位：mm)

圖2 螺桿式變幅機構跑合試驗方案1(單位：mm)

2.2 方案2

對方案1進行改進,采用配重水平設置法。通過一個帶配重的牽引小車,實現(xiàn)螺桿跑合時雙向都有受力,能夠滿足實際需求,見圖3。在實際跑合實驗中,這種方案的工裝比較復雜,整個變幅機構需要安裝在一個較高的臨時變幅平臺上,對操作工人來說,有較大的安全隱患。因此,需要對方案繼續(xù)改進,以避免安全事故的發(fā)生。

圖3 螺桿式變幅機構跑合試驗方案2(單位：mm)

2.3 方案3

為規(guī)避高空作業(yè)時的安全隱患,采取地面作業(yè)的設計方案。選用滾動摩擦小車,小車的滾動摩擦系數(shù)約為0.05,見圖4。這種方案,能夠滿足原定需求,讓操作工人在地面進行作業(yè),安全風險大大降低。但是工作時,小車處于自由跑動狀態(tài),會大大損耗配重的功效,因此需要對小車的跑動方向進行限制,提出第4種改進方案。

圖4 螺桿式變幅機構跑合試驗方案3

2.4 方案4

基于前3種方案的設計和改進,并對出現(xiàn)的缺陷進行總結,最終推出了第4種方案：增加了限制小車跑動方向的糾偏裝置,使小車始終保持直線跑動,見圖5。方案4簡單易改造,能夠滿足螺桿式變幅機構跑合試驗的要求,而且操作工人在作業(yè)時的風險系數(shù)很低,方案確實可行,可以進行試驗驗證。

圖5 螺桿式變幅機構跑合試驗方案4(單位：mm)

3 跑合試驗的實施及效果

3.1 試驗準備

為了模擬出海上浮吊變幅平臺上的工作工況,需要準備1套臨時電氣控制系統(tǒng)和1套臨時潤滑系統(tǒng)。臨時電氣控制系統(tǒng)包含單獨的電氣控制柜,設有啟動前進、后退、停止、緊停等功能按鈕,并在工裝上加裝了最小、最大幅度時的減速及極限停止限位,實現(xiàn)整個跑合工況處于安全可控狀態(tài)。臨時潤滑系統(tǒng)則完全模擬了浮吊上的加油工況,并且采用透明可視的管路,實時監(jiān)控油路通暢狀況,唯一不足的是只能手動控制油泵開合。

3.2 試驗實施及效果

安裝螺桿式變幅機構,并移動至浮吊變幅平臺,重新設定最小、最大幅度的限位,對原先的潤滑管路重新排布,確保潤滑管路更加通暢。

首先進行為期2周的帶載跑合,然后解體變幅機構,檢查整套變幅機構的磨合情況。接著對整套螺桿式變幅機構進行空載試驗和重載試驗,新的螺桿式變幅機構在作業(yè)時已經完全消除了原有的低音振動異響現(xiàn)象。多次試驗后,檢查潤滑系統(tǒng)中的濾油網,發(fā)現(xiàn)只有罩殼內部的黃色老化剝落油漆,無銅屑,說明跑合試驗的結果非常理想。

4 結論

(1)本文設計了一種帶有2組配重的牽引小車,實現(xiàn)螺桿跑合時雙向都有受力。選用滾動摩擦式牽引小車,實現(xiàn)地面作業(yè)。利用糾偏裝置限制小車的跑動方向,使小車始終保持直線跑動,從而使整個跑合試驗安全、可靠和有效。

(2)新型跑合試驗方案具有以下優(yōu)點：在跑合試驗中螺桿受力均勻,方向一致且連續(xù);螺桿外伸時受壓力,收縮時受拉力,往復一個行程可實現(xiàn)螺桿梯形齒牙雙面受力,齒牙雙面都得到磨合;地面作業(yè),施工流程安全簡單,操作人員工作強度低;工裝結構簡單巧妙,材料成本低廉,可以重復利用廢棄材料。

(3)實際使用中消除了低音振動異響,延長了浮吊的使用壽命,也為其他類似的變幅機構的跑合試驗提供新的思路。