壓力容器提升裝置的功能設(shè)計(jì)

朱輝

摘 要：從設(shè)備要完成的功能指標(biāo)出發(fā)，參照同類設(shè)備的相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合與該功能有關(guān)的系統(tǒng)輸入，進(jìn)行理論計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過功能實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)，得到設(shè)計(jì)的提升裝置能夠滿足設(shè)備使用要求的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆；壓力容器；提升裝置

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）26-0093-02

機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)都要根據(jù)要完成的功能指標(biāo)進(jìn)行，在某反應(yīng)堆壓力容器的底部，有一些提升重物需要經(jīng)過提升裝置的作用，實(shí)現(xiàn)高度上的提升。為了配合設(shè)備其他功能，對(duì)提升行程和提升時(shí)間都有相關(guān)的指標(biāo)要求。提升裝置的功能設(shè)計(jì)，就是依據(jù)功能指標(biāo)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 提升裝置的功能描述

提升裝置安裝在反應(yīng)堆壓力容器的上部法蘭面，初步設(shè)計(jì)的提升裝置主要由提升電機(jī)及中間傳動(dòng)鏈組成。傳動(dòng)鏈的末端通過連接桿與容器底部的承重平板相連，而提升重物又固定安裝在承重平板上。提升裝置的相關(guān)接口及功能如圖1所示。

提升裝置的功能目標(biāo)就是通過電機(jī)的帶動(dòng)作用，經(jīng)過中間傳動(dòng)鏈的傳遞，將位于反應(yīng)堆容器底部的提升重物勻速提升一定高度H，為該設(shè)備完成其他功能的操作提供前提條件。

2 提升功能指標(biāo)

根據(jù)設(shè)備整體要實(shí)現(xiàn)的各功能要求，確定提升裝置提升功能主要指標(biāo)如下：（1）提升行程為H；（2）提升時(shí)間為T。根據(jù)確定的功能指標(biāo)進(jìn)行電機(jī)選型、傳動(dòng)鏈零件設(shè)計(jì)[1]，設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行必要的分析、計(jì)算，以判斷各零部件在滿足自身結(jié)構(gòu)完整性的前提下，能否實(shí)現(xiàn)上述指標(biāo)，為設(shè)備的整體功能服務(wù)。

3 相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了完成提升功能，從下部提升重物至上部傳動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)提升線上的零部件之間應(yīng)能實(shí)現(xiàn)可靠連接、有效傳動(dòng)。提升線上的主要零部件包括：提升重物、承重平板、連接桿、傳動(dòng)鏈齒輪齒條等零件，相鄰零件之間的接口設(shè)計(jì)均考慮了可靠連接的要求，部分相鄰接口設(shè)計(jì)介紹如下。

3.1 提升重物與承重平板的連接

為了實(shí)現(xiàn)提升功能，首先需要將提升重物固定安裝在承重平板上。承重平板的開孔設(shè)計(jì)成“卡槽式”（見圖2）形式，可以實(shí)現(xiàn)提升重物的快速裝配、連接。

提升重物插入承重平板后，提升重物支承面與承重平板的上端面接觸，此時(shí)提升重物不能繼續(xù)下插。將提升重物旋轉(zhuǎn)一定角度后，提升重物上的導(dǎo)向套筒隨定位鍵向下滑落，定位鍵插入承重平板開孔的鍵槽內(nèi)，此時(shí)提升重物呈“鎖緊”狀態(tài)，上下方向的位移被限制，同時(shí)不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.2 連接桿分段之間的連接

