5 000 kW绞吸挖泥船横移及桥架绞车减速器装配的研究

刘晓贵，王遐其，奚宪

（1.上海振华重工（集团）股份有限公司，上海200125；

2.上海振华重工（南通）传动机械有限公司，江苏南通226017）

5 000 kW绞吸挖泥船横移及桥架绞车减速器装配的研究

刘晓贵1，王遐其1，奚宪2

（1.上海振华重工（集团）股份有限公司，上海200125；

2.上海振华重工（南通）传动机械有限公司，江苏南通226017）

通过采用KISSsoft及Inventor软件对横移、桥架绞车减速器中齿轮的齿形进行三维建模，同时对齿轮实体装配建立实际相对应的啮合位置关系。先建立下闭合齿轮啮合传动链，再确定上闭合齿轮啮合传动链，从而最准确定齿轮和轴的装配关系。简化了齿轮的制造加工工艺和减速器的装配工艺。此方法解决了大型挖泥船横移及起桥绞车减速器的装配问题，在实践中已得到应用。

挖泥船；绞车；减速器；装配

随着疏浚工程对绞吸挖泥船大排距和强破土能力的要求，近年来新建造的绞吸挖泥船的绞刀、水下泥泵、绞车等功率不断增加，致使相应减速器的承载能力不断增加。由于绞吸挖泥船上对使用空间及重量的控制要求比较严格，因此本文中绞车减速器采用了双分流结构［1］的设计。此结构设计的优点是可以有效地减小减速器的安装尺寸及减轻减速器的重量，从而达到满足绞吸挖泥船总体布局设计的目的。双分流减速器是通过功率分流而减小单级齿轮的承受载荷，使承受载荷减半，达到减小齿轮外径尺寸的目的，从而减小减速器的整体尺寸和重量。

当齿轮太大及减速器箱体内部没有足够的空间时，采用分体式齿轮装配难以调整，故本文中绞车减速器上闭合大齿轮采用整体锻件齿轮一次调整完成。简化加工和装配工艺，可操作性强。

1　绞吸挖泥船概况

绞吸挖泥船是目前疏浚工程中运用较广泛的一种船舶。绞吸挖泥船分为自航式和非自航式。采用定位桩和锚缆定位及移动，它的特点是挖、运、卸泥可以一次性完成，能够连续不断的进行工作，效率高、经济性好。它适用于各种形式的土质。对于开河筑港、填土造陆、开挖码头与船坞、浚深航道、抽水抗旱、吹填堤坝等任务均能胜任。因此，它是现代挖掘船的主力之一。绞吸挖泥船有两大绞车机构：横移绞车和桥架绞车。

绞吸挖泥船的工作原理是以一根定位桩为中心，依靠横移绞车左右摆动船体，同时利用装在绞刀架前端绞刀将水底泥土、岩石等绞碎，形成泥水混合物（泥浆），通过离心式泥泵将水底泥浆从绞刀架前端吸泥头处吸入，经船内吸管、泥泵、排泥管（船内部分和船外部分）排至卸泥地点，从而完成挖泥作业。前移时，用另一根定位桩交替换桩，绞刀挖泥过程呈扇形前进。桥架是通过桥架绞车控制上下动作，工作时桥架放入水中，挖泥结束时桥架提升到水面以上。

2　横移及桥架绞车相关参数

5 000 kW绞刀功率自航式挖泥船绞车相关参数：

（1）横移绞车

额定拉力：1 450 kN

电机：700 kW（S1连续工作制）

转速：0～750 rpm恒转矩，750～1 500 rpm恒功率

布置形式：左右各一台对称布置

横移绞车减速器：24 h连续工作制，公称速比：253.

（2）桥架绞车

额定拉力：1 100 kN

电机：700 kW（S1连续工作制）

转速：0～750 rpm恒转矩，750～1 500 rpm恒功率

布置形式：左右各一台对称布置

桥架绞车减速器：间歇性工作制，公称速比：275.

3　采用分体式齿轮装配

分体式齿轮［2］由齿圈、轮毂、铰制螺栓［3］、螺母、垫片、开口销组成。具体结构见图1.

图1　分体式齿轮

分体式齿轮齿圈和轮毂都需要加工，两件加工比整体齿轮加工装夹次数多，累计误差大，加工时间长。装配时齿圈和轮毂零件之间需间隙配合，否则安装比较难操作，从而造成齿轮啮合误差增大。由于该齿轮外径较大及减速器箱体内部没有足够的空间，因此装配时齿圈调整比较困难。齿圈调整完成后，需要拆下分体式齿轮重新加工铰制孔，铰制孔加工好后再重新装配。此方法给加工制造和装配带来了诸多不便，故本文采用了整体式齿轮装配。

4　采用整体式齿轮装配

4.1应用KISSsoft［4］和Inventor［5］软件建立三维实体模型

建立准确、可靠的三维几何实体模型（包括零件、装配模型），是研究该装配工艺最主要的前提。本文选取横移和桥架绞车减速器的后两级齿轮啮合传动（包含分流齿轮结构，减速器共四级齿轮啮合传动）实际装配组件为研究对象。首先运用KISSsoft齿轮设计软件输入齿轮所有参数后生成齿轮，并设置3D export输出为Inventor三维文件形式保存，再在Inventor软件中打开齿轮零件三维模型保存文件，最后完成三维实体装配模型。A/G型见图2，B/H型见图3.

