船閘反弧門剖分式聯軸器拆分工裝設計及分析

馬武杰，黃文全，肖華超，龍宇恒

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002）

大型高水頭船閘閘室充泄水是通過閘室兩側輸水廊道完成的，而輸水廊道的開關控制主要由兩側的反弧門來實現，反弧門的動力是依靠液壓油缸。液壓油缸通過剖分式聯軸器與吊桿組聯結，吊桿組再通過聯門軸與反弧門聯結[1]-[2]。

在反弧門油缸檢修前，需將油缸與吊桿組之間的剖分式聯軸器進行拆除，使油缸與下面的吊桿組分離。由于反弧門運行頻繁，剖分式聯軸器承受較大的交變應力，加之油缸檢修周期較長，剖分式聯軸器存在一定銹蝕，使得剖分式聯軸器的兩部分拆分較為困難。此外，施工平臺處空間較為狹小，更給施工帶來了困難。本文設計的反弧門聯軸器拆分工裝能較好的解決目前存在的拆卸問題。

1 反弧門剖分式聯軸器拆分工裝結構設計

通過對剖分式聯軸器現場尺寸的測量，建立了如圖1所示的剖分式聯軸器三維模型圖。

圖1 剖分式聯軸器三維模型圖

哈弗直徑為422mm，高度為435mm。考慮在剖分式聯軸器的兩側各開一個40mm×40mm×5mm 的槽，通過16t 千斤頂和楔塊將剖分式聯軸器脹開。可在三維軟件中設計如圖2所示的剖分式聯軸器拆分工裝結構形式，剖分式聯軸器拆分工裝由左、中、右三塊焊接板，2 個楔塊、1 個16t 千斤頂、4 根螺桿及配套螺母組成。

圖2 剖分式聯軸器拆分工裝三維模型

根據哈弗直徑設計螺桿前后間距為480mm；左側板、中間板、右側板的寬度一致，為：480+30+2×40=590mm。

左側板和右側板均由一塊寬度為20mm 的板、一塊寬度為16mm 的板和八塊寬度為30mm 的筋板組成，總厚度為66mm。哈弗高度為435mm，可將左側板、中間板、右側板的高度設計為300mm。根據哈弗開槽尺寸，初步設計楔塊的尺寸如圖3所示：

圖3 楔塊尺寸示意圖

16t 機械千斤頂的最低高度為348mm，最大起升高度為180mm。螺桿長度L>(左板厚+楔塊寬)+哈弗直徑+（楔塊寬+中間板厚）+頂高+頂全行程+右側板厚=（66+70）+422+（70+20）+348+180+66=1242mm，故可取L=1400mm。剖分式聯軸器拆分工裝二維裝配圖如圖4所示：

圖4 聯軸器拆分工裝裝配圖

圖中1 為左側焊接板，2 為中間焊接板，3 為右側焊接板，4 為楔塊，5 為螺桿，6 為螺母。

2 剖分式聯軸器拆卸工裝有限元強度分析

2.1 模型建立及前處理

對于剖分式聯軸器拆卸工裝，在三維軟件UG 中建立其模型，并將其導入有限元分析軟件ANSYS 中[3]。得到如圖5所示的ANSYS 計算模型：

圖5 剖分式聯軸器拆卸工裝有限元計算模型

采用solid187 單元進行四面體網格劃分，工裝材料選用Q235 號鋼材，Q235 號鋼材料特性參照GB/T 700-2006 如表1所示：

表1 Q235 鋼的力學性能

在ANSYS 軟件中將工裝各部分glue，隨后再對工裝進行網格劃分，得到整體有限元模型如圖6所示，其中，單元數為51885 個，節點數為92775 個。

圖6 剖分式聯軸器拆卸工裝有限元計算模型

2.2 工裝有限元分析邊界條件

實際工作過程中，將16t 千斤頂放在右側板上給中間板16t 水平向左的力。故可等效施加如下邊界條件：①工裝所有體進行glue；②在中間板與千斤頂接觸部分節點上施加16t 水平向右的力；③左側板右端面節點上施加全約束。圖7給出了工裝工作時施加的邊界條件：

圖7 工裝工作時邊界條件

2.3 剖分式聯軸器拆卸工裝有限元結果分析

圖8給出了工裝的整體等效應力云圖，圖9給出了整體綜合位移云圖。由圖可知，整體等效應力的最大值為446MPa，出現在千斤頂與左側板接觸處，表現為應力集中（即個別節點受載嚴重，此現象是由于用節點單元去模擬實體，載荷集中在個別節點上而產生，實體是連續的，力是均勻過渡的，不會集中在個別點上，故可忽略），其他地方的最大應力在170MPa 左右；整體綜合位移最大值為1.074mm，出現在絲桿端部。

圖8 工裝整體等效應力分布圖

圖9 工裝整體綜合位移云圖

以上分析可知，剖分式聯軸器拆分工裝最大應力出現在左側板與楔塊接觸的位置，其值在175MPa 左右，小于所選材料Q235 的屈服應力235MPa。剖分式聯軸器拆分工裝最大位移出現在螺桿端部位置，其值為1.074mm，螺桿長度為1400mm，變形度為0.077%，為彈性變形。

3 剖分式聯軸器拆分工裝工程應用

將設計出的船閘反弧門剖分式聯軸器拆分工裝應用于某大型船閘反弧門聯軸器拆卸，效果良好，僅用了不到半小時就將剖分式聯軸器拆開，安全性和時效性均得到提高。

4 結論

通過對船閘反弧門剖分式聯軸器拆分工裝設計研究、強度校核及實際應用，可以得到如下結論：

（1）綜合考慮反弧門檢修場地尺寸、剖分式聯軸器尺寸及千斤頂實際尺寸設計了滿足實際需要的剖分式聯軸器拆分工裝。

（2）采用有限元軟件ANSYS 對工裝強度進行仿真分析，其結果顯示，工裝的強度滿足使用條件，工裝產生的變形為彈性變形。

（3）實際應用了所設計校核的剖分式聯軸器拆分工裝，提高了剖分式聯軸器拆分效率并保障了施工安全，滿足了船閘檢修實際需求。