螺杆式变幅机构的跑合试验设计

2023-05-09张春林

江苏船舶 2023年1期

张春林

(南通中远海运船务工程有限公司,江苏南通 226006)

0 引言

螺杆式变幅机构采用螺杆螺母啮合的作业方式,具有作业平稳、传动效率高、承载力高、生命周期长等优势,目前广泛应用于国防重工、海洋船舶等领域。螺杆式变幅机构能够承受双向力,在有较大传动比的同时,其驱动机构的尺寸和重量相对较小,是一种典型的变幅机构[1]。

深入研究齿轮箱的跑合试验,反复打磨试验方案,对试验方案进行优化,能够提高生产的质量和效率[2]。跑合试验一直与螺杆式变幅机构的运行息息相关,齿轮箱是在陆运交通中常见的传动系统,而在海洋船舶领域,要求传动方式能够契合大幅度变幅收放的工况,一般选择螺杆式变幅机构。早期研究者们多对高速列车齿轮箱进行跑合试验研究。侯有忠[3]分析了齿轮箱中易发生的典型故障,并依托CRH2型动车组进行试验,得到了相关的数据,总结了不同转速振动下的齿轮箱运行状态。仇文凡等[4]等基于齿轮箱跑合试验振动的合格率,对跑合试验方案进行优化,大幅降低了高速列车齿轮箱跑合试验的振动超差率,提高了生产效率。陆会军[5]使用螺杆式变幅机构作为门座起重机的传动系统,解决了漏油问题,延长了产品的生命周期。刘树森[6]设计出了一种变幅螺杆的跑合试车方案,一定程度上解决了螺杆式变幅机构的跑合试验中的问题,为新环境下螺杆式变幅机构跑合试验的设计提供了宝贵经验。

在使用远通浮吊的过程中,臂架会发出低音振动异响。产生异响的原因一般有螺杆磨损及臂架铰座轴承碎裂两种可能。经过检验,铰座轴承并未碎裂,可以初步判定异响源自螺杆式变幅机构。变幅机构产生异响,一般有润滑、装配、碎屑三种原因,因此,需要更换螺杆式变幅机构,并且在安装螺杆螺母前,进行跑合试验[7]。目前,国内已经没有厂家进行跑合试验,这无疑会降低螺杆式变幅机构的技术要求。因此,本文针对传统螺杆式变幅机构跑合试验方案的一些弊病,设计一种新的跑合试验方案,以期跑合试验安全、可靠和有效运行。

1 跑合试验的难点分析

一种典型的螺杆式变幅机构跑合试验的示意图见图1。通过变幅机构推动地面铰支的杆件,实现螺杆的带载跑合。通过验证,发现这一设计存在2个缺陷：

(1)铰支杆件自重有限,变幅机构跑合时带载过小,无法满足实际工程需要。

(2)变幅机构跑合时所受载荷处于变化当中：大幅度时螺杆受拉力最大,螺杆回收过程中受力慢慢变小;跑到中间幅度时,铰支杆件垂直,此时螺杆不受载荷;幅度进一步缩小时,螺杆开始受压力,并且逐步增大,此工况不利于螺杆的均匀跑合。

2 跑合试验的设计及改进

2.1 方案1

研究发现,通过在铰支杆件上悬挂2组配重,能够实现螺杆单次收放受力方向一致,见图2。但是在实际操作过程中,需要操作工人反复对2组配重进行装卸,整体方案效率较低,操作强度较大,因此,需要对当前方案进行改进,降低工人的操作强度。

图1 典型的螺杆式变幅机构跑合试验方案(单位：mm)

图2 螺杆式变幅机构跑合试验方案1(单位：mm)

2.2 方案2

对方案1进行改进,采用配重水平设置法。通过一个带配重的牵引小车,实现螺杆跑合时双向都有受力,能够满足实际需求,见图3。在实际跑合实验中,这种方案的工装比较复杂,整个变幅机构需要安装在一个较高的临时变幅平台上,对操作工人来说,有较大的安全隐患。因此,需要对方案继续改进,以避免安全事故的发生。

图3 螺杆式变幅机构跑合试验方案2(单位：mm)

2.3 方案3

为规避高空作业时的安全隐患,采取地面作业的设计方案。选用滚动摩擦小车,小车的滚动摩擦系数约为0.05,见图4。这种方案,能够满足原定需求,让操作工人在地面进行作业,安全风险大大降低。但是工作时,小车处于自由跑动状态,会大大损耗配重的功效,因此需要对小车的跑动方向进行限制,提出第4种改进方案。

图4 螺杆式变幅机构跑合试验方案3

2.4 方案4

基于前3种方案的设计和改进,并对出现的缺陷进行总结,最终推出了第4种方案：增加了限制小车跑动方向的纠偏装置,使小车始终保持直线跑动,见图5。方案4简单易改造,能够满足螺杆式变幅机构跑合试验的要求,而且操作工人在作业时的风险系数很低,方案确实可行,可以进行试验验证。

图5 螺杆式变幅机构跑合试验方案4(单位：mm)

3 跑合试验的实施及效果

3.1 试验准备

为了模拟出海上浮吊变幅平台上的工作工况,需要准备1套临时电气控制系统和1套临时润滑系统。临时电气控制系统包含单独的电气控制柜,设有启动前进、后退、停止、紧停等功能按钮,并在工装上加装了最小、最大幅度时的减速及极限停止限位,实现整个跑合工况处于安全可控状态。临时润滑系统则完全模拟了浮吊上的加油工况,并且采用透明可视的管路,实时监控油路通畅状况,唯一不足的是只能手动控制油泵开合。