“雪龍”號主機飛輪現場更換齒輪

“雪龍”號主機飛輪為鑄鐵材質,由于長期與鑄鋼材料的盤車機齒輪嚙合磨損,而且,該盤車系統的齒輪模式設計過大,齒輪嚙合力過大,造成幾乎全部齒輪損傷,成為長期困擾船東的一個問題。由于 “雪龍”號的科學考察日程早已確定,不能安排 “雪龍”號進塢拆卸修理,只能就地更換齒輪外圈。極地中心通過咨詢并邀請專家評審認為青島萬度力工程有限公司擁有類似的修理經驗,決定由青島萬度力承擔此修理任務。經實地勘察、測繪,雙方認為可以實施就地更換齒圈業務,其更換工藝介紹如下。

1 測量結果

齒輪模數,50;飛輪齒數,56;飛輪齒輪厚度,140mm;盤車機齒數,9;盤車機齒輪厚度,156mm。

2 工藝路線

經極地中心組織的專家論證會討論,確定工藝路線:保留原齒輪模數、齒數設計不變,在近乎對稱的位置,預制、鑲嵌 4齒鑲嵌塊,起飛輪齒圈固定作用,其余部位鑲嵌齒圈。這樣做可以有效防止齒圈因過度受力引起的齒圈滑動,但會使得新齒壽命降低。施工工藝是先安裝固定端,防止新制齒圈滑動。然后,將新制齒圈固定就位。

但是在施工準備的時候,發現該工藝很復雜,需要制作兩只不同內徑的齒輪圈,才能做出這個結果,時間和工程成本會很高,而且很難保證鑲嵌后的來自于兩個齒輪的 4只齒條能完整地形成新的等齒距齒圈。因此我們決定將工藝改回原設計方案,但增加 8只強力鍵加強固定的方式,如下所述。

3 現場加工

本工程成功的關鍵是如何保證鑲嵌的新齒圈能與飛輪同心。為此,青島萬度力工程有限公司設計了現場銑削工裝,固定在主機飛輪端,這樣可以將原來的齒輪銑削去,并可以保證新齒輪的安裝表面用于精確安裝齒輪。架設便攜式鉆孔設備,沿圓周方向,將飛輪的齒輪根基部位,鉆周向孔。鉆孔工作完成后,架設現場銑削設備,將飛輪表面銑削至齒根面以下 35mm處,以便安裝齒輪外圈。

4 萬度力安裝

新齒圈安裝就位,采用固定螺栓固定,并檢查測量,如果沒有問題,采用萬度力波浪鍵固定。固定后,用透影的方法在一邊看對面的燈光,沒有看到,說明結合面配合很好。安裝過程如下所述。

1)新齒圈固定好,開始鑲嵌萬度力波浪鍵,真正的結合力是由波浪鍵提供的,施加波浪鍵前,采用拉緊器將齒圈緊緊固定在飛輪上。波浪鍵固定后的表面需要打磨清理,形成光滑表面。

2)為加快齒輪更換時間,將齒輪沿齒根鉆除,再進行銑削,這樣可以大大減少銑削工作量,加快工程進度。

3)兩只分成兩半的齒圈,都安裝固定后,應將接頭部分開坡口,并采用低溫焊接技術焊接起來。所謂低溫焊接技術,也稱之為低熱量輸入焊接技術,由于焊接時產生熱量比較低,不會產生過度應力造成齒輪變形,影響嚙合。

4)開強力鍵槽,準備強力鍵。

5)強力鍵固定。既提供了防止齒輪圈滑動的制動力,又提供了強力固定齒圈與飛輪基體的作用,具有雙重功效。

5 盤車實驗

經過 20天的努力,齒輪鑲嵌工程順利完工。經過極地中心組織多次盤車實驗,飛輪運轉平穩,消除了長期困擾船舶運行的事故隱患。

6 探傷實驗

根據極地中心和船檢的要求,我們邀請了第三方檢驗公司,對齒輪進行了超聲波探傷,發現該齒輪圈存在 9處鑄造缺陷和小的裂紋,對此,我們做了研究分析,認為該鑄造缺陷的位置和尺寸不會對該飛輪的正常運行產生破壞性影響。