絞吸挖泥船絞刀傳動裝置技術升級改造的探析

黃國金

摘要：絞吸挖泥船的絞刀傳動裝置是非常重要部件，它的好、壞直接影響該船的生產效率，本文就我局的一艘絞吸挖泥船（江灣號）的絞刀傳動裝置進行技術升級改造，研制出一種新型的絞刀傳動裝置，在其船上運用，達到了非常好的效果。現對該技術升級改造進行分析探討。

關鍵詞：新型絞刀傳動裝置設計問題措施

設計背景

絞吸式挖泥船“江灣號”建造于2005年，設計單位是某船舶設計研究所2004年8月設計，設計主要尺度：總長41.7m，船長29.7m，船寬7.6m，型深2.8m，吃水1.6m。當時設計參照一般的絞吸式挖泥船設計的切削能力為土質3類以下（比較松散）。如果施工現場是3類以下土質該挖泥船的絞刀傳動裝置不會有什么問題。近幾年以來3類以下土質河床越來越少，很大一部分都是3類以上，甚至到5類。如果施工時遇到3類～4類的土質，原絞刀傳動裝置處于最大或超負荷工作，超負荷工作時很快就把絞刀傳動裝置損壞。原絞刀傳動裝置共有3部分組成，第1部分一臺液壓馬達帶動第2部分的行型齒輪箱，通過齒輪箱帶動第3部分的絞刀，結構設計也不是很理想。液壓馬達和齒輪箱設計在橋架圓管里面（橋架圓管內徑為Φ1200mm），經常損壞部件是第1部分的液壓馬達和第2部分的齒輪箱，每次損壞后修理費用很大。

就拆裝費用而言，首先將船拖到岸邊并需找一個能滿足50—100噸汽車吊的作業碼頭進行，將液壓馬達和齒輪箱運到生產廠家進行修理，每次修理費用10萬元左右，在2008年1年內修理了3次。最后1次修理安裝后使用不到120小時又將液壓馬達和齒輪箱損壞，在這種情況下必須對該技術進行升級改造。

問題分析及解決辦法

經過絞吸挖泥船絞刀傳動裝置損壞原因分析，主要是傳動裝置功率過小，液壓馬達選配功率過小，導致使用壽命短。

對該技術進行升級改造，設計出一個3軸2級變速的齒輪箱。齒輪箱的外型尺寸是高2670mm，寬1420mm，原度1514mm，輸入轉速150rpm，輸出轉速30rpm，減速比5：1，總輸出扭矩56800N.m。第一級變速中心距500mm，第2級變速中心距900mm，齒輪模數是10，第一個齒輪為20個齒，第2個中間齒輪為80個齒，第三個大齒輪為100個齒，設計中間齒輪的目的是為了將液壓馬達安裝在橋架外面，修理拆裝方便。采用2個液壓馬達和一個外齒輪傳遞的齒輪箱變速箱，傳動絞刀的新型絞刀傳動裝置。其特點：①液壓馬達采用了2臺并設計在橋架外部，便于液壓馬達的拆裝，不需要請大吊車作業，也不需移動挖泥船現場即可更換或修理。②傳動功率也相應的翻了一倍，延長了液壓馬達使用壽命。③由于設計的是外舌合齒輪，齒輪模數由6加大到10。傳動軸和軸承也相應的加大。

具體相關部件設計進行了計算。具體如下：

1、主要技術參數

液壓馬達型號：XHS7-2500

馬達排量（ml/r）：2526（兩只）

工作壓差（MP）：16

輸入轉速（r/min）：150

輸出轉速（r/min）：30

總輸出扭矩（Nm）：56800

減速機速比：5：1

2、齒輪初算

擬采用兩級傳動，速比分別為4和1.25。

根據齒面接觸強度初算直徑結果為：d1=330，d2=980，d3= 1202。

根據齒根彎曲強度初算模數結果為：m1=9.85，m2=9.9，m3= 10。

綜合工況及安裝尺寸，采取如下數據：

m=10，z1=20，β=0，x1=0，b1=248

m=10，z2=80，β=0，x2=0，b2=240

m=10，z3=100，β=0，x3=0，b=230

齒輪Z1采用40Cr調質，硬度250～280HBS

齒輪Z2采用ZG45調質，硬度230～260HBS

齒輪Z3采用ZG45調質，硬度230～260HBS

對各齒輪承載能力校核均合格。

3、輸出主軸的強度校核

對最大彎矩處，安裝齒輪3的軸段中間處進行校核：

σb=M/W

M=31198N.m（上圖）

M=（π/32）*d3-b*t*（d-t）/（2*d）=783883.4mm3

σb=39.8Mpa

[σ-1]b=40Mpa

Σb<[σ-1]b

4、對輸出軸上軸承校核

選用雙列圓錐滾子軸承352140

Fr=（568002+20673.52）0.5=60445.3N

Fa=0

P=fp*Fr=1.2*Fr=72534N

C=1450000N

L10h=（16670/n）*（C/P）10/3=1204768（小時）

設計要求360*8*3=8640小時，符合。

Fa=0

Por=X0*Fr=60445.3N

Cor/Por=49.1>S0=2

符合要求。

研究成果

我們于2009年研制成功后到現在，經過一年多的試用，在山東濰坊海邊工程施工，土質為4類左右，效果十分理想。該工地有各類挖泥船10余艘，經過改造的江灣號挖泥船開工率最高。

該技術在全國同類絞吸式挖泥船中絞刀傳動裝置的改造屬國內首創，領先于同類船舶的生產效益。

“江灣號”經過絞刀傳動裝置的技術改造后經濟效益有十分明顯的提高，按設計生產方量350方/時計算。生產可以提高30%，即為455方/小時，每小時提高105立方。按產值每立方10元計算，每小時可提高利潤1050元，按每月平均開動率500小時計算，每月提高利潤52.5萬元。全年提高利潤630萬元。同時減少了修理費用（按每拆修1次）每年約30萬元。該技術全面推廣，一定會取得很好的社會效益。（實物見下圖）

參考文獻：

[1]中國船級社《鋼質內河船舶入級與建造規范》（2002）版

[2]中國船級社《內河船舶法定檢驗技術規則》，（2004）版

[3]機械工業出版社《袖珍機械設計師手冊》，（2000）版（作者單位：江西省航道工程局）