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舰艇锥形筒体焊接滚轮架改造设计.pdf

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舰艇锥形筒体焊接滚轮架改造设计.pdf

第38卷第2期2009年4月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGVo1.38No.2Apr.2009舰艇锥形筒体焊接滚轮架改造设计魏颖春,刘正林。田相玉武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉430063摘要探讨锥形筒体焊接滚轮架传动不稳定的原因,提出滚轮摆放应符合锥体摩擦传动原理,同时采用有限元方法校核了底支架刚度并对底支架作了相应改造。实践证明该改造方法有效可行,提高了锥形简体焊接滚轮架传动的稳定性和焊接质量。关键词锥形筒体焊接滚轮架传动不稳定有限元中图分类号U672.2文献标志码A锥形简体焊接滚轮架是借助锥形筒体与滚轮之间摩擦力来驱动筒体旋转,完成环缝焊接工作的装置1。某造船厂一台生产能力为80t级的锥形简体焊接滚轮架,在投入生产一段时间后该装置传动不稳定严重影响焊接质量,需要进行分析和改造。目前,圆柱体焊接滚轮架的相关研究有文献Eli可查,至于锥形简体尚无可借鉴资料的。1原因分析锥形筒体焊接滚轮架三维模型见图1。1一底支架2滚轮支座3主动滚轮4一锥形简体5从动滚轮图1锥形简体焊接滚轮架在焊接中,锥形简体转速不稳定,电机负荷变化大,且锥形筒体在运转过程在中伴有轴向移动。我国在1999年修订的焊接滚轮架行业标准JB/T918719990中规定筒体类工件在整个焊接过程中工件轴向窜动量应≤±3mm。若锥形筒收稿日期20080907修回日期20081023作者简介魏颖春1982一,男,硕士生。研究方向推进系统性能优化与仿真。Emailycwei82163.com文章编号I6717953200902004704体轴线位移超出焊接机头纵向调整范围,则须中止焊接,重新调整机头位置。这一过程对焊接效率有很大的影响。从分析来看,影响传动不稳定的因素有很多,但主要因素有滚轮布置方式和底支架刚度。1.1滚轮布置方式按原来的设计要求,底支架上布置两个主动滚轮和两个从动滚轮,滚轮的外轮廓为弧形,滚轮与筒体为点接触,主、从动滚轮轴线与锥形简体轴线在水平面上平行。由于滚轮圆弧与锥形筒体母线为点接触,因此锥形筒体与滚轮之间有一个确定的传动比,使得传动正常。i主1Oili一22式中、∞、。主动滚轮、锥形简体、从动滚轮角速度。随着使用时间的增加,滚轮逐渐产生磨损。磨损导致滚轮与锥形简体的接触状况发生变化,由开始的点接触变为线接触,见图2。1一滚轮2锥形简体图2滚轮与锥形简体线接触俯视图。当滚轮外形磨损成锥体后,锥形筒体与滚轮之间的传动与直齿锥齿轮传动相似。当一对圆锥47第2期船海工程第38卷齿轮传动时,必须使两锥齿轮分度圆锥相切,两锥顶重合_2,这样才能保证正常的传动,即保证锥形简体与滚轮的接触线上任意一点的传动比相等。原设计中滚轮安装时其轴线与锥形筒体轴线平行,与锥形简体锥顶不相交,因此滚轮磨损后无法保证锥形筒体与滚轮接触线上任意一点的传动比相等。图2中CD为滚轮与锥形筒体的接触线,随着磨损的增加,接触线逐渐变长。接触线上各点的传动比与相应的锥形简体和滚轮半径有关一3叫,式中R接触线上J点处的锥形筒体半径r接触线上J点处的滚轮半径。接触线两端点C、D的传动比分别为iC4一rD5从图2中可明显看出RD,所以C点处传动比一定低于D点处传动比,即ic。由此可见,滚轮这种安装方位,违背了锥体摩擦传动原理,出现接触线上任意一点的传动比不相同,接触线上各点传动相互干涉。磨损越严重,接触线越长,这种现象就愈严重,最终导致传动不稳定和瞬间打滑与停滞_3。1.2底支架的刚度底支架承载着锥形筒体和滚轮装置的整个重量,其刚度直接影响到该装置的运转情况。若底支架在运转过程中发生横向和纵向弯曲变形并出现左右摇摆,将严重影响锥形简体焊接滚轮架传动的稳定性。本文采用有限单元法对底支架刚度进行校核。原底支架结构除纵向4根为槽钢外,其余纵、横梁均用钢板,见图3。\\L//\\lII.ll悻i.I图3原底支架结构1.2.1有限单元法数值求解方程为了精确模拟梁弯曲变形和剪切变形,采用48二节点Timoshenbko梁单元,见图4。静图4Timoshenko梁单元模型该梁有两个节点,每个节点有两个自由度,即垂向位移和转角,则节点位移向量u。、节点力向量,e和单元刚度矩阵分别为ll一L_j6f一NNfMJ7一12E,1l。6EI111l。11l。116E1l1l。6E1通过单元离散,可得到有限元求解方程旷一广9式中,节点i,J处转角M、M节点i,J处弯矩砒、节点i,处垂向位移N、N节点i,.处支承力Z单元长度卜材料弹性模量J截面惯性矩材料剪切模量剪切变形影响数,J8一。其中A、志截面面积及剪切应力分布不均匀数。1.2.2有限元ANSYS计算根据上述有限元求解方程,采用有限元软件ANSYS对底支架刚度进行分析。根据底支架的实际情况,用beam189单元、通过设置相应的section来模拟中间起连接作用的槽钢四周的槽钢用shell63单元,通过设置相应的实常数来模拟其他部分建立实体,用s9lid45来划分。单元大小为0.051TI,单元数为107569,节点数为196755,见图5。