船閘反弧門剖分式聯(lián)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(xiàn)，反弧門的動力是依靠液壓油缸。液壓油缸通過剖分式聯(lián)軸器與吊桿組聯(lián)結，吊桿組再通過聯(lián)門軸與反弧門聯(lián)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(lián)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(lián)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(lián)軸器存在一定銹蝕，使得剖分式聯(lián)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(lián)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(lián)軸器拆分工裝結構設計

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

圖1 剖分式聯(lián)軸器三維模型圖

哈弗直徑為422mm，高度為435mm?？紤]在剖分式聯(lián)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(lián)軸器脹開?？稍谌S軟件中設計如圖2所示的剖分式聯(lián)軸器拆分工裝結構形式，剖分式聯(lián)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(lián)軸器拆分工裝三維模型

根據(jù)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(jù)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?shù)淖畹透叨葹?48mm，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(lián)軸器拆分工裝二維裝配圖如圖4所示：

圖4 聯(lián)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(lián)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(lián)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(lián)軸器拆卸工裝有限元計算模型

采用solid187 單元進行四面體網(wǎng)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(wǎng)格劃分，得到整體有限元模型如圖6所示，其中，單元數(shù)為51885 個，節(jié)點數(shù)為92775 個。

圖6 剖分式聯(lián)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(jié)點上施加16t 水平向右的力；③左側板右端面節(jié)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(lián)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(xiàn)在千斤頂與左側板接觸處，表現(xiàn)為應力集中（即個別節(jié)點受載嚴重，此現(xiàn)象是由于用節(jié)點單元去模擬實體，載荷集中在個別節(jié)點上而產(chǎn)生，實體是連續(xù)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(xiàn)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(lián)軸器拆分工裝最大應力出現(xiàn)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(lián)軸器拆分工裝最大位移出現(xiàn)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(lián)軸器拆分工裝工程應用

將設計出的船閘反弧門剖分式聯(lián)軸器拆分工裝應用于某大型船閘反弧門聯(lián)軸器拆卸，效果良好，僅用了不到半小時就將剖分式聯(lián)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(lián)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(lián)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(lián)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(chǎn)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(lián)軸器拆分工裝，提高了剖分式聯(lián)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。