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        65 t擴(kuò)展器牽引絞車設(shè)計(jì)

        2022-01-21 09:45:30張勇勇胡發(fā)國
        機(jī)電設(shè)備 2021年6期
        關(guān)鍵詞:小齒輪卷筒減速機(jī)

        張勇勇,胡發(fā)國,潘 曉

        (1. 武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司,武漢 430084;2. 中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300459)

        0 引言

        物探船是海洋地球物理勘探的主要船舶設(shè)備之一,物探船通過擴(kuò)展器牽引絞車來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展器的牽引和回收。我國進(jìn)入物探船技術(shù)領(lǐng)域的時(shí)間較短,研發(fā)力量比較弱[1],物探船上擴(kuò)展器牽引絞車均為進(jìn)口設(shè)備,國產(chǎn)化需求迫切。目前,我國最先進(jìn)的物探船為2010年以來陸續(xù)建造的“海洋石油720”和“海洋石油721”等12纜物探船[2],其擴(kuò)展器牽引絞車額定拉力為44 t。隨著物探作業(yè)向深海長距離、多纜大面積勘探作業(yè)能力方向發(fā)展[3],12纜物探船越來越不能滿足日益增長的物探作業(yè)需求,18纜物探船的設(shè)計(jì)與建造已被提上日程。

        因此,本文以18纜物探船作業(yè)需求為目標(biāo),介紹額定拉力為65 t的擴(kuò)展器牽引絞車的設(shè)計(jì),同時(shí)為各型擴(kuò)展器牽引絞車的設(shè)計(jì)提供參考。

        1 組成與原理

        目前的擴(kuò)展器牽引絞車均采用電液驅(qū)動(dòng)形式,由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成,其設(shè)備采用高壓油電液驅(qū)動(dòng),由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主泵提供馬達(dá)和制動(dòng)器動(dòng)力,馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速機(jī),通過齒輪副帶動(dòng)滾筒動(dòng)作,進(jìn)行擴(kuò)展器的牽引和回收動(dòng)作,其技術(shù)原理如圖1所示。

        圖1 擴(kuò)展器牽引絞車技術(shù)原理圖

        擴(kuò)展器牽引絞車由于單支架組件I、II,滾筒組件,馬達(dá)小齒輪組件,制動(dòng)器組件組成。單支架組件I、II為獨(dú)立結(jié)構(gòu);6組馬達(dá)+行星減速機(jī)+小齒輪為懸臂結(jié)構(gòu),通過行星減速機(jī)法蘭鎖緊在單支架組件II上,小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)齒圈嚙合,回轉(zhuǎn)支撐的外圈通過48個(gè)M30的螺栓鎖緊在單支架組件II上,內(nèi)圈通過48個(gè)M30的螺栓鎖緊在滾筒上。

        擴(kuò)展器牽引絞車設(shè)置有帶式液壓制動(dòng)器,制動(dòng)器采用彈簧液壓油缸驅(qū)動(dòng),彈簧提供制動(dòng)力,液壓油驅(qū)動(dòng)油缸打開剎車。卷筒另一側(cè)安裝有滾筒軸承,裝設(shè)在單支架組件I的軸承座內(nèi)。在單支架組件I側(cè)設(shè)有增量型編碼器,用于測量收放纜速度和纜繩長度。結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

        圖2 擴(kuò)展器牽引絞車結(jié)構(gòu)原理

        擴(kuò)展器牽引絞車含一個(gè)卷筒,由6臺液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),由液壓馬達(dá)帶動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn),減速機(jī)輸出軸帶動(dòng)小齒輪,小齒輪通過齒輪嚙合帶動(dòng)卷筒組件中的回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)纜繩收放。

        2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2.1 設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)

        為滿足18纜物探船的作業(yè)需求,擴(kuò)展器牽引絞車設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)如表1所示。

        表1 擴(kuò)展器牽引絞車設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)

        2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        1)單支架組I

        單支架組件I由單支架I、調(diào)整墊片、焊接墊片和封板組成。單支架I為結(jié)構(gòu)件,主要由鋼板和鍛件等拼接而成,主要承載卷筒收放纜繩和制動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的載荷。結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

        圖3 單支架I結(jié)構(gòu)圖

        單支架I與卷筒軸承和端蓋鏈接,底部通過焊縫與船體連接,軸承座上設(shè)有潤滑油孔,便于軸承的潤滑。

        2)卷筒組件

        卷筒組件由卷筒體、回轉(zhuǎn)支承、軸承、編碼器和端蓋等組成。如圖4所示。

        圖4 卷筒組件主視圖示意

        卷筒體為結(jié)構(gòu)件,由鋼板拼焊而成。卷筒體由厚度為50 mm的E420鍛件,為增加側(cè)板強(qiáng)度和剛度,側(cè)板做成了箱形結(jié)構(gòu)。剎車輪緣由41 mm鋼板卷制而成,回轉(zhuǎn)環(huán)采用鍛件加工而成,芯軸采用鍛件。軸承選用調(diào)心滾子軸承,編碼器采用增量型編碼器。

