王敏 金龍 李宜燃

摘要：提出了一種新型的適應升船機同步軸系統(tǒng)水平方向變位和角度偏差方法，并成功應用于沙沱升船機，對沙沱升船機同步軸系統(tǒng)的主要部件進行了校核，滿足了設計的要求，運行效果良好，為今年升船機設計提供了參考。

關鍵詞：升船機;同步軸系統(tǒng);校核;聯(lián)軸器;花鍵

0? ? 引言

隨著我國水利樞紐建設的發(fā)展，升船機由于能適應較高水頭和較復雜地形，將作為修建水利樞紐綜合利用開發(fā)水利資源中發(fā)展水運而較常使用的一種通航設施，對上下游船舶的過壩通航起著關鍵作用。沙沱升船機采用鋼絲繩卷揚全平衡垂直提升型式，船舶過壩時，通過上、下閘首駛?cè)胙b有水的鋼質(zhì)承船廂內(nèi);承船廂由多根鋼絲繩懸吊，通過設于承重塔柱頂部機房內(nèi)的主提升機驅(qū)動，使之沿承重塔柱導軌垂直升降運行，運送船只過壩。

沙沱升船機主提升系統(tǒng)主要由電機、高低速減速器、提升卷筒、安全卷筒、滑輪組以及同步軸系統(tǒng)等組成，整體布置如圖1所示。動力由四臺電機驅(qū)動，通過高低速減速器帶動布置有鋼絲繩的提升卷筒轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)船廂升降。為保證四組驅(qū)動單元的同步性，在四組高低速減速器之間設置同步軸系統(tǒng)。

1? ? 設計概述

沙沱升船機同步軸系統(tǒng)設計為一個傳遞扭矩的封閉矩形結構，沿升船機橫向中心線和縱向中心線對稱分布，由同步軸、鼓形齒聯(lián)軸器、軸承座、扭矩傳感器、脹緊套聯(lián)軸器及減速器中的相關齒輪副等部件組成。

（1）同步軸共分10個軸段，每個軸段均由中間無縫鋼管和兩端實心階梯短軸焊接而成。軸段間均用鼓形齒輪聯(lián)軸器通過軸承支座相連接，整個同步軸系統(tǒng)由16個軸承座支撐，軸承座采用剖分式結構。每個軸承座設兩個支點，采用雙列向心球面滾子軸承，由干油泵站集中潤滑。在同步軸系統(tǒng)的四邊中間位置分別設置一套可伸縮聯(lián)軸器、一套扭矩傳感器、一套脹緊套，其布置如圖2所示。

（2）為適應設計要求的塔柱結構縫（或后澆帶）處的相對變位，最大相對變位值為±50 mm，設計一套可水平偏移的可伸縮聯(lián)軸器，安裝于同步軸的四邊，聯(lián)軸器按照GⅡCLZ12型號改制，將內(nèi)齒圈加長100 mm，中間為外齒圈裝配基準位，外齒圈在水平方向可以有±50 mm偏移，如圖3所示。

（3）同步軸系統(tǒng)為封閉矩形結構，在安裝過程中，各同步軸通過鼓型聯(lián)軸器連接，為消除傳動系統(tǒng)間隙和安裝時的預緊力，在四邊設帶脹緊套聯(lián)軸器。帶脹緊套聯(lián)軸器由GⅡCLZ12型號改制，在法蘭軸套一側(cè)擴展脹緊套安裝槽，脹緊套選用Z5型號。

2? ? 部件校核

2.1? ? 同步軸

縱向連接軸有6段，橫向連接軸有4段，均采用無縫鋼管，鋼管外徑200 mm，壁厚22.5 mm，材料為35鋼，每根聯(lián)接軸兩端與帶階梯軸的短軸焊接后，通過設于短軸上的平鍵，與聯(lián)軸器相連接。

同步軸在4臺電機均正常工作的狀況下，傳扭基本可以忽略，因此，只需校核3臺電機工作時的工況。按同步軸傳遞單臺電機功率計算，電機功率額定功率為200 kW。同步軸傳遞額定扭矩為25 244 Nm，按額定扭矩對同步軸進行強度和剛度校核計算。

2.2? ? 聯(lián)軸器

同步軸系統(tǒng)中聯(lián)軸器為鼓形齒輪聯(lián)軸器，其中作為傳動軸的為GⅡCLT13型聯(lián)軸器，按1.5倍電機額定扭矩計算，聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為71 kNm;其余為GⅡCLZ12型聯(lián)軸器，按1倍電機額定扭矩計算，聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為50 kNm。

（1）聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩：

1）GⅡCLT13：

Tc=TKwKKzKt=50 488 Nm≤Tn=71 000 Nm（滿足設計要求）

2）GⅡCLZ12：

Tc=TKwKKzKt=33 659 Nm≤Tn=50 000 Nm（滿足設計要求）

（2）脹緊連接套選用Z5-150×200（JB/T 7934—1999），脹緊力矩為39 kNm，脹緊安全系數(shù)為1.54，滿足設計要求。

選用的聯(lián)軸器輪轂外徑Da=286 mm>184 mm，滿足設計要求（聯(lián)軸器按CⅡCLZ12的尺寸）。

GⅡCLT13聯(lián)軸器上平鍵尺寸為40 mm×22 mm×250 mm，按1.5倍電機額定扭矩，軸徑為150 mm，校核鍵連接擠壓應力、剪切應力。

擠壓應力：

Pmax==140.2 MPa≤[P]=150 MPa（滿足設計要求）

剪切應力：

τmax==31.6 MPa≤[τ]=90 MPa（滿足設計要求）

GⅡCLZ12聯(lián)軸器上平鍵尺寸為36 mm×20 mm×220 mm，按1倍電機額定扭矩，軸徑為150 mm，校核鍵連接擠壓應力、剪切應力。

擠壓應力：

Pmax==127.5 MPa≤[P]=150 MPa（滿足設計要求）

剪切應力：

τmax==21.2 MPa≤[τ]=90 MPa（滿足設計要求）

2.3? ? 花鍵

花鍵配合采用INT/EXT 29Z×5M×30R×5H/5h（GB/T 3478.1—1995），花鍵相關尺寸：m=5 mm，Z=29，Dm=145 mm。按額定扭矩對漸開線花鍵擠壓強度進行校核：

3? ? 結語

同步軸系統(tǒng)是升船機系統(tǒng)重要組成部分，本文提出的適應升船機同步軸系統(tǒng)水平方向變位和角度偏差方法具有制作、安裝簡單，運行穩(wěn)定、可靠等特點，同步軸系統(tǒng)主要部件滿足設計要求。此套系統(tǒng)成功應用于沙沱升船機，運行效果良好，為今后升船機設計提供了參考。

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收稿日期：2019-12-03

作者簡介：王敏（1985—），男，安徽安慶人，碩士研究生，工程師，研究方向：升船機設計和分析。