图2　（A/G型）

图3　（B/H型）

4.2三维实体模型生成二维视图

横移和桥架绞车减速器分别是两两对称安装布置型式，横移绞车减速器是G/H型安装（G/H是高速单输入轴，低速单输出轴），桥架绞车减速器是A/B型安装（A/B是高速双输入轴，低速单输出轴）。A/G型对于该减速器上闭合齿轮啮合传动链装配是相同的，B/H型对于该减速器上闭合齿轮啮合传动链装配是相同的，因此实际要研究的减速器装配型式只有两种型式。三维实体模型转化生成二维视图，A/G型见图4，B/H型见图5.

图4　（A/G型）

图5　（B/H型）

从图3中可以看出，件1是对称人字齿结构，件1和件2（下大齿轮）、件3（上大齿轮）同时啮合传动，件4（上齿轮轴）、件5（下齿轮轴）和件6同时啮合传动，以件2装配孔的键槽为基准，键槽中心线与齿轮齿槽中点重合（齿轮厚度中面），件4和件5零件完全相同，齿轮轴键槽中心线与齿轮齿槽中点重合（齿轮厚度中面），件2装配在件5上，件3装配在件4上，从而可以确定件3（上大齿轮）键槽的中心线与件4（上齿轮轴）键槽的中心线应该重合（装配关系所确定的），按照此方法从图3齿轮啮合装配图中可以得出，件3（上大齿轮）装配孔的键槽位置和齿轮齿槽的位置的角度为0.3794°.

图4（B/H型）实际是A/G型沿减速器中心线对称镜像所得，从图中可以看出件3（上大齿轮）装配孔的键槽位置和件4（上齿轮轴）轴上键槽的位置在齿轮啮合装配后发生了错位，错位角度为0.7578°，此结果是由于齿轮啮合角度位置的变化及齿轮螺旋角引起的。

以上所得结果显示，两种型式的减速器在加工制造和装配过程中存在很大的不便，没有共用性。为了解决这一难题，本文采取了A/G型和B/H合二为一的办法。经过对该减速器两种装配型式的分析研究，只对高速轴上小齿轮的位置沿减速器中心线对称就可以达到合二为一的目的。装配时除了低速轴只需沿减速器的中心线对称镜像外（装配调整即可完成），其余所有齿轮及箱体部分装配位置都保持不变，即横移和桥架绞车减速器都按照A/G型装配齿轮即可，上大齿轮装配孔的键槽也就容易确定。由于高速小齿轮轴尺寸较小，故加工制造更容易，从而大大地简化了齿轮、箱体等零部件的加工工艺及减速器的装配调整工艺，大大地节约了加工制造、装配和人力成本。同时也提高了生产效率。

通过对以上两种装配方法比较研究分析，得出结果如表1所示。

表1　不同齿轮类型比较

从比较结果可以看出，整体式齿轮无论在零件加工制造，还是在减速器整体装配过程中有工艺简化，可操作性强，生产效率高制造成本低等优点。

5　结束语

本文通过应用KISSsoft及Inventor软件对5 000 kW绞刀功率绞吸挖泥船的横移、桥架绞车减速器齿轮进行三维转化及实体建模，同时在Inventor软件中转化生成二维视图分析研究了减速器的装配问题，采用整体式齿轮装配法，最终得出了采用一种如图3的装配形式，即上大齿轮装配孔的键槽只有一个位置。经过分析简化了齿轮加工及装配工艺，提高了生产效率，节约了生产成本，同时也优化了减速器的设计方案。此方法在实践中也得到了应用。

［1］朱孝录.齿轮传动设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2004..

［2］吴宗泽.机械设计实用手册［M］.第2版.北京:化学工业出版社，2003.

［3］朱龙根.机械设计［M］.北京:机械工业出版社，2006.6.

［4］徐宏.KISSsoft全实例中文教程［M］.北京:电子工业出版，2012.

［5］胡仁喜，刘昌丽.Autodesk Inventor 2013中文版标准培训教程［M］.北京:电子工业出版，2013.

ResearchOn5000kWCutterSuctionDredger TravellingAndBridgeWinchReducer Assembly

LIU Xiao-gui1，WANG Xia-qi1，XI xian2
（1.Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China；2.Shanghai Zhenhua Heavy Industries（Nantong）Transmission Machinery Co.，Ltd.，Nantong Jiangsu 226017，China）

The modeling of gear through the lateral and ladder winch gear by using KISSsoft and Inventor software，and establish the corresponding relationship between the actual meshing position of Gear Solid assembly.The first set up under the closed gear meshing transmission chain，and then determine the closed gear meshing transmission chain，which is the most accurate determination of gear and shaft assembly relations.Simplifies the gear manufacturing process and gear reducer assembly process.This method solves the problem of large dredger traversing and assembly hoisting winch reducer，have been applied in practice.

dredger；winch；reducer；assembly

TH132.46

A

1672-545X（2016）08-0146-03

2016-05-03

刘晓贵（1979-），男，甘肃人，本科，工程师，主要从事齿轮及特种传动机械的设计研发。