銑齒設(shè)備芯軸翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)與仿真分析

王寧+李萬(wàn)垚

摘 要：7MW風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)齒輪主軸的銑齒設(shè)備需要定期維護(hù)和檢修，對(duì)其中的關(guān)鍵件芯軸設(shè)計(jì)了一種專用工具——翻轉(zhuǎn)裝置。根據(jù)芯軸的接口尺寸設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)具有翻轉(zhuǎn)角度大、運(yùn)動(dòng)靈活、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)翻轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行仿真分析可知，整體變形不大，能實(shí)現(xiàn)正常的使用功能，結(jié)構(gòu)整體的安全裕度較高。翻轉(zhuǎn)裝置能滿足銑齒設(shè)備芯軸的維護(hù)和檢修功能。

關(guān)鍵詞：銑齒設(shè)備芯軸；翻轉(zhuǎn)裝置；結(jié)構(gòu)；仿真分析

中圖分類號(hào)：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

7MV偏航系統(tǒng)齒輪主軸為了從根本上解決工作中打齒的問(wèn)題，必須提高齒輪主軸的精度，使齒形和花鍵變形量減小。這就需要銑齒設(shè)備具有高的精度，特別是銑齒設(shè)備的芯軸。銑齒設(shè)備的芯軸質(zhì)量較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)比較困難，所以必須借助于專用工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的維護(hù)和檢修，以滿足7MV偏航系統(tǒng)齒輪主軸中齒輪的加工精度問(wèn)題。針對(duì)銑齒設(shè)備的芯軸設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)裝置并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析計(jì)算。

1.翻轉(zhuǎn)裝置

銑齒設(shè)備芯軸具有質(zhì)量大和長(zhǎng)度長(zhǎng)等特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)裝置要能滿足銑齒設(shè)備芯軸的維修維護(hù)的要求。根據(jù)銑齒設(shè)備芯軸的接口尺寸設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)裝置的示意圖如圖1所示。

翻轉(zhuǎn)裝置主要由托盤(pán)、支架、底盤(pán)、外支撐腳、內(nèi)支撐腳、推手、旋轉(zhuǎn)軸和輪子等組成。托盤(pán)是由提底板、圓環(huán)、壓板、拉手、補(bǔ)強(qiáng)板和旋轉(zhuǎn)軸等組成，是翻轉(zhuǎn)裝置的主要工作部件，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)可進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到將銑齒設(shè)備芯軸體放平或吊立的效果。支架是由立板、法蘭板、壓塊、補(bǔ)寬板和加強(qiáng)筋焊接組成，是翻轉(zhuǎn)裝置支撐托盤(pán)的主要部件，通過(guò)壓塊將托盤(pán)的旋轉(zhuǎn)軸固定，使托盤(pán)達(dá)到工作狀態(tài)。底盤(pán)是由槽鋼、補(bǔ)強(qiáng)板、墊板、連接板、端板、推手和推手立柱、加強(qiáng)筋、腳輪等組成，是翻轉(zhuǎn)裝置承載及運(yùn)輸部件。通過(guò)腳輪和推手將翻轉(zhuǎn)裝置運(yùn)送到指定地點(diǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行翻轉(zhuǎn)工作。支撐腿是由補(bǔ)空板、側(cè)板、上下板、圓弧板、支腳等組成，是翻轉(zhuǎn)裝置的支撐和固定部件。通過(guò)展開(kāi)可調(diào)的支撐腿，將翻轉(zhuǎn)裝置固定在指定地點(diǎn)開(kāi)始翻轉(zhuǎn)工作。

工作時(shí)將翻轉(zhuǎn)裝置推到指定位置，將外支撐腿向外打開(kāi)后用定位銷定位，調(diào)整腳墊的高度使腳輪離地懸空，之后調(diào)整T型絲杠使其與地剛好接觸。工作時(shí)的示意圖如圖2所示。調(diào)整好翻轉(zhuǎn)裝置后，將泵與托盤(pán)連接好后可進(jìn)行相應(yīng)的翻轉(zhuǎn)工作。工作結(jié)束時(shí)，將泵與托盤(pán)分開(kāi)，調(diào)整內(nèi)支撐腳高度小于腳輪的高度，再調(diào)整腳墊的高度使腳輪著地后將外支撐腳收回到支架內(nèi)部并用定位銷定位，調(diào)整推手高度后將翻轉(zhuǎn)裝置推送到合適的地方貯存并進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)，待下一次維修維護(hù)時(shí)使用。翻轉(zhuǎn)裝置移動(dòng)及貯存時(shí)的狀態(tài)如圖1所示。

2.仿真分析

本次計(jì)算分析主要是考察翻轉(zhuǎn)裝置在加載重物后的整體強(qiáng)度情況，具體包括：考察翻轉(zhuǎn)裝置的整體變形情況，防止變形過(guò)大影響正常使用；考察關(guān)鍵承載件的強(qiáng)度，包括旋轉(zhuǎn)軸、銷軸、支撐腳、支架等，防止在承載條件下發(fā)生強(qiáng)度失效。

為了能夠更加精準(zhǔn)地考慮結(jié)構(gòu)的整體變形以及各個(gè)支腳的載荷分擔(dān)情況，需要同時(shí)考慮翻轉(zhuǎn)裝置安放位置的地面變形情況。假定廠房地面的墊層為剛性墊層，由水泥混凝土做成，厚度為100mm，水泥標(biāo)號(hào)為C35，彈性模量為3e10Pa，泊松比為0.3。地基采用Winkler地基模型，土壤種類為人工夯實(shí)的黏土，其基床系數(shù)取196200kN/m3，數(shù)據(jù)參考中國(guó)船舶工業(yè)總公司第九設(shè)計(jì)院《彈性地基梁及矩形板計(jì)算》。

除螺栓件外設(shè)備主體材料采用Q235，其彈性模量為2.1e11Pa，泊松比為0.27，密度為7850kg/m3。

原始的設(shè)計(jì)模型中含有較多與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無(wú)涉的附件，如推手等，在進(jìn)行仿真計(jì)算之前將這些特征一并簡(jiǎn)化去除。為提高分析精度和節(jié)省計(jì)算時(shí)間，在規(guī)則區(qū)域采用全六面體網(wǎng)格進(jìn)行離散，在外形較為復(fù)雜的區(qū)域使用四面體，總體單元數(shù)量665960，節(jié)點(diǎn)數(shù)量736020。承載工件的總重為156800N（16t）。

根據(jù)加載核及網(wǎng)格的劃分可得整體位移情況如圖3所示，整體的應(yīng)力云圖如圖4所示。根據(jù)圖3可知托盤(pán)y向最大位移為4.2mm，考慮到托盤(pán)由于約束的關(guān)系可能發(fā)生小的剛性位移，采用兩側(cè)位移取平均的方式進(jìn)行修正，修正后托盤(pán)的實(shí)際撓度為3.86mm，不會(huì)影響正常的使用功能。根據(jù)圖4可知，最大應(yīng)力值為108MPa，所用材料的屈服極限235MPa，結(jié)構(gòu)整體的安全系數(shù)為2.18，安全裕度較高。

結(jié)論

通過(guò)仿真分析可知，翻轉(zhuǎn)裝置的整體位移很小不會(huì)影響使用，整體強(qiáng)度的安全裕度較高。翻轉(zhuǎn)裝置可以實(shí)現(xiàn)銑齒設(shè)備芯軸的維護(hù)維修的功能，可以用于工程實(shí)際。

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