偏心支鉸裝配的誤差分析

江健煒

(中國水利水電夾江水工機(jī)械有限公司，四川夾江，614100)

1 概述

采用偏心鉸結(jié)構(gòu)的弧門可以滿足一些高水頭、大流量的水電站閘門的特別要求，即可以進(jìn)行閘門的動水啟門和局部開啟?？梢詼p少弧形工作閘門的水泄漏，又便于靈活啟閉電站底孔沖砂、泄洪等閘門作業(yè)。

巴基斯坦塔貝拉水電站LLO出口閘門采用了偏心鉸弧形閘門。該弧門的面板尺寸為8670mm×7288mm，弧面面板加工要求控制曲率半徑精度R110000(0～-1)mm，門葉橫向直線度≤2mm，各結(jié)合面平面度≤0.5mm。由于該弧門獨(dú)特的要求，除了對弧門各部件的制造有較高要求外，對偏心支鉸的裝配尤其提出了特殊要求，要求左、右偏心支鉸中心線的同軸度誤差≤0.1mm。因此，在總裝配工序前，對影響左、右偏心支鉸的同軸度誤差的尺寸鏈進(jìn)行分析有著重要的意義。

2 偏心支鉸的組成及主要裝配過程

巴基斯坦塔貝拉水電站LLO出口偏心鉸弧形閘門主要由門葉、支臂、支鉸總成等組成。其中：支鉸總成由拐臂、活動支鉸、固定支鉸、偏心支鉸軸、聯(lián)軸器、滑動軸承和滾動軸承等組成。

支鉸總成主要裝配過程是先將檢查合格后左、右支鉸的零部件清洗準(zhǔn)備，將滑動軸承用液氮冷凍到一定的溫度后裝入到活動支鉸的孔中，到位合格后安裝定位法蘭；將偏心軸用液氮冷凍到一定的溫度后裝入到活動支鉸上滑動軸承的孔中，再將滾動軸承加熱到一定溫度后裝入到支鉸軸的兩側(cè)，并配對裝入聯(lián)軸器半體；在工裝平臺模擬支撐大梁的上平面，建立組裝的平面基準(zhǔn)，吊入配對的單個固定支鉸裝置，通過全站儀觀測，利用工具調(diào)節(jié)支鉸各部，按圖紙及工藝要求調(diào)正上、下底面的平面度、偏心軸同軸度；同時將偏心量調(diào)到最大，用工裝臨時支撐定位，吊入經(jīng)過半精加工的拐臂，按圖紙工藝要求調(diào)節(jié)角度至偏心鉸最大偏心時所需位置，利用工裝螺栓將抗剪套、拐臂與聯(lián)軸器聯(lián)接固定；在工裝輔助下用天車?yán)瓌庸毡圻M(jìn)行支鉸總成的轉(zhuǎn)動試驗(yàn)，待各項(xiàng)檢查合格后進(jìn)行聯(lián)軸器各聯(lián)接螺絲孔的配制，合格后裝入剪力套，安裝產(chǎn)品聯(lián)接螺栓后檢測各尺寸至合格。

3 偏心支鉸裝配的誤差分析

從偏心支鉸生產(chǎn)過程可以知道，組成支鉸總成的各主要零件的徑向尺寸基本不宜修配，且均是單件小批量生產(chǎn)，更無法通過選配來調(diào)節(jié)誤差。其中，支鉸零部件的裝配質(zhì)量主要是依靠各種配合尺寸和標(biāo)準(zhǔn)件來保障的，只要是用合格的零部件進(jìn)行組裝，就能保障達(dá)到圖樣的技術(shù)要求。而支鉸總成裝配的難點(diǎn)是如何使左、右支鉸軸水平軸線的同軸度在圖樣要求的0.1mm內(nèi)，這是保障偏心鉸弧形閘門質(zhì)量的關(guān)鍵尺寸要素。

在左、右支鉸各自裝配成整體后，將其分別吊至專用的裝配工裝平臺上。裝配工裝平臺能夠使用固定支鉸的底面和軸線方向的一個垂直側(cè)面定位。具體操作步驟：先將左支鉸水平定位，其水平軸線與右支鉸水平軸線初步調(diào)節(jié)基本對齊后，固定左支鉸位置并防止移動；再在左支鉸上的聯(lián)軸器左半體上架設(shè)百分表，表頭測量桿檢測右支鉸的聯(lián)軸器右半體外圓或右支鉸軸花鍵端外圓。

