顧志超，高常軍

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452）

頂部驅(qū)動(dòng)裝置，簡(jiǎn)稱頂驅(qū)，是鉆井平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備。某鉆井平臺(tái)頂驅(qū)在海上經(jīng)過(guò)5 年的鉆井作業(yè)，出現(xiàn)齒輪箱異響現(xiàn)象，為了排除頂驅(qū)齒輪箱故障，我們將頂驅(qū)解體，拆下齒輪箱，發(fā)現(xiàn)齒輪箱部分軸承座孔磨損。齒輪箱是頂驅(qū)的關(guān)鍵部件，由于沒(méi)有該進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，嚴(yán)重影響頂驅(qū)齒輪箱的修理工作，為了掌握頂驅(qū)齒輪箱的技術(shù)參數(shù)，需測(cè)量齒輪箱的技術(shù)參數(shù)，通過(guò)對(duì)故障和技術(shù)參數(shù)的分析，找出故障與技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系，并在齒輪箱修理中優(yōu)化相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。

1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)測(cè)量和分析

1.1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)形式

齒輪箱體見(jiàn)圖1。齒輪箱體結(jié)構(gòu)形式分為：整體式外殼與刨分式外殼，本齒輪箱屬于整體式外殼結(jié)構(gòu)。

1.2 齒輪箱結(jié)構(gòu)測(cè)量和分析

齒輪箱由鋼板焊接而成。鋼板焊接的鋼結(jié)構(gòu)不同于鑄鋼結(jié)構(gòu)和鑄鐵結(jié)構(gòu)，鑄鋼結(jié)構(gòu)和鑄鐵結(jié)構(gòu)材質(zhì)硬且脆，不產(chǎn)生塑性變形，受力損壞形式是產(chǎn)生裂紋；而鋼板焊接的鋼結(jié)構(gòu)韌性較大，受力易變形。為了判斷齒輪箱結(jié)構(gòu)是否變形，對(duì)齒輪箱進(jìn)行了測(cè)量。

圖1 齒輪箱體圖

齒輪箱正前面（圖1 中前豎直面），對(duì)角線尺寸：1 503 mm×1 503 mm。兩條對(duì)角線尺寸相等，均為1 503 mm。

齒輪箱頂面（圖1 中上水平面），對(duì)角線尺寸：1 125 mm×1 125 mm。兩條對(duì)角線尺寸相等，均為1 125 mm。

齒輪箱左側(cè)面，對(duì)角線尺寸為：1 273 mm×1 273 mm。兩條對(duì)角線尺寸相等，均為1 273 mm。

齒輪箱右側(cè)面，對(duì)角線尺寸為：1 273 mm ×1 273 mm。兩條對(duì)角線尺寸相等，均為1 273 mm。

對(duì)以上測(cè)量數(shù)據(jù)分析得知，齒輪箱多個(gè)面其對(duì)角線尺寸相等，因此，我們判斷齒輪箱體結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變形。

2 齒輪箱軸承座孔測(cè)量和技術(shù)參數(shù)分析

2.1 齒輪箱軸承座孔測(cè)量

為了保證測(cè)量的精度要求，使用內(nèi)徑百分表測(cè)量齒輪箱軸承座孔內(nèi)徑。

測(cè)量主動(dòng)軸前軸承座：測(cè)量水平方向和垂直方向的軸承座孔徑尺寸。

測(cè)量主動(dòng)軸后軸承座：測(cè)量水平方向和垂直方向的軸承座孔徑尺寸。

測(cè)量傳動(dòng)軸前軸承座：測(cè)量水平方向和垂直方向的軸承座孔徑尺寸。

測(cè)量傳動(dòng)軸后軸承座：測(cè)量水平方向和垂直方向的軸承座孔徑尺寸。

至于輸出軸前軸承座和輸出軸后軸承座，這兩個(gè)軸承分別安裝在軸承座套上，軸承座套與齒輪箱用螺栓固定連接，軸承與齒輪箱無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不存在磨損問(wèn)題，因此沒(méi)有必要對(duì)這部分尺寸進(jìn)行測(cè)量。

參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)

2.2 齒輪箱軸承座技術(shù)參數(shù)分析

我們根據(jù)軸承座與軸承的公差與配合[1]，結(jié)合軸承座的磨損狀況，進(jìn)行齒輪箱軸承座技術(shù)參數(shù)分析。

2.2.1 主動(dòng)軸前軸承座技術(shù)參數(shù)分析

表1 的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，主動(dòng)軸前軸承座的最小尺寸φ180+0.005 mm，最大尺寸φ180+0.155 mm。根據(jù)軸承的標(biāo)準(zhǔn)公差[1]，軸承外徑的上偏差為0，軸承外徑的最大極限尺寸為φ180 mm。軸承與軸承座的配合間隙偏大。

軸承座孔表面狀況見(jiàn)圖2。

圖2 主動(dòng)軸前軸承座

圖2 顯示，軸承座表面有磨損，軸承跑外圈，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生異響。

2.2.2 主動(dòng)軸后軸承座技術(shù)參數(shù)分析

表1 的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，主動(dòng)軸后軸承座的最小尺寸φ200+0.000 mm，最大尺寸φ200+0.018 mm。軸承外徑的上偏差為0，軸承外徑的最大極限尺寸為φ200 mm。軸承與軸承座的配合間隙適宜。