一一一一一一一一舰艇锥形简体焊接滚轮架改造设计魏颖春,刘正林,田相玉图5底支架有限元模型1.2.3底支架有限元计算结果按照实际受力状况对有限元模型进行边界条件约束和载荷施加,得到如下结果底支架纵向最大弯曲变形为13.38mm,横向最大弯曲变形为13.85mm,底支架最大综合变形值为16.1Omm,超过许用值范围。由此可见原底支架,局部刚度不足,变形过大,导致锥形筒体焊接滚轮架传动不稳定。2解决方案2.1改进滚轮与简体接触方式和滚轮布置方式为了保证滚轮与锥形筒体的正常传动,作如下调整1滚轮与筒体接触方式由原来的点接触改为线接触。2将滚轮改为八字形布置方式,使得主、从动滚轮的轴线和母线的延长线均与锥形简体锥顶相交,见图6。_/1一锥形筒体2主动滚轮3从动滚轮4一锥顶图6滚轮布置平面图通过以上改进能使主动滚轮与简体的接触线上任意一点的传动比相同,从动滚轮与锥形筒体的传动比也一样,保证了锥形简体转动的平稳性。2.2底支架改造原底支架结构不合理,需重新设计。新设计底支架采用三纵两横的主结构形式,其三维模型见图7。图7新底支架三维图3根纵梁和两根横梁全部采用工字梁结构,并且采用肘板进行加强。.在横向空档位置采用3根槽钢进行局部加强,在两根横梁主结构下,相当于又增加了3根辅助横梁。新设计的底支架抗弯模量大大加强,因此刚度得到提高,有限元计算结果见表1。表1新、旧底支架有限元计算结果比较可见,新底支架刚性好,弯曲变形比原底支架有显著改善。3结论1锥形筒体焊接滚轮架的滚轮布置应符合锥体摩擦传动原理。2改造后的锥形筒体焊接滚轮架传动比较平稳,大大提高了焊接质量。参考文献I陈利.智能防轴向窜动滚轮架系统的研究与开发D.兰州兰州理工大学,2007.E21朱孝录.齿轮传动设计手册EM.北京化学工业出版社,2005.3陈艳锋,吴新跃,宋继忠.某船用齿轮振动分析J.船海工程,2008,373}68704王勖成.有限单元法M.北京清华大学出版社,2003.下转第50页49第38卷第2期2009年4月船海工程SHIPOCEANENGINEERINGVo1.38No.2Apr.2009带胀套的鼓形齿式联轴器的设计和应用朱厚玲,单毅1.武汉船用机械有限责任公司,武汉4300842.长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,武汉430022摘要为解决升船机同步轴系统中安装封闭点鼓形齿联轴器的联接错位问题,设计了一种带胀套的鼓形齿式联轴器,利用Z5型胀紧联接套的无键联接替代鼓形齿式联轴器的定位键联接,实现了封闭轴系的联轴器在径向任意位置的准确对位和消除安装预应力的目的。关键词胀紧联接套鼓形齿式联轴器径向位置调整安装预应力中图分类号U664.21文献标志码A文章编号167179532009020050031问题的提出目前已投入制造及安装的升船机很多采用钢丝绳卷扬垂直提升型式,其主体设备由提升主机、承船厢、平衡重系统及其他辅助设备组成,提升主机由对称分布在4个吊点的4套卷扬提升机构通过多段机械同步轴和联接器联接,形成封闭的矩形框同步轴系统。根据升船机运行要求,同步轴系统需工作可靠、在安装及使用中具备少量补偿两轴偏移的性能,同步轴间卷扬提升机构通常采用鼓形齿式联轴器。图1为同步轴系统示意图。收稿日期20081028修回日期20081110作者简介朱厚玲1972一,女,学士,高级工程师。研究方向航道工程升船机。Emailglb_wmmp163.corn图1I司步轴系统示意图因4套卷扬提升机构传动系统存在间隙,而同步轴系统为刚性封闭系统,采用鼓形齿式联轴器时,在各同步轴及联轴器安装到对最后封闭点的一套联轴器的两半联轴器进行联接过程中,可能出现两种状况①由于联轴器采用平键联接,两端的半联轴器联接螺栓孔及鼓形齿联轴器鼓形齿不能准确对位,从而使得螺栓不能安装,鼓形齿不能啮合②如强行将其封闭,同步轴系统存在很大的安装预应力,而这是安装中所不允许的。上接第49页TheImprovementalDesignforConicalShellofNavalVesselsWeldedTurningRoilsWEIYingchun,LIUZhenglin,TIANXiangyuSchoolofEnergyandPowerEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,ChinaAbstractThereasonsfortransmissioninstabilityaboutconicalshellweldedturningrollswereinvestigated.Theplaceofrollerwheelshouldbeinaccordancewiththetransmissionprincipleofconefriction.AccordingtOthefiniteerementanalysis,thestiffnessofthebracketWaScheckedandsomemodificationsweremadePracticeprovedthatthetransformationmethodiseffectiveandfeasible,whichimprovestheconicalshellweldingwheeldrivestabilityandthequalityofwelding.KeywordsconicalshellweldedturningrollstransmissioninstabilityFEM5O

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