半潛式鉆井平臺錨纜機變速箱的檢測和修理

顧志超

(中海油田服務股份有限公司，天津 300452)

半潛式鉆井平臺作業水深遠超自升式鉆井平臺，深海半潛式鉆井平臺錨纜機的作業海況比較惡劣。錨纜機是保障海上安全作業的重要設備，變速箱是錨纜機的重要部件，通過對變速箱的結構分析和檢測，找出故障與技術參數之間的關系，并根據相關的技術標準對變速箱進行修理，從而保障深海半潛式鉆井平臺的安全作業。

1 變速箱的結構和工作原理

變速箱結構形式分為:整體式外殼與刨分式外殼，本變速箱屬于刨分式外殼結構，變速箱沿中心線刨分為2部分。變速箱結構如圖1所示。變速箱尺寸1.0 m×1.4 m×1.6 m。

圖1 變速箱結構

變速箱工作原理：變速箱的輸入軸由電動機輸入動力，在電動機的拖動下，輸入軸以一定的轉速旋轉。

輸入軸的齒輪1和軸為一體，也稱齒輪軸，當輸入軸旋轉時，軸上的齒輪1與齒輪2嚙合，帶動過渡軸旋轉，過渡軸上的齒輪3和齒輪4一同旋轉。齒輪3與輸出軸上的齒輪5嚙合，齒輪4與輸出軸上的齒輪6嚙合。當輸出軸上的離合器撥至高速檔位H時,齒輪5通過離合器帶動輸出軸以高速旋轉；當離合器撥至中間檔位空擋時，輸出軸無動力輸出；當離合器撥至低速檔位L時，齒輪6通過離合器帶動輸出軸以低速旋轉。

2 變速箱的檢測和修理

2.1 變速箱軸承座的測量

為了保證測量的精度要求，使用內徑百分表測量變速箱軸承座孔內徑。

測量輸入軸A、B兩端的軸承座孔內徑，過渡軸C、D兩端的軸承座孔內徑，輸出軸E、F兩端的軸承座孔內徑，在每個軸承座測量3個方向的內徑，稱為1#、2#和3#，軸承座孔內徑測量數據見表1。

表1 軸承座孔內徑測量數據 mm

我們根據軸承座與軸承的公差與配合[1]，結合軸承座的磨損狀況，進行變速箱軸承座技術參數分析。

表1的測量數據顯示，輸入軸A端和B端,過渡軸C端和D端,輸出軸E端和F端軸承座孔內徑偏大，軸承與軸承座的配合間隙偏大，軸承跑外圈，導致軸承座磨損，磨損的軸承座見圖2。

圖2 磨損的軸承座

測量輸入軸與過渡軸之間的中心距為397.30 mm，過渡軸與輸出軸之間的中心距為520.70 mm。

2.2 變速箱軸承座的修理

通過測量和分析，軸承與軸承座的配合間隙偏大，軸承跑外圈，導致軸承座磨損，運行時發生異常振動。針對上述故障，我們決定更換軸承。

每根軸的軸承座孔同心度小于0.03 mm，保證軸的中心距尺寸，各軸的中心線平行度小于0.05 mm。修理后的軸承座見圖3。

圖3 修理后的軸承座

2.3 變速箱軸的測量

為了保證測量的精度要求，使用外徑千分尺測量軸的外徑。

分別測量輸入軸與A、B兩端，過渡軸與C、D兩端，輸出軸與E、F兩端的軸承內圈配合處的軸頸外徑。在每個軸承內圈與軸頸的配合區域，測量3個方向的軸頸外徑:4#、5#和6#，軸頸外徑測量數據見表2。

表2 軸頸外徑測量數據 mm

表2的測量數據顯示，輸入軸A端、過渡軸D端和輸出軸F端軸頸外徑偏小，軸頸磨損，跑內圈。輸入軸B端、過渡軸C端和輸出軸E端軸頸狀態良好。

2.4 變速箱軸的修理

軸的直線度小于0.03 mm/m ，軸的徑向跳動小于0.03 mm，表面粗糙度Ra≤1.6 μm。

2.5 齒輪點蝕的檢測和修理

測量齒輪齒面的點蝕面積，計算點蝕面積與輪齒工作齒面面積的比率，并與JB/T 5664-2007《重載齒輪 失效判據》[3]的第Ⅲ類設備，高安全要求設備的標準點蝕比率α比較，齒輪點蝕比率檢測表見表3。

表3 齒輪點蝕比率檢測表

表3顯示，齒輪1、齒輪2、齒輪3、齒輪5和齒輪6的點蝕比率符合不應超過50%的標準要求，檢測結果合格。齒輪4的點蝕比率超過標準數據，根據標準要求，還應檢測20%以上點蝕的坑最大尺寸與模數的比值β、最大深度與模數的比值γ。

