绞吸挖泥船绞刀传动装置技术升级改造的探析

黄国金

摘要：绞吸挖泥船的绞刀传动装置是非常重要部件，它的好、坏直接影响该船的生产效率，本文就我局的一艘绞吸挖泥船（江湾号）的绞刀传动装置进行技术升级改造，研制出一种新型的绞刀传动装置，在其船上运用，达到了非常好的效果。现对该技术升级改造进行分析探讨。

关键词：新型绞刀传动装置设计问题措施

设计背景

绞吸式挖泥船“江湾号”建造于2005年，设计单位是某船舶设计研究所2004年8月设计，设计主要尺度：总长41.7m，船长29.7m，船宽7.6m，型深2.8m，吃水1.6m。当时设计参照一般的绞吸式挖泥船设计的切削能力为土质3类以下（比较松散）。如果施工现场是3类以下土质该挖泥船的绞刀传动装置不会有什么问题。近几年以来3类以下土质河床越来越少，很大一部分都是3类以上，甚至到5类。如果施工时遇到3类～4类的土质，原绞刀传动装置处于最大或超负荷工作，超负荷工作时很快就把绞刀传动装置损坏。原绞刀传动装置共有3部分组成，第1部分一台液压马达带动第2部分的行型齿轮箱，通过齿轮箱带动第3部分的绞刀，结构设计也不是很理想。液压马达和齿轮箱设计在桥架圆管里面（桥架圆管内径为Φ1200mm），经常损坏部件是第1部分的液压马达和第2部分的齿轮箱，每次损坏后修理费用很大。

就拆装费用而言，首先将船拖到岸边并需找一个能满足50—100吨汽车吊的作业码头进行，将液压马达和齿轮箱运到生产厂家进行修理，每次修理费用10万元左右，在2008年1年内修理了3次。最后1次修理安装后使用不到120小时又将液压马达和齿轮箱损坏，在这种情况下必须对该技术进行升级改造。

问题分析及解决办法

经过绞吸挖泥船绞刀传动装置损坏原因分析，主要是传动装置功率过小，液压马达选配功率过小，导致使用寿命短。

对该技术进行升级改造，设计出一个3轴2级变速的齿轮箱。齿轮箱的外型尺寸是高2670mm，宽1420mm，原度1514mm，输入转速150rpm，输出转速30rpm，减速比5：1，总输出扭矩56800N.m。第一级变速中心距500mm，第2级变速中心距900mm，齿轮模数是10，第一个齿轮为20个齿，第2个中间齿轮为80个齿，第三个大齿轮为100个齿，设计中间齿轮的目的是为了将液压马达安装在桥架外面，修理拆装方便。采用2个液压马达和一个外齿轮传递的齿轮箱变速箱，传动绞刀的新型绞刀传动装置。其特点：①液压马达采用了2台并设计在桥架外部，便于液压马达的拆装，不需要请大吊车作业，也不需移动挖泥船现场即可更换或修理。②传动功率也相应的翻了一倍，延长了液压马达使用寿命。③由于设计的是外舌合齿轮，齿轮模数由6加大到10。传动轴和轴承也相应的加大。

具体相关部件设计进行了计算。具体如下：

1、主要技术参数

液压马达型号：XHS7-2500

马达排量（ml/r）：2526（两只）

工作压差（MP）：16

输入转速（r/min）：150

输出转速（r/min）：30

总输出扭矩（Nm）：56800

减速机速比：5：1

2、齿轮初算

拟采用两级传动，速比分别为4和1.25。

根据齿面接触强度初算直径结果为：d1=330，d2=980，d3= 1202。

根据齿根弯曲强度初算模数结果为：m1=9.85，m2=9.9，m3= 10。

综合工况及安装尺寸，采取如下数据：

m=10，z1=20，β=0，x1=0，b1=248

m=10，z2=80，β=0，x2=0，b2=240

m=10，z3=100，β=0，x3=0，b=230

齿轮Z1采用40Cr调质，硬度250～280HBS

齿轮Z2采用ZG45调质，硬度230～260HBS

齿轮Z3采用ZG45调质，硬度230～260HBS

对各齿轮承载能力校核均合格。

3、输出主轴的强度校核

对最大弯矩处，安装齿轮3的轴段中间处进行校核：

σb=M/W

M=31198N.m（上图）

M=（π/32）*d3-b*t*（d-t）/（2*d）=783883.4mm3

σb=39.8Mpa

[σ-1]b=40Mpa

Σb<[σ-1]b

4、对输出轴上轴承校核

选用双列圆锥滚子轴承352140

Fr=（568002+20673.52）0.5=60445.3N

Fa=0

P=fp*Fr=1.2*Fr=72534N

C=1450000N

L10h=（16670/n）*（C/P）10/3=1204768（小时）

设计要求360*8*3=8640小时，符合。

Fa=0

Por=X0*Fr=60445.3N

Cor/Por=49.1>S0=2

符合要求。

研究成果

我们于2009年研制成功后到现在，经过一年多的试用，在山东潍坊海边工程施工，土质为4类左右，效果十分理想。该工地有各类挖泥船10余艘，经过改造的江湾号挖泥船开工率最高。

该技术在全国同类绞吸式挖泥船中绞刀传动装置的改造属国内首创，领先于同类船舶的生产效益。

“江湾号”经过绞刀传动装置的技术改造后经济效益有十分明显的提高，按设计生产方量350方/时计算。生产可以提高30%，即为455方/小时，每小时提高105立方。按产值每立方10元计算，每小时可提高利润1050元，按每月平均开动率500小时计算，每月提高利润52.5万元。全年提高利润630万元。同时减少了修理费用（按每拆修1次）每年约30万元。该技术全面推广，一定会取得很好的社会效益。（实物见下图）

参考文献：

[1]中国船级社《钢质内河船舶入级与建造规范》（2002）版

[2]中国船级社《内河船舶法定检验技术规则》，（2004）版

[3]机械工业出版社《袖珍机械设计师手册》，（2000）版（作者单位：江西省航道工程局）