半潛式鉆井平臺(tái)錨纜機(jī)變速箱的檢測(cè)和修理

顧志超

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452)

半潛式鉆井平臺(tái)作業(yè)水深遠(yuǎn)超自升式鉆井平臺(tái)，深海半潛式鉆井平臺(tái)錨纜機(jī)的作業(yè)海況比較惡劣。錨纜機(jī)是保障海上安全作業(yè)的重要設(shè)備，變速箱是錨纜機(jī)的重要部件，通過對(duì)變速箱的結(jié)構(gòu)分析和檢測(cè)，找出故障與技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系，并根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變速箱進(jìn)行修理，從而保障深海半潛式鉆井平臺(tái)的安全作業(yè)。

1 變速箱的結(jié)構(gòu)和工作原理

變速箱結(jié)構(gòu)形式分為:整體式外殼與刨分式外殼，本變速箱屬于刨分式外殼結(jié)構(gòu)，變速箱沿中心線刨分為2部分。變速箱結(jié)構(gòu)如圖1所示。變速箱尺寸1.0 m×1.4 m×1.6 m。

圖1 變速箱結(jié)構(gòu)

變速箱工作原理：變速箱的輸入軸由電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，在電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下，輸入軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

輸入軸的齒輪1和軸為一體，也稱齒輪軸，當(dāng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸上的齒輪1與齒輪2嚙合，帶動(dòng)過渡軸旋轉(zhuǎn)，過渡軸上的齒輪3和齒輪4一同旋轉(zhuǎn)。齒輪3與輸出軸上的齒輪5嚙合，齒輪4與輸出軸上的齒輪6嚙合。當(dāng)輸出軸上的離合器撥至高速檔位H時(shí),齒輪5通過離合器帶動(dòng)輸出軸以高速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)離合器撥至中間檔位空擋時(shí)，輸出軸無動(dòng)力輸出；當(dāng)離合器撥至低速檔位L時(shí)，齒輪6通過離合器帶動(dòng)輸出軸以低速旋轉(zhuǎn)。

2 變速箱的檢測(cè)和修理

2.1 變速箱軸承座的測(cè)量

為了保證測(cè)量的精度要求，使用內(nèi)徑百分表測(cè)量變速箱軸承座孔內(nèi)徑。

測(cè)量輸入軸A、B兩端的軸承座孔內(nèi)徑，過渡軸C、D兩端的軸承座孔內(nèi)徑，輸出軸E、F兩端的軸承座孔內(nèi)徑，在每個(gè)軸承座測(cè)量3個(gè)方向的內(nèi)徑，稱為1#、2#和3#，軸承座孔內(nèi)徑測(cè)量數(shù)據(jù)見表1。

表1 軸承座孔內(nèi)徑測(cè)量數(shù)據(jù) mm

我們根據(jù)軸承座與軸承的公差與配合[1]，結(jié)合軸承座的磨損狀況，進(jìn)行變速箱軸承座技術(shù)參數(shù)分析。

表1的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，輸入軸A端和B端,過渡軸C端和D端,輸出軸E端和F端軸承座孔內(nèi)徑偏大，軸承與軸承座的配合間隙偏大，軸承跑外圈，導(dǎo)致軸承座磨損，磨損的軸承座見圖2。

圖2 磨損的軸承座

測(cè)量輸入軸與過渡軸之間的中心距為397.30 mm，過渡軸與輸出軸之間的中心距為520.70 mm。

2.2 變速箱軸承座的修理

通過測(cè)量和分析，軸承與軸承座的配合間隙偏大，軸承跑外圈，導(dǎo)致軸承座磨損，運(yùn)行時(shí)發(fā)生異常振動(dòng)。針對(duì)上述故障，我們決定更換軸承。