調(diào)節(jié)右支鉸的底面高程和一個經(jīng)加工過垂直側(cè)面的前后位置，以便調(diào)節(jié)與左支鉸支鉸軸中心線的同軸度，當(dāng)達(dá)到要求的精度后，在底、側(cè)兩平面上用螺栓單向定位。目的是如果將右支鉸吊離工裝平臺，再裝配聯(lián)軸器右半體，可以方便在原處復(fù)位，這樣可以滿足同軸度要求。

3.1 采用聯(lián)軸器左、右半體外圓找正的裝配方法

按照一般裝配流程，將左、右半體聯(lián)軸器先期安裝在左、右支鉸軸上，再將左、右支鉸整體找正測量。當(dāng)調(diào)整左、右支鉸的距離到280mm時，再將拐臂插入左、右支鉸之間。然后用臨時螺栓連接牢固，將左、右半體聯(lián)軸器和拐臂拆下，依次在機(jī)床上配做剪力套，并連接聯(lián)軸器螺栓。復(fù)位安裝完成其余后續(xù)裝配工序。裝配方法如圖1所示。

1—拐臂，2—左半體，3—右半體，4—活動支鉸，5—自潤滑球面軸承，6—偏心支鉸軸，7—滾動軸承，8—固定支鉸，9—裝配工裝

根據(jù)上述裝配方法，可以得到裝配尺寸鏈，見圖2示意。

圖2 聯(lián)軸器左、右半體外圓找正的裝配尺寸鏈

根據(jù)參考文獻(xiàn)1及圖2尺寸鏈，可以得到左、右支鉸中心同軸度誤差的計(jì)算方法：

T0=T1+T2+T3+T4+T5

(1)

式中：T1——百分表的測量精度，0.01mm；

T2——右半體的內(nèi)花鍵同軸度公差，0.4mm；

T3——右半體的內(nèi)、外花鍵的間隙范圍，根據(jù)文獻(xiàn)2取0.15mm；

T4——右支鉸軸外花鍵的同軸度公差，0.07mm；

T5——右支鉸軸的外圓的同軸度公差，0.07mm。

代入各值，計(jì)算式(1)可得兩支鉸中心的同軸度誤差：T0=0.7mm>0.1mm。

采用該裝配方法無法滿足左、右支鉸中心線的同軸度公差。

3.2 采用聯(lián)軸器右半體外圓和右支鉸軸外圓找正的裝配方法

將左半體聯(lián)軸器先期安裝在左支鉸上，再通過右支鉸花鍵軸端整體找正測量。確定右支鉸的定位面位置后，安裝右半體聯(lián)軸器。再調(diào)整左、右支鉸的距離到280mm，將拐臂插入左、右支鉸之間。然后用臨時螺栓連接牢固，將左、右半體聯(lián)軸器和拐臂拆下，依次在機(jī)床上配做剪力套，并連接聯(lián)軸器螺栓。復(fù)位安裝完成其余后續(xù)裝配工序。裝配方法如圖3所示。

1—拐臂，2—左半體，3—右半體，4—活動支鉸，5—自潤滑球面軸承，6—偏心支鉸軸，7—滾動軸承，8—固定支鉸，9—裝配工裝

根據(jù)上述裝配方法，可以得到裝配尺寸鏈，見圖4示意。

圖4 聯(lián)軸器右半體外圓和右支鉸軸外圓找正的裝配尺寸鏈

根據(jù)參考文獻(xiàn)1及圖4尺寸鏈，可以得到左、右支鉸中心公差的計(jì)算方法：

T0=T1+T2

(2)

式中：T1——百分表的測量精度，0.01mm；

T2——支鉸軸的外圓的同軸度公差，0.07mm。

計(jì)算式(2)可得兩件支鉸中心的誤差：T0=0.08mm<0.1mm。

采用該裝配方法滿足左、右支鉸中心的同軸度公差。

4 結(jié)語

綜上所述，在偏心鉸弧形閘門支鉸總成的裝配中，兩軸線同軸度誤差直接與裝配方法有關(guān)。如果采用不同的裝配方法，就有不同的檢測方法和不同的檢測數(shù)據(jù)，而最終獲得的軸線裝配誤差亦不同。

通過前述裝配尺寸鏈的分析和簡單計(jì)算，可以選擇較為合理的裝配方法，對偏心鉸弧形閘門的支鉸總成進(jìn)行廠內(nèi)裝配。在實(shí)際裝配過程中，我們采取了后一種裝配方法和相應(yīng)的工藝技術(shù)措施，從而順利完成了巴基斯坦塔貝拉水電站LLO出口偏心鉸弧形閘門支鉸總成的總裝配。經(jīng)過嚴(yán)格的現(xiàn)場檢驗(yàn)以及工地的安裝檢驗(yàn)，完全滿足閘門的設(shè)計(jì)要求。