制造安装误差对核电环行起重机定位精度的影响

刘谦 张鹏

摘要：核电环行起重机是反应堆厂房当中吊运压力容器顶盖、堆内构件等设备的大型机械，核电站工作内容极具特殊性，因此对吊运的定位精度具有更高的要求。但在核电环行起重机制造安装的过程中，多种因素均导致误差的产生，及早发现引起误差的种种因素，对其加以改进与优化，以降低制造安装误差对核电环行起重机定位精度的影响。本文将某一型号核电环行起重机作为研究对象，对核电环行起重机的误差进行研究分析，通过偏差分析和实例计算分析对制造安裝误差对定位精度的影响进行进一步分析。

关键词：制造安装误差;核电环行起重机;定位精度

目前相关部门在研究核电环行起重机定位精度时，更多的将研究重点放在起重机静力学、起重机动力学以及防摆控制等几个方面，而对制造安装误差的重视程度较低[1]。经研究显示，在保证偏差在允许的范围之内，主梁、端梁、轨道等关键构件均会对核电环行起重机的定位精度造成影响，虽然目前已经有了相关的研究，但是多为定性化分析，而对核电环行起重机定位精度的影响并未进行定量化分析。本文以某一型号核电环行起重机作为研究对象，结合尺寸链相关理论与计算方法，详细定量化分析了制造安装误差对核电环行起重机定位精度的影响。

一、核电环行起重机误差分析

1.1关键部件分析

本文首先对核电环行起重机整体结构、制造安装过程、运行情况等三方面内容行研究分析，根据研究分析结果将核电环行起重机分为小车运行系统和大车运行系统。小车运行系统当中，小车运行系统的运行精度与小车架、台车架、主动车轮组的安装偏差有着直接联系;大车运行系统当中，大车运行系统的运行精度与桥架、大车运行机构、水平导向装置的安装偏差有着直接联系[2]。

1.2制造安装过程中误差影响因素分析

焊接是连接众多关键部件的主要方法，不同关键部件焊接和装配的过程中均会产生不同误差，众多关键部件进行装配焊接后，各个关键部件产生的误差会进行叠加，进而使得核电环行起重机的误差较大，各类质量问题综合体现出来。在核电环行起重机的设计与制造过程中，每一个步骤都会使得实际得到的产品尺寸与预先设计的产品尺寸有着一定偏差[3]。例如零件设计过程中，设计师常会根据自身经验设定零件的尺寸，同时零件制造的过程涉及多道工序，每个工序产生的误差均会体现在零件上，从而使得实际得到的零件尺寸会出现偏差;零件装配过程中，安装部件过程中常会出现形位误差，部件安装完成后行检测时，受人为因素影响会使检测结果产生偏差。

二、偏差分析

根据装配偏差模型以及各零件尺寸偏差的统计分布特征的不同，装配偏差分析的方法主要包括线性化方法、统计方法及试验方法。通常利用极值法和概率法对尺寸链进行求解，其中极值法以偏差的累积作为计算中心，但是这种方法计算得到的偏差范围较广，而在零件的实际制造过程中，每个零件产生的尺寸偏差是随机的，其尺寸偏差均处在偏差范围极限的几率较小，因此利用极值法进行偏差分析的合理性较低，所以在进行偏差分析时，应该将以统计学理论为基础的概率法作为偏差分析的主要方法[4-5]。

各组成环共同作用下产生尺寸链的封闭环，因此可以将封闭环表示成一个以各组成环为自变量的多元函数，通过一系列的公式推导，可将概率法计算偏差的基本计算公式简化为图1。

三、偏差计算实例分析

本文以某一型号核电环行起重机作为研究对象，利用尺寸链的理论方法对其制造安装误差行误差计算分析，此偏差计算将核电环行起重机作为刚性结构假设，将制造安装后柔性变形和运动偏移所造成的误差忽略掉，仅考虑部件制造安装误差。

3.1小车运行系统分析

小车架、台车架及主动车轮组安装所造成的误差是影响精度的主要因素，主动、被动车轮组均在台车架上安装，台车架与车轮架在小车架上安装，各个关键构件的安装共同产生误差，影响小车运行系统精度。主动车轮组与台车架的装配φ370H7h7尺寸为间隙配合，通过查表便可得到具体偏差，间隙配合可产生径向位移，从而影响误差累积。本次研究的核电环行起重机，其小车运行系统的小车架尺寸公差总偏差为X（±1mm）、Y（-0.028～0.057mm）、Z（-0.028～0.257mm）。

3.2大车运行系统分析

桥架、大车运行机构、水平导向装置安装所造成的误差是影响精度的主要因素。桥架方面，主梁和端梁的安装误差影响定位精度，桥架精度总偏差为X（±2.8mm）;大车运行机构方面，平衡梁、减速器、主动车轮组等关键部件的安装误差影响定位精度，大车运行机构精度总偏差分别为X（±0.024mm）、Y（-0.2～0mm）、Z（±0.096mm）;水平导向装置方面，斜拉杆、水平拉杆、斜支腿等机构的安装误差影响定位精度，水平导向装置精度总偏差分别为X（-0.316～0.216mm）、Y（-1.981～0.251mm）及Z（0mm）。

3.3大车、小车分析

通过对大车运行系统和小车运行系统的偏差进行综合处理，大小车综合运行系统精度总偏差分别为X（-4.14～4.04mm）、Y（-2.105～0.404mm）、Z（-1.228～0.357mm）。

小结

通过偏差计算实例分析，结果表明制造安装会对核电环行起重机的吊运精度造成影响，结合尺寸链相关理论和概率法计算公式，可计算出各关键部件的具体误差，其对于核电环行起重机关键部件的设计提供一定指导。

参考文献：

[1] 奚艳红，曹旭阳，藤儒敏，等.制造安装误差对核电环行起重机定位精度的影响[J].建设机械技术与管理，2019，32（1）：50-54.

[2] 吕宇飞，曹旭阳，高顺德，等.高定位精度的第三代核环行起重机运行系统刚柔耦合动力学仿真[J].起重运输机械，2018，（1）：123-127.

[3] 祁鹏，曹旭阳，吕宇飞，等.三代核环行起重机结构刚度对精度定位的影响[J].起重运输机械，2018，523（9）：104-107.

[4] 杨扩岭，吴淑芳，李志雄，等.核电桥式起重机桥架结构地震分析方法研究[J].机械制造与自动化，2018，255（2）：79-83.

[5] 李强，王建华，尹培丽，等.光栅读数头安装误差对光栅测量精度的影响[J].工具技术，2019，53（3）：112-115.

作者简介：

刘谦，男，1987—，河南周口人，本科，工程师，研究方向：机械技术，工作单位：中国核工业二三建设有限公司。

张鹏，男，1986—，湖南桂东人，本科，工程师，研究方向：机械技术，工作单位：中国核工业二三建设有限公司。