位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架設(shè)計(jì)

張波，羅強(qiáng),2，蘇艷，葉銳,2，張靜怡，解艷維

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721002；2.中油國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心有限公司，陜西 寶雞 721002）

0 引言

在機(jī)械行業(yè)中，有一類需要橫裝的軸總成，軸總成包括長(zhǎng)軸、齒輪、鏈輪、隔套等零部件（例如：石油鉆機(jī)絞車中的中間軸總成），需要將各零部件安裝在長(zhǎng)軸上，由于零部件較多、較大、較重，目前的安裝方法是將長(zhǎng)軸放在兩個(gè)支撐架上，天車吊起零部件將零部件安裝在軸上，因?yàn)檩S沒有固定，安裝過程中會(huì)遇到零部件與支撐架干涉的情況，需要反復(fù)吊起、調(diào)換2個(gè)支撐架的位置來上裝零部件，至少需要4個(gè)人才能完成作業(yè)，操作繁瑣、難度大、耗時(shí)費(fèi)力且安全性極差。這類軸總成規(guī)格尺寸較多，軸徑尺寸不同、跨度大，如何滿足能在橫裝的軸總成裝配過程中簡(jiǎn)化操作步驟，提高安全性及滿足不同軸徑的通用性[1]，降低工人工作量，提高工作效率，提高裝配精度等成為一個(gè)需要解決的問題。

1 方案設(shè)計(jì)

開展傳動(dòng)軸總成類部件裝配工藝技術(shù)研究，針對(duì)長(zhǎng)軸與齒輪、鏈輪的安裝（橫裝軸）需要反復(fù)吊起調(diào)換支撐架來上裝部件、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問題，研究可移動(dòng)的傳動(dòng)軸總成裝配支架結(jié)構(gòu)，優(yōu)化裝配工藝[2]。

1.1 機(jī)械類絞車傳動(dòng)軸總成裝配現(xiàn)狀

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，公司每年需要橫裝的絞車傳動(dòng)軸總成和并車箱上傳動(dòng)軸總成大約40～50套?，F(xiàn)有工裝進(jìn)行傳動(dòng)軸總成橫裝需要4人、采用3個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)易支架支撐進(jìn)行裝配，還需天車不斷調(diào)換支架位置以避免干涉，存在安全隱患多、裝配質(zhì)量差、效率低等問題，現(xiàn)有橫裝軸支架如圖1所示。

1.2 技術(shù)方案

經(jīng)過技術(shù)研究，設(shè)計(jì)了一種位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架。該裝置主要由旋轉(zhuǎn)固定鉗總成、導(dǎo)軌及備用支架組成，適用軸徑為φ150～φ240 mm，涵蓋了JC30～JC70絞車的所有傳動(dòng)軸總成部件的安裝尺寸（中間白軸長(zhǎng)為300～850 mm）。

通過分析各種形式的鉆機(jī)絞車傳動(dòng)軸總成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開展一次裝夾橫裝技術(shù)研究，解決了快捷安裝、多規(guī)格匹配適用等難題，完成了位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架開發(fā)設(shè)計(jì)工作。

1.2.1 主要結(jié)構(gòu)

位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架主體如圖2所示，夾持部分如圖3所示。裝置主體由旋轉(zhuǎn)固定鉗、導(dǎo)軌、備用支撐架組成，旋轉(zhuǎn)固定鉗可在導(dǎo)軌上移動(dòng)，移動(dòng)到合適的位置后，旋轉(zhuǎn)固定鉗與導(dǎo)軌通過銷軸連接固定，旋轉(zhuǎn)固定鉗的上部支撐架2采用可開合式設(shè)計(jì)，裝配時(shí)，上部支撐架2打開，軸安裝在旋轉(zhuǎn)固定鉗內(nèi)，閉合上部支撐架，銷軸6連接，通過調(diào)節(jié)頂緊螺栓5，可以帶動(dòng)壓緊裝置4來壓緊軸，軸被固定好后，可依次裝夾完成軸左右兩邊部件的組裝，同時(shí)預(yù)備了一個(gè)位置可調(diào)式備用支架，可以支撐較重的部件，避免一邊過重而引起較大的彎矩。

圖2 位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架總體主視圖

圖3 位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架夾持部分

1.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)旋轉(zhuǎn)固定鉗采用可開合結(jié)構(gòu)，打開后放入軸，調(diào)整好位置后，通過頂緊螺栓來夾緊軸總成。

2) 旋轉(zhuǎn)固定鉗與導(dǎo)軌用銷軸連接，通過調(diào)節(jié)銷軸位置，可調(diào)節(jié)夾緊距離，步進(jìn)為50 mm，可調(diào)距離控制精確。

3）旋轉(zhuǎn)固定鉗總成與軸接觸部位采用多組尼龍插板結(jié)構(gòu)，高度可調(diào)，且此材料具有良好的耐磨性和彈性，可以很好地保護(hù)軸。

4）備用支架可靈活支撐傳動(dòng)軸總成的不同部位，具有位置可調(diào)、移動(dòng)方便、輕松支起及放倒的功能。

5）整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上最大限度地優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

6）旋轉(zhuǎn)固定鉗壓緊軸后設(shè)計(jì)了鎖緊裝置，裝配齒輪、鏈輪等零部件時(shí)保證軸被壓緊，提高安全性，不會(huì)引起側(cè)翻等現(xiàn)象。

