輪胎式起重機小車運行齒條施工關鍵技術

黃葉鋒 王培娟

上海振華重工（集團）股份有限公司南通分公司 南通 226017

0 引言

輪胎式起重機（以下簡稱輪胎吊）載重小車驅動方式通常采用自行式或齒條驅動，其中齒條傳動穩定性好，傳動效率高，且車輪不會打滑，安全可靠性強。但如若齒條排裝精度差，易導致齒條過早磨損、增加機構負載，甚至對日常吊箱作業造成停機影響，同時增加維護保養的費用，故如何控制齒條排裝精度是輪胎吊制造中的重點和難點。在某輪胎吊項目中，運用新技術，通過控制影響齒條排裝的關鍵工序，優化施工工藝流程，保證了整體排裝精度。此技術能有效指導類似項目齒條的制作安裝，降低齒條磨損對碼頭帶來的不利影響，充分發揮輪胎吊在港口生產中的作用。

1 工程概況

示例項目額定載荷41 t，跨距24 m，小車行程18 m，小車額定速度70 m/min，其齒條驅動系統由車輪、軸承座、驅動齒輪和齒條等構件組成。小車軌道安裝于主梁構件上，齒條對稱平行布置在小車軌道的內側，其余部件安裝至小車鋼結構。小車通過驅動齒輪產生與齒條相互嚙合的作用力直接推動小車運行，小車齒條驅動示意見圖1。

圖1 小車齒條驅動示意圖

2 齒條加工制造

小車驅動齒條材質為45號鋼，齒形為直齒，齒形角為20°，模數為8，單根長度為1.55 m，齒條整體彎曲不大于0.5 mm，齒面精度等級為1.6，齒條零件示意見圖2。為滿足以上精度要求，多次對齒條進行加工實驗，不斷進行工藝路線優化，最終制定了一套完善的加工工藝流程：鍛造→鍛后正火HB169～HB217→劃線→粗刨→粗銑→調質+性能實驗→變形矯正→半精刨→半精銑齒→人工時效→變形矯正→精刨→精銑齒→鉗工修磨→齒表面淬火HRC40～HRC45。

圖2 齒條零件示意圖

其中鍛件毛坯劃線后粗刨四周平面時，需利用樣板保證齒厚、齒深有足夠的精加工余量（厚度兩側面單面保留8 mm余量，齒部兩側及齒底保留6 mm余量），從而滿足Ra1.6的粗糙度要求。

為保證齒條組件裝配精度要求，底板和墊板需機加工保證高度要求，見圖3、圖4，由于后續還需進行調整，粗糙度要求Ra12.5即可。

圖3 齒條裝配示意圖

圖4 齒條底板加工

3 齒條安裝制造關鍵技術

3.1 齒條底板的劃線定位安裝

齒條底板的劃線及定位焊接工作，傳統做法為待龍門架總裝完成后進行，這樣可以很好的保證齒條的直線度，但高空作業施工難度大，且焊后主梁拱度不可控，會出現齒條底板燒焊后主梁拱度偏低，無法滿足成品拱度要求的情況，從而進行高空校火，如圖5所示，投入了大量人力物力，嚴重影響工期，且校火后鋼板性能降低，影響產品壽命及質量。

圖5 利用吊梁高空校正主梁拱度

傳統方法在油漆后進行焊接，修補工作量大，且焊接打磨污染嚴重，如遇到主梁箱體為密封箱體，上翼板焊接后反面油漆無法修補。為克服上述難題，對齒條底板安裝工序進行優化，在車間提前進行齒條底板的焊接，減少高空作業。

主梁鋼結構制作時增加5～10 mm拱度值，在車間制作完成后調整至水平狀態，劃出主梁中心線，再以主梁中心線為基準劃出齒條定位中心線，保證公差在±0.5 mm內。將每根齒條組件（齒條、墊板和底板的組合件見圖6）排裝在主梁上表面，保證齒條底板對準主梁箱體內橫隔板，齒條直線度公差在全長范圍內為±3 mm，2 000 mm范圍內小于1 mm。排裝兩根齒條過渡位置時用齒條安裝塊檢驗，見圖7(保證2齒面間隙在0.05～0.2 mm之間)，滿足要求后，最終定位焊接齒條底板。

圖6 利用工藝螺栓連接齒條組件

圖7 過渡段利用齒條安裝塊檢驗

優化后的底板安裝工序施工過程中還需注意：

1）齒條底板定位焊接需待主梁上所有預焊件焊接完成后進行，避免再次焊接導致主梁變形；

2）齒條底板的焊縫必須連續滿焊并在轉角處做好包角，不得有夾渣、氣孔等缺陷，焊角保證在6 mm，不得低于5 mm，在保證焊接強度的情況下焊接量需被控制在最少的范圍內，以盡可能減少主梁的變形；