        芯軸通過調(diào)心滾子軸承支撐在單支架Ⅰ上,回轉(zhuǎn)環(huán)通過螺栓與回轉(zhuǎn)支承連接,繼而連接在單支架Ⅱ上,從而實(shí)現(xiàn)卷筒的徑向支撐。

        回轉(zhuǎn)支承采用內(nèi)嚙合漸開線圓柱齒輪與減速機(jī)的小齒輪嚙合?;剞D(zhuǎn)支承內(nèi)齒輪模數(shù)18,齒數(shù)101,齒寬90 mm。

        回轉(zhuǎn)支承定環(huán)與單支架Ⅱ通過螺栓連接,回轉(zhuǎn)支承動(dòng)環(huán)通過螺栓與卷筒回轉(zhuǎn)環(huán)連接?;剞D(zhuǎn)支承定環(huán)與動(dòng)環(huán)之間采用滾子軸承支撐,回轉(zhuǎn)支承上設(shè)計(jì)有潤滑油槽和注油嘴用于給回轉(zhuǎn)支承軸承潤滑。

        3)馬達(dá)小齒輪組件

        馬達(dá)小齒輪組件由液壓馬達(dá)、減速機(jī)、小齒輪及緊固件組成。如圖5所示。

        圖5 馬達(dá)小齒輪組件示意圖

        液壓馬達(dá)選用雙速徑向柱塞馬達(dá),型號Italgroup公司IAC800H4。液壓馬達(dá)通過法蘭及螺栓與減速機(jī)連接,馬達(dá)軸通過花鍵與減速機(jī)內(nèi)花鍵相連。

        減速機(jī)選用回轉(zhuǎn)減速機(jī),減速比14,二級減速,需求動(dòng)態(tài)輸出扭矩2.79×104N·m?;剞D(zhuǎn)減速機(jī)輸出軸帶漸開線圓柱小齒輪,齒輪模數(shù)18,齒數(shù)21,齒寬100 mm。減速機(jī)通過法蘭及螺栓連接在單支架I上。

        4)剎車組件

        帶式剎車組件主要由剎車帶1、剎車帶2、剎車片1、剎車片2、剎車上支撐組件、調(diào)節(jié)螺桿組件、銷、三角桿、壓桿、液壓油缸和接近開關(guān)組件等組成。結(jié)構(gòu)如圖6所示。

        帶式制動(dòng)器規(guī)格為Φ2 700 mm×230 mm。剎車帶1和剎車帶2為結(jié)構(gòu)件,主要材料采用Q355E彎制焊接而成。剎車片1和剎車片2采用無石棉,螺

        表4 卷筒受力計(jì)算結(jié)果

        圖9 工況7卷筒組件應(yīng)力云圖

        圖9 工況7卷筒組件應(yīng)力云圖(續(xù))

        圖10 工況7卷筒應(yīng)變云圖

        表5 單支架工況

        表6 單支架受力計(jì)算結(jié)果

        圖11 工況4單支架組件I應(yīng)力云圖

        圖12 工況5單支架組件II應(yīng)力云圖

        圖13 工況5單支架組件應(yīng)變云圖

        通過計(jì)算分析,單支架組件I和單支架組件II的應(yīng)力和應(yīng)變均在許用安全范圍以內(nèi),設(shè)計(jì)可以滿足使用要求。

        4 結(jié)論

        擴(kuò)展器牽引絞車是物探船的關(guān)鍵設(shè)備,本文以18纜物探船所配置的65 t擴(kuò)展器牽引絞車的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,總結(jié)如下:

        1)對擴(kuò)展器牽引絞車的技術(shù)和結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了說明。

        2)對65 t擴(kuò)展器牽引絞車的設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述,擴(kuò)展器牽引絞車由擴(kuò)展器牽引絞車由于單支架組件I、II,滾筒組件,馬達(dá)小齒輪組件,制動(dòng)器組件組成。卷筒體材料為E420,單支架,制動(dòng)器,筋板等材料為Q345E。

        3)65 t擴(kuò)展器牽引絞車卷筒共8種計(jì)算工況,卷筒的最大應(yīng)力和應(yīng)變發(fā)生在工況7,筒體最大應(yīng)力為186.17 MPa,筋板最大應(yīng)力為144.64 MPa,最大應(yīng)變?yōu)?.87 m,均在許用范圍內(nèi)。

        4)65 t擴(kuò)展器牽引絞車單支架組件共6種計(jì)算工況,單支架組件I最大應(yīng)力發(fā)生在工況4,應(yīng)力為224 MPa;單支架組件II最大應(yīng)力發(fā)生在工況5,應(yīng)力為156 Pa;最大應(yīng)變發(fā)生在工況5,最大應(yīng)變?yōu)?.93 mm,均在許用范圍內(nèi)。

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