S/m=β，

(1)

式中，S為20%以上點蝕的坑最大尺寸， mm；m為齒輪的模數，m=10 mm；對于第Ⅲ類設備，β=20%。

由式(1)得：S=βm=20%×10 mm=2.0 mm。

L/m=γ，

(2)

式中，L為20%以上點蝕的坑最大深度， mm；對于第Ⅲ類設備(運行速度<10 m/s),γ=15%。

由式(2)得：L=γm=15%×10 mm=1.5 mm。

經檢測，齒輪4的齒面20%以上點蝕坑的最大尺寸≥2.0 mm；且20%以上點蝕坑的最大深度≥1.5 mm；因此，該齒輪被判為失效。齒輪4點蝕狀況見圖4。

根據檢測結果，更換齒輪4備件，解決了齒輪點蝕超標問題。

圖4 齒輪4點蝕狀況

2.6 齒輪副齒側間隙的新安裝標準值計算

根據CB/T 3688-1995《船用起錨機和起錨絞盤修理技術要求》[4](以下簡稱“技術要求”)，齒輪副齒側間隙的新安裝標準值由下式計算：

(3)

式中，C為齒輪副齒側間隙，μm；A為齒輪副中心距， mm。

齒輪1和齒輪2的中心距為397.30 mm，齒側間隙約0.24 mm。齒輪3和齒輪5、齒輪4和齒輪6的中心距為520.70 mm，齒側間隙約0.27 mm。

上述齒輪副齒側間隙的新安裝標準值是指齒輪箱滿足以下技術要求時的齒側間隙：新齒輪副、新軸承、軸承座和軸承為標準公差配合，軸和軸承為標準公差配合，全部零件的形位公差符合標準公差的要求。

2.7 需修理的齒輪副齒側間隙標準值計算

根據“技術要求”，齒輪副齒側間隙超過最大安裝間隙的2倍時，應予修理。

齒輪1和齒輪2的齒側安裝間隙為0.24 mm，2倍安裝間隙為0.48 mm。

齒輪3和齒輪5、齒輪4和齒輪6的齒側安裝間隙為0.27 mm，2倍安裝間隙為0.54 mm。

2.8 齒輪副齒側間隙的檢測和修理

對變速箱內的齒輪副采用壓鉛法測量齒側間隙，分別為齒輪1和齒輪2、齒輪3和齒輪5、齒輪4和齒輪6的齒側間隙，齒側間隙的檢測數據見表4。

表4 齒側間隙檢測數據

為了使齒輪副的齒側間隙符合標準，需對變速箱進行修理。影響齒輪副的齒側間隙的因素較多，其中主要包括齒輪的磨損和點蝕，齒輪副的中心距，軸承和軸承座的配合公差，軸的形位公差，軸和軸承的配合公差等。

關于齒輪的磨損和點蝕，根據“技術要求”，在齒輪節圓上檢測齒厚，最大允許磨損為原齒厚的10%，經對齒輪節圓上齒厚的檢測，未發現齒厚的磨損超過標準數值。關于齒輪的點蝕，齒輪4的點蝕超過標準數據，更換齒輪4備件，不僅解決了齒輪點蝕超標問題，還可改善齒輪副齒側間隙。

關于齒輪副的中心距、軸承和軸承座的配合公差，通過對軸承座的修理，保障軸承和軸承座的配合公差，控制齒輪副的中心距，從而控制齒輪副的齒側間隙。

關于軸的形位公差、軸和軸承的配合公差，通過對變速箱軸的修理，保障了軸的形位公差、軸和軸承的配合公差，并且保障了齒輪副的齒側間隙的穩定和可靠性。

經過對齒輪副齒側間隙的檢測和修理，使齒側間隙符合標準要求，檢修結果合格。

3 變速箱的裝配和試運行

根據相關的技術標準驗收修理的零件，保障零件的技術參數符合規范要求。齒輪涂丹油檢測嚙合狀況見圖5，若丹油在齒面分布均勻，則齒輪嚙合狀況良好。

由圖5知，齒輪嚙合狀況良好。將兩半變速箱恢復裝配，螺栓緊固轉矩880 N·m，變速箱內注潤滑油。變速箱安裝至原位，電動機安裝找正。經空載運行、功能測試和負荷運行，設備運行正常，解決了變速箱運行時發生異常振動的故障，滿足了平臺安全作業要求。

圖5 齒輪涂丹油檢測嚙合狀況

4 結束語

通過對半潛式鉆井平臺錨纜機變速箱的檢測，根據相關的技術標準，完成了變速箱的修理，解決了變速箱的故障問題，攻克了進口設備的技術壁壘，實現了進口設備的自主修理。在設備修理標準化的進程中，邁出了關鍵的一步，為深海半潛式鉆井平臺錨纜機變速箱的檢測和修理創建了一個成功范例。