3）齒條底板施焊時必須由主梁中間向兩端4人同時對稱施焊，此方法可大幅度減小焊接對主梁拱度的影響；

4）齒條底板焊接完成后需復測主梁拱度和旁彎，如拱度和旁彎超差需進行火工校正；

5）齒條底板焊接完成12 h后需重新劃出主梁中心線；

6）為減少拆裝工作，齒條組件可隨主梁一起沖砂油漆，沖砂油漆前需對齒面做好保護。

3.2 齒條排裝精度控制

3.2.1 齒條粗排

在龍門架總裝，小車軌道排裝完成后，進行齒條組件的粗排裝工作，主要分為以下兩個步驟：

1）根據軌道中心線劃出齒條中心線，將每根齒條及墊板按齒條中心線依次排裝好，齒條過渡位置選擇兩個直徑相同的驗棒，如表1所示，用卡尺或千分尺測量兩驗棒外側，確保距離達到2πn+d，見圖8。

表1 不同模數所用驗棒直徑一覽表

圖8 卡尺或千分尺測量兩驗棒外側

2）如圖9所示，采用楔形件使齒條中間段墊板側面與齒條溝槽側面緊貼(間隙不得大于0.05 mm)，確保齒條無移動，并擰緊固定螺栓，全部齒條調整完成后將墊板和底板焊接，焊接時做好預熱及保溫工作，焊接后間隙不大于0.4 mm。

圖9 中間段墊板焊接要求

3.2.2 齒輪糾偏

粗排完成后吊裝小車總成至主梁，首先糾正跳齒問題，使兩側齒輪在對應的齒位，否則小車跑偏將非常嚴重，且前后反方向露齒。其次糾正兩側齒輪不同位，即兩邊齒條面錯位，會導致兩側齒輪受力不同或僅一側受力，需在一側兩個軸承座下同時（單個將導致齒輪垂直度改變）增加墊片，即以齒輪錯位來適應齒條錯位，且兩側齒輪仍跟車輪均平行，最后以側隙、嚙合情況來確定齒輪軸承座的墊片數量。

3.2.3 齒條精排

在小車車輪糾偏完成，無跳齒、不明顯跑偏和不露齒的情況下進行精排，其次調整好齒輪垂直度后（齒輪垂直度可通過調整單個軸承座），小車額定載荷反復運行，測量齒條的橫向水平狀態，記錄偏差并調整高度（齒條的高度調整可定制不銹鋼墊片，見圖10），用塞尺檢查側隙，記錄數據，分析整體數據情況決定調整齒條或是調整齒輪，齒輪降低1 mm，側隙減少1/3 mm，即a×20°齒形角的正弦值，最后用紅丹粉涂滿齒輪，見圖11，檢查齒輪與齒條嚙合面情況。齒側間隙太大將導致小車架停車后晃動厲害，進而影響齒輪齒條壽命，合適的值應為0.3～0.8 mm，且接觸斑點在齒高方向不少于30%，齒寬方向不少小40%，若嚙合不達標，繼續重復上述步驟。滿足要求后，用產品緊固件一一替換工藝緊固件，并完成終擰。

圖10 側齒條調整墊片

圖11 嚙合情況檢驗

4 齒條排裝常見問題及控制方法

4.1 小車跑動過程中露齒情況

齒輪跑出齒條的主要原因為軌距偏差及車輪與齒輪的橫向距離存在問題，需按以下要求進行控制：

1）小車架裝配車間齒輪安裝好后，需測量齒輪到車輪的距離，在調整齒輪垂直度的前提之下，保證齒輪到車輪的距離，若由于鋼結構制作誤差導致距離無法調整，可通過適當調整齒輪保證；

2）粗排工作前需先利用撐桿偏心軸調整龍門架主梁兩端軌距。由于水平輪的存在，2根齒條均以拖鏈側軌道為基準進行排裝，而非單獨的2根軌道為基準，此方法可有效克服軌距產生的影響，從根本解決尺寸跑出齒條的情況。即使在使用過程中由于日照導致主梁旁彎，也能有效地使小車架在左、中、右一定的范圍內移動。

4.2 小車運行過程出現跳動的情況

小車跳動如發生在齒條接頭部位，則首先測量齒條接頭間隙是否偏小，若滿足要求，則排查軌道直線度；若發生在齒條中間部位，則檢查軌道接頭位置是否有下凹或上拱的突變。除以上原因外檢查螺栓是否松動，齒輪、齒條齒面是否清潔等。

5 結語

齒條驅動作為一種優秀的小車運行方式，以安全可靠、穩定性好和施工效率高的優勢在輪胎吊市場中占據重要地位。使用示例項目的齒條制造和排裝控制技術，使齒條排裝精度得到有效的提升，可為相似案例提供借鑒。