軸承座孔表面狀況見(jiàn)圖3。

圖3 主動(dòng)軸后軸承座

圖3 顯示，軸承座表面光滑，軸承座表面未磨損；軸承運(yùn)行正常。

2.2.3 傳動(dòng)軸前軸承座技術(shù)參數(shù)分析

表1 的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，傳動(dòng)軸前軸承座的最小尺寸φ215+0.040 mm，最大尺寸φ215+0.045 mm。軸承外徑的上偏差為0，軸承外徑的最大極限尺寸為φ215 mm。軸承與軸承座的配合間隙尚可。

軸承座孔表面狀況見(jiàn)圖4。

圖4 傳動(dòng)軸前軸承座

圖4 顯示，軸承座表面較光滑，軸承座表面未磨損；軸承運(yùn)行正常。

2.2.4 傳動(dòng)軸后軸承座技術(shù)參數(shù)分析

表1 的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，傳動(dòng)軸后軸承座的最小尺寸φ215+0.040 mm，最大尺寸φ215+0.800 mm。軸承外徑的上偏差為0，軸承外徑的最大極限尺寸為φ215 mm。軸承與軸承座的配合間隙偏大。

軸承座孔表面狀況見(jiàn)圖5。

圖5 顯示，軸承座表面磨損嚴(yán)重，軸承跑外圈；軸承運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生異響。

圖5 傳動(dòng)軸后軸承座

3 齒輪箱技術(shù)參數(shù)在修理中的優(yōu)化

通過(guò)對(duì)齒輪箱的測(cè)量和分析，我們明確了齒輪箱的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，若沿用這些技術(shù)參數(shù)修理齒輪箱，可解決目前的齒輪箱故障問(wèn)題，但是，原齒輪箱使用5 年出現(xiàn)故障，會(huì)不會(huì)重蹈覆轍？為了提高設(shè)備的使用年限，應(yīng)對(duì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估；對(duì)于不適合設(shè)備長(zhǎng)期良好運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)參數(shù)，將進(jìn)行技術(shù)參數(shù)優(yōu)化。

3.1 齒輪箱軸承座技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1800.2—2009[2]，列出了齒輪箱軸承座φ215 的極限偏差尺寸、載荷狀態(tài)、齒輪箱結(jié)構(gòu)，并根據(jù)我們的裝配工作經(jīng)驗(yàn)，給出了相應(yīng)公差的裝配方式，詳見(jiàn)表2 參數(shù)與配合狀態(tài)。

表2 參數(shù)與配合狀態(tài)

公差與配合的不同，將使裝配方式發(fā)生改變。當(dāng)軸承與軸承座存在裝配間隙的情況下，例如軸承座內(nèi)徑與軸承的裝配，可用常溫裝配方式；當(dāng)軸承與軸承座無(wú)裝配間隙、過(guò)盈配合的情況下，軸承外徑大于軸承座孔徑，可利用熱脹冷縮的原理冷凍軸承，使軸承尺寸縮小至軸承座尺寸以下，以便將軸承裝入軸承座；待恢復(fù)常溫后，軸承尺寸恢復(fù)變大，軸承外圈與軸承座漲緊，這種配合可避免軸承跑外圈，例如軸承座內(nèi)徑與部分軸承的裝配。

對(duì)于其它尺寸的軸承座如φ180 mm 等參數(shù)優(yōu)化，可參照上述方法，本文不再贅述。

3.2 齒輪箱修理

齒輪箱整體上數(shù)控鏜銑床，以主動(dòng)軸后軸承座孔中心為基準(zhǔn)軸線，找正，同軸度控制在0.02 mm 以內(nèi)，利用數(shù)控機(jī)床確定軸承座孔中心相對(duì)位置坐標(biāo)，并記錄，測(cè)算各軸承孔中心距。

激光焊前預(yù)處理，清磨軸承座孔，激光堆焊，見(jiàn)圖6。

圖6 激光堆焊

堆焊后，二次上數(shù)控鏜銑床進(jìn)行軸承座孔機(jī)械加工，軸承座加工后的尺寸見(jiàn)表3。

表3 數(shù)據(jù)顯示：軸承座加工后的尺寸均符合技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化要求。

表3 軸承座加工后的尺寸

表面粗糙度Ra≤1.6 μm；

UT 超聲波無(wú)損探傷；

清理齒輪箱；

檢修齒輪[3]；

裝配軸、齒輪、軸承，冷凍后裝配至齒輪箱軸承座；

齒輪箱內(nèi)注潤(rùn)滑油；

安裝頂驅(qū)。

按照中海油田服務(wù)股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/HS YF 147—2010 變速機(jī)維修規(guī)范》[4]對(duì)齒輪箱進(jìn)行調(diào)試，帶載荷運(yùn)行，齒輪箱運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)異常振動(dòng)和噪音，解決了軸承跑外圈的故障問(wèn)題，頂驅(qū)工作正常。

4 結(jié)論

頂驅(qū)齒輪箱技術(shù)參數(shù)的測(cè)量、分析和優(yōu)化，為設(shè)備的修理提供了技術(shù)依據(jù)，解決了軸承跑外圈、軸承座表面磨損、運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生異響的故障，修理后的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。突破了進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口設(shè)備的自主修理，在優(yōu)化設(shè)備性能，提升設(shè)備的承載能力，減少設(shè)備故障，提高設(shè)備使用年限方面，進(jìn)行了有益的嘗試，為進(jìn)口設(shè)備技術(shù)革新開辟了一條途徑。本文中的技術(shù)參數(shù)測(cè)量、分析和優(yōu)化方法具有一定的借鑒和推廣價(jià)值。