2 分析計(jì)算

按照ZJ90鉆機(jī)絞車配套的傳動(dòng)軸總成結(jié)構(gòu)及質(zhì)量3780 kg開展分析計(jì)算。

1）根據(jù)其受力情況，建立力學(xué)模型如圖4所示。

圖4 傳動(dòng)軸總成受力分析

2）裝配過程是先安裝軸總成左端零部件，再安裝軸總成右邊零部件，按受力最嚴(yán)重的情況計(jì)算[3]。

3）在整體計(jì)算的基礎(chǔ)上，分別對(duì)旋轉(zhuǎn)固定鉗總成、銷軸及導(dǎo)軌的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，強(qiáng)度滿足要求。

2.1 支撐架的強(qiáng)度計(jì)算

材料為Q345B 槽鋼，力學(xué)性能：σb≥490 MPa，σs≥345 MPa。

圖5 旋轉(zhuǎn)固定鉗總成

A 點(diǎn)的支反力為40 472.76 N，方向向下；B點(diǎn)的支反力為74 323.56 N，方向向上。

σA＜［σ］，σB＜［σ］。通過以上計(jì)算可知支撐架強(qiáng)度滿足要求。

2.2 銷軸的強(qiáng)度計(jì)算

支撐架通過銷軸與軌道與支架連接的銷軸受剪切力[4]。先算A點(diǎn)支架下方的耳板，4個(gè)耳板受剪切。

銷軸材質(zhì)為45鋼，軸徑為φ30 mm，力學(xué)性能：σs≥355 MPa。則

τmax<［τ］，可知耳板強(qiáng)度滿足要求。

2.3 導(dǎo)軌的強(qiáng)度計(jì)算

導(dǎo)軌是整體的，它是通過銷軸與支架連接，受一個(gè)向上的力為40 472.76 N。

按最嚴(yán)重的情況計(jì)算，D點(diǎn)不動(dòng)，C點(diǎn)所受彎矩為M=FL=40472.76 N·m。按整體受力為傳動(dòng)軸總成的重力和支架的重力計(jì)算：

A點(diǎn)受力FA′=8418.2+89.15=8507.35 N；

所受的彎矩為MA=8418.2×0.7=5955.145 N·m；

B點(diǎn)受力FB′=19237.4+89.15=19326.55 N；

所受的彎矩為MB=19326.55×1.6=30922.48 N·m；σmax′<［σ］，通過以上計(jì)算可知導(dǎo)軌強(qiáng)度滿足要求。

圖6 銷軸

圖7 導(dǎo)軌

圖8 位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架彎矩圖

2.4 耳板受剪計(jì)算

耳板材料為Q235B，力學(xué)性能：σb≥490 MPa σs≥235 MPa；單板的厚度為10 mm。

耳板抗剪計(jì)算：

圖9 耳板

τ＜［τ］，通過分析計(jì)算，強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 試驗(yàn)過程

安裝軸總成的位置可調(diào)式支架，具體試驗(yàn)過程為：安裝軸總成時(shí)，先確定中間白軸的長(zhǎng)度，據(jù)此調(diào)節(jié)2個(gè)旋轉(zhuǎn)固定鉗的位置，調(diào)節(jié)好后通過銷軸與導(dǎo)軌固定，2個(gè)旋轉(zhuǎn)固定鉗總成的上部支撐架旋轉(zhuǎn)打開，軸吊放在旋轉(zhuǎn)固定鉗上，與尼龍墊板接觸，2個(gè)旋轉(zhuǎn)固定鉗總成的墊板高度可微調(diào)，保證軸在同一水平高度作業(yè)，然后將上部支撐架扣合，銷軸連接，通過調(diào)節(jié)頂緊螺栓，可以帶動(dòng)壓緊裝置來壓緊軸，軸被固定好后，可依次裝夾完成軸左右兩邊部件的組裝，同時(shí)配備了一個(gè)位置可調(diào)式備用支架，可以支撐較重的部件，避免一邊過重而引起支架承受較大的彎矩。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

1）旋轉(zhuǎn)固定鉗可移動(dòng)，即中間夾緊部位距離可調(diào)，且可調(diào)節(jié)的位置控制精確，涵蓋JC30～JC70絞車的所有傳動(dòng)軸總成部件的安裝尺寸，適用不同的傳動(dòng)軸總成的安裝，通用性強(qiáng)；2）可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸總成部件的快捷安裝及拆卸過程；3）縮短安裝時(shí)間，更好地控制裝配的質(zhì)量；4）2個(gè)旋轉(zhuǎn)固定鉗總成（夾緊軸的部位）中間采用插板式墊片結(jié)構(gòu)，高度微調(diào)，滿足不同的軸肩安裝尺寸；5）設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)固定鉗壓緊軸后的鎖緊裝置，保證軸被壓緊。

5 應(yīng)用及效益

位置可調(diào)式絞車傳動(dòng)軸總成裝配支架的應(yīng)用，通過夾緊軸，完成軸總成左右零部件的安裝，避免了傳統(tǒng)方法存在的安全隱患，能依次裝夾完成軸總成零部件的組裝，具有旋轉(zhuǎn)固定鉗位置可調(diào)、夾緊軸總成軸徑適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能降低對(duì)工人技能水平的要求，減少了工作量，節(jié)省了勞動(dòng)力。

此前需要最少50 min才能完成軸總成的安裝，用此種方案經(jīng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，安裝軸總成僅用了21 min，可減少50%的人力及58%的時(shí)間，解決了組裝過程中勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，同時(shí)消除了安全隱患，該設(shè)計(jì)過程中采用車間剩余鋼材，大量節(jié)約了工裝的制造費(fèi)用和時(shí)間，節(jié)約新購(gòu)鋼板約1 t，節(jié)約費(fèi)用4000元。按照每年生產(chǎn)裝配50套絞車傳動(dòng)軸計(jì)算，每年可累計(jì)節(jié)約制造成本50萬元。