連接桿設(shè)計(jì)為分段結(jié)構(gòu)，一端設(shè)計(jì)為外螺紋，一端為內(nèi)螺紋，螺紋的規(guī)格根據(jù)軸向所受載荷進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算[2]，相鄰連接桿裝配時(shí)采用定距套、防轉(zhuǎn)銷。由于裝配后需要對(duì)承重平板的水平度進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此連接桿的連接長(zhǎng)度需要微調(diào)，定距套的寬度尺寸是現(xiàn)場(chǎng)配作，用于調(diào)節(jié)連接桿在軸向方向的總長(zhǎng)度，以便連接桿末端與承重平板順利實(shí)現(xiàn)螺紋連接。為了減小整個(gè)連接桿組件在徑向方向的偏差，設(shè)計(jì)孔軸配合的結(jié)構(gòu)來(lái)起到限位的作用。在連接桿軸向方向的總長(zhǎng)度確定后，在相鄰連接桿螺紋連接位置配作銷孔，裝防轉(zhuǎn)銷，相鄰連接的連接桿實(shí)現(xiàn)有效連接，同時(shí)不會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)（見圖3）。

3.3 末級(jí)齒輪與連接桿的連接

傳動(dòng)鏈系統(tǒng)升降齒條的升降運(yùn)動(dòng)是通過提升裝置末級(jí)齒輪的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，升降齒條的末端與連接桿通過螺紋連接（見圖4）。當(dāng)末級(jí)齒輪的驅(qū)動(dòng)力大于附加在升降齒條上的阻力，齒條能夠發(fā)生上下移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，可以帶動(dòng)齒條向下運(yùn)動(dòng)，反之，可以帶動(dòng)齒條向上運(yùn)動(dòng)。為了保證提升齒條穩(wěn)步提升，設(shè)置側(cè)邊支承輪結(jié)構(gòu)，齒條在運(yùn)動(dòng)過程中可以保持良好的對(duì)中性。

傳動(dòng)鏈系統(tǒng)其他各零件連接方式為：齒輪-齒輪，齒輪-傳動(dòng)軸，渦輪-蝸桿。齒輪與傳動(dòng)軸如果是對(duì)接，中間采用齒式聯(lián)軸器作為連接件，如果齒輪套接在傳動(dòng)軸上，采用花鍵的結(jié)構(gòu)形式[3]，保證齒輪與傳動(dòng)軸的固定連接。

4 功能實(shí)現(xiàn)及評(píng)價(jià)

提升運(yùn)動(dòng)功能是提升重物在提升裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的作用下，隨承重平板、連接桿一起實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，提升功能的實(shí)現(xiàn)就是對(duì)功能指標(biāo)的匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)提升功能各個(gè)指標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)了整個(gè)提升運(yùn)動(dòng)功能。

4.1 “提升行程為H”的實(shí)現(xiàn)

提升裝置首先具備基本的驅(qū)動(dòng)力，即在提升的負(fù)載確定后，傳動(dòng)系統(tǒng)首先能夠讓提升重物“動(dòng)起來(lái)”。提升負(fù)載、沖擊載荷后，進(jìn)行傳動(dòng)鏈零件設(shè)計(jì)，保證傳動(dòng)鏈上的各零件在滿足強(qiáng)度的要求下，具備足夠的提升能力。通過計(jì)算，選定的提升電機(jī)的額定功率大于負(fù)載（提升重物）所需的電機(jī)功率，所以當(dāng)提升裝置的電機(jī)工作時(shí)，經(jīng)過傳動(dòng)鏈上各齒輪的傳遞作用，能夠帶動(dòng)承重平板和提升重物一起實(shí)現(xiàn)提升。當(dāng)提升目標(biāo)部件升高H行程后，電機(jī)停止工作，提升行程指標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

4.2 “提升時(shí)間為T”的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)提升裝置傳動(dòng)原理，進(jìn)行傳動(dòng)鏈詳細(xì)設(shè)計(jì)，確定每級(jí)各個(gè)齒輪的參數(shù)[1]，能夠?qū)崿F(xiàn)提升電機(jī)工作在一定轉(zhuǎn)速時(shí)，經(jīng)過傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈作用，提升重物升高H距離所需的時(shí)間為T，能夠?qū)崿F(xiàn)提升時(shí)間的指標(biāo)要求。

經(jīng)過提升裝置相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)鏈計(jì)算與設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)的提升裝置能夠?qū)崿F(xiàn)提升行程和提升時(shí)間的功能指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)是合理可行的。

參考文獻(xiàn)：

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[3]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1997，7.endprint