每根軸的軸承座孔同心度小于0.03 mm，保證軸的中心距尺寸，各軸的中心線平行度小于0.05 mm。修理后的軸承座見圖3。

圖3 修理后的軸承座

2.3 變速箱軸的測(cè)量

為了保證測(cè)量的精度要求，使用外徑千分尺測(cè)量軸的外徑。

分別測(cè)量輸入軸與A、B兩端，過渡軸與C、D兩端，輸出軸與E、F兩端的軸承內(nèi)圈配合處的軸頸外徑。在每個(gè)軸承內(nèi)圈與軸頸的配合區(qū)域，測(cè)量3個(gè)方向的軸頸外徑:4#、5#和6#，軸頸外徑測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。

表2 軸頸外徑測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表2的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，輸入軸A端、過渡軸D端和輸出軸F端軸頸外徑偏小，軸頸磨損，跑內(nèi)圈。輸入軸B端、過渡軸C端和輸出軸E端軸頸狀態(tài)良好。

2.4 變速箱軸的修理

軸的直線度小于0.03 mm/m ，軸的徑向跳動(dòng)小于0.03 mm，表面粗糙度Ra≤1.6 μm。

2.5 齒輪點(diǎn)蝕的檢測(cè)和修理

測(cè)量齒輪齒面的點(diǎn)蝕面積，計(jì)算點(diǎn)蝕面積與輪齒工作齒面面積的比率，并與JB/T 5664-2007《重載齒輪 失效判據(jù)》[3]的第Ⅲ類設(shè)備，高安全要求設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)蝕比率α比較，齒輪點(diǎn)蝕比率檢測(cè)表見表3。

表3 齒輪點(diǎn)蝕比率檢測(cè)表

表3顯示，齒輪1、齒輪2、齒輪3、齒輪5和齒輪6的點(diǎn)蝕比率符合不應(yīng)超過50%的標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)結(jié)果合格。齒輪4的點(diǎn)蝕比率超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，還應(yīng)檢測(cè)20%以上點(diǎn)蝕的坑最大尺寸與模數(shù)的比值β、最大深度與模數(shù)的比值γ。

S/m=β，

(1)

式中，S為20%以上點(diǎn)蝕的坑最大尺寸， mm；m為齒輪的模數(shù)，m=10 mm；對(duì)于第Ⅲ類設(shè)備，β=20%。

由式(1)得：S=βm=20%×10 mm=2.0 mm。

L/m=γ，

(2)

式中，L為20%以上點(diǎn)蝕的坑最大深度， mm；對(duì)于第Ⅲ類設(shè)備(運(yùn)行速度<10 m/s),γ=15%。

由式(2)得：L=γm=15%×10 mm=1.5 mm。

經(jīng)檢測(cè)，齒輪4的齒面20%以上點(diǎn)蝕坑的最大尺寸≥2.0 mm；且20%以上點(diǎn)蝕坑的最大深度≥1.5 mm；因此，該齒輪被判為失效。齒輪4點(diǎn)蝕狀況見圖4。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，更換齒輪4備件，解決了齒輪點(diǎn)蝕超標(biāo)問題。

圖4 齒輪4點(diǎn)蝕狀況

2.6 齒輪副齒側(cè)間隙的新安裝標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

根據(jù)CB/T 3688-1995《船用起錨機(jī)和起錨絞盤修理技術(shù)要求》[4](以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)要求”)，齒輪副齒側(cè)間隙的新安裝標(biāo)準(zhǔn)值由下式計(jì)算：

(3)

式中，C為齒輪副齒側(cè)間隙，μm；A為齒輪副中心距， mm。

齒輪1和齒輪2的中心距為397.30 mm，齒側(cè)間隙約0.24 mm。齒輪3和齒輪5、齒輪4和齒輪6的中心距為520.70 mm，齒側(cè)間隙約0.27 mm。

上述齒輪副齒側(cè)間隙的新安裝標(biāo)準(zhǔn)值是指齒輪箱滿足以下技術(shù)要求時(shí)的齒側(cè)間隙：新齒輪副、新軸承、軸承座和軸承為標(biāo)準(zhǔn)公差配合，軸和軸承為標(biāo)準(zhǔn)公差配合，全部零件的形位公差符合標(biāo)準(zhǔn)公差的要求。

2.7 需修理的齒輪副齒側(cè)間隙標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

根據(jù)“技術(shù)要求”，齒輪副齒側(cè)間隙超過最大安裝間隙的2倍時(shí)，應(yīng)予修理。

齒輪1和齒輪2的齒側(cè)安裝間隙為0.24 mm，2倍安裝間隙為0.48 mm。

齒輪3和齒輪5、齒輪4和齒輪6的齒側(cè)安裝間隙為0.27 mm，2倍安裝間隙為0.54 mm。

2.8 齒輪副齒側(cè)間隙的檢測(cè)和修理

對(duì)變速箱內(nèi)的齒輪副采用壓鉛法測(cè)量齒側(cè)間隙，分別為齒輪1和齒輪2、齒輪3和齒輪5、齒輪4和齒輪6的齒側(cè)間隙，齒側(cè)間隙的檢測(cè)數(shù)據(jù)見表4。

表4 齒側(cè)間隙檢測(cè)數(shù)據(jù)

為了使齒輪副的齒側(cè)間隙符合標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)變速箱進(jìn)行修理。影響齒輪副的齒側(cè)間隙的因素較多，其中主要包括齒輪的磨損和點(diǎn)蝕，齒輪副的中心距，軸承和軸承座的配合公差，軸的形位公差，軸和軸承的配合公差等。

關(guān)于齒輪的磨損和點(diǎn)蝕，根據(jù)“技術(shù)要求”，在齒輪節(jié)圓上檢測(cè)齒厚，最大允許磨損為原齒厚的10%，經(jīng)對(duì)齒輪節(jié)圓上齒厚的檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)齒厚的磨損超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。關(guān)于齒輪的點(diǎn)蝕，齒輪4的點(diǎn)蝕超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，更換齒輪4備件，不僅解決了齒輪點(diǎn)蝕超標(biāo)問題，還可改善齒輪副齒側(cè)間隙。

關(guān)于齒輪副的中心距、軸承和軸承座的配合公差，通過對(duì)軸承座的修理，保障軸承和軸承座的配合公差，控制齒輪副的中心距，從而控制齒輪副的齒側(cè)間隙。

關(guān)于軸的形位公差、軸和軸承的配合公差，通過對(duì)變速箱軸的修理，保障了軸的形位公差、軸和軸承的配合公差，并且保障了齒輪副的齒側(cè)間隙的穩(wěn)定和可靠性。

經(jīng)過對(duì)齒輪副齒側(cè)間隙的檢測(cè)和修理，使齒側(cè)間隙符合標(biāo)準(zhǔn)要求，檢修結(jié)果合格。

3 變速箱的裝配和試運(yùn)行

根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收修理的零件，保障零件的技術(shù)參數(shù)符合規(guī)范要求。齒輪涂丹油檢測(cè)嚙合狀況見圖5，若丹油在齒面分布均勻，則齒輪嚙合狀況良好。

由圖5知，齒輪嚙合狀況良好。將兩半變速箱恢復(fù)裝配，螺栓緊固轉(zhuǎn)矩880 N·m，變速箱內(nèi)注潤滑油。變速箱安裝至原位，電動(dòng)機(jī)安裝找正。經(jīng)空載運(yùn)行、功能測(cè)試和負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行正常，解決了變速箱運(yùn)行時(shí)發(fā)生異常振動(dòng)的故障，滿足了平臺(tái)安全作業(yè)要求。

圖5 齒輪涂丹油檢測(cè)嚙合狀況

4 結(jié)束語

通過對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)錨纜機(jī)變速箱的檢測(cè)，根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完成了變速箱的修理，解決了變速箱的故障問題，攻克了進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口設(shè)備的自主修理。在設(shè)備修理標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程中，邁出了關(guān)鍵的一步，為深海半潛式鉆井平臺(tái)錨纜機(jī)變速箱的檢測(cè)和修理創(chuàng)建了一個(gè)成功范例。