大型电动闸门传动螺母冷冻装配工艺探讨.pdf

科学技术创新 2023.24大型电动闸门传动螺母冷冻装配工艺探讨杨龙（上海城投污水处理有限公司，上海）引言华东地区某污水公司下属污水处理厂顶管工作井控制闸门选用的是双螺杆传动电动闸门，在正常运行过程中，发生了闸板坠落事故。经过拆检发现，闸门传动螺母螺纹损坏严重，内螺纹全部断裂，出现了滑牙现象，需进行更换。为了保证更换质量和装配间隙的要求，我们提出并制定了一套比较完善的工艺方案。1装配方法的选择1.1工件的基本参数传动螺母套筒材料为：不锈钢，长度 120 mm；传动铜螺母材料为：9-4 铝铁青铜，尺寸为：外径 100mm，长度 120 mm，如图 1。1.2配合间隙的确定经过计算，电动执行机构的转矩传递到传动螺母上的转矩为 5 000 N.m2。要保证其传递转矩，传动螺母与套筒配合的最小过盈量为+0.10 mm，最大有效过盈量为+0.15 mm，见表 1 表 5 计算过程。表 1已知条件1.3装配方法的确定根据表 1 表 5 计算结果，我们选取的配合公差3为：+0.10+0.15 mm，用压入装配法无法实现，故决定采用冷冻装配法进行装配。摘要：本文主要针对采用螺杆传动的大型电动闸门，在传动螺母出现严重磨损、发生滑牙的情况后，为了更好地进行更换，保证传递转矩对装配间隙的技术要求，我们经过深入地分析和研究，从而制定的一套比较完善的工艺方案，为闸门安全、可靠地运行提供技术支撑。关键词：闸门；传动螺母；冷冻装配中图分类号院TH13文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤24-0186-04作者简介：杨龙（1984-），男，本科，中级工程师，研究方向：设备机械故障的排除和技改。名名 称称 符号符号 数数 值值 单单 位位 传递转矩 M 5 000 000 Nmm 承受轴向力 Fx 250 000 N 结合直径 d 100 mm 结合长度 L 120 mm 包容件外径 d1 160 mm 被包容件内径 d2 30 mm 包容件表面粗糙度 Ra1 0.001 6 mm 被包容件表面粗糙度 Ra2 0.001 6 mm 包容件的屈服点 s1 200 MPa 被包容件的屈服点 s2 300 MPa 包容件的弹性摸量 E1 190 000 N/mm2 被包容件的弹性摸量 E2 105 000 N/mm2 包容件的泊松比 1 0.305 被包容件的泊松比 2 0.3 摩擦系数 0.18 传动铜螺母传动螺母钢套图 1传动螺母与套筒示意图186-2023.24 科学技术创新表 5校核计算 计算内容计算内容 符号符号 数数 值值 单单 位位 传递力 Ft 269 258.240 4 N 传递载荷所需的最小结合压力 pmin 39.679 425 85 N/mm2 包容件直径比 q1 0.625 被包容件直径比 q2 0.3 包容件系数 C1 2.587 051 282 被包容件系数 C2 0.897 802 198 包容件传递载荷所需的最小直径变化量 e1min 0.054 027 742 mm 被包容件传递载荷所需的最小直径变化量 e2min 0.033 927 882 mm 传递载荷所需的最小有效过盈量 emin 0.087 955 624 mm 考虑压平量所容许的最小过盈量(min 0.098 195 624 mm 2冷冻装配工艺要求2.1冷装温度的计算实施冷装工艺时，应根据配合件间的配合公差、过盈量、表面粗糙度以及工件的形状、规格、位置关系来选择冷装温度和实施方案，上述因素中过盈量是选择其冷装温度的关键因素1。冷装温度计算经验公式：T=2/(d)T0(1)式中：T冷却温度，；配合时最大过盈，mm；d配合直径，mm；T0环境温度，；冷装件材料的线膨胀系数，1/；常用材料线膨胀系数，钢为：0.000 008 5，铸铁为：0.000 008，青铜为：0.000 015，黄铜为：0.000016。根据式(1)，已知，材料为铝铁青铜，配合时最大过盈 为 0.15 mm；配合直径 d 为 100 mm；冷装件材料的线膨胀系数 为 0.000 015/。可知，其冷却温度 T=-2/(d)+T0=-20.15/(0.000 015100)+(10)=-190。2.2冷却所需时间的计算零件的壁厚、长度、直径、材质的物理机械性能等因素都影响所需冷却时间,实行冷装工艺必须综合考虑这些因素1。冷却时间经验计算公式：t=+6(2)式中：t冷却时间,min；零件最大壁厚,mm；冷却综合系数,min/mm；综合系数 经验值见表 6。表 6综合系数 值根据式(2)可知，材料为铝铁青铜，冷却剂为液态表 2最小过盈量 计算内容计算内容 符符 号号 数数 值值 单单 位位 包容件系数 a 0.343 202 965 包容件不产生塑性变形所容许的 最大结合压力 p1max 68.640 593 06 N/mm2 被包容件系数 c 0.455 被包容件不产生塑性变形所容许的 最大结合压力 p2max 136.5 N/mm2 联结件不产生塑性变形的最大结合力 pmax 68.640 593 06 N/mm2 联结件不产生塑性变形的传递力 F 465 784.091 N 包容件不产生塑性变形所容许的 最大直径变化量 e1max 0.093 461 439 mm 被包容件不产生塑性变形所容许的 最大直径变化量 e2max 0.058 691 119 mm 联结件不产生塑性变形所容许的 最大有效过盈量 max 0.152 152 558 mm 表 3最大过盈量 计算内容计算内容 符符 号号 数数 值值 单单 位位 选择配合后的最小过盈量 min 0.1 mm 选择配合后的最大有效过盈量 max 0.15 mm 传递载荷的最小结合力 pmin 40.493 434 33 N/mm2 最小传递力 Ftmin 274.781 971 7 kN 传递载荷的最大结合力 pmax 67.669 509 24 N/mm2 包容件的最大应力 1max 197.170 526 1 N/mm2 被包容件的最大应力 2max 148.724 196 1 N/mm2 判定结果 合格 表 4选择配合 计算内容计算内容 符符 号号 数数 值值 单单 位位 包容件的外径扩大量的最小值 d1min 0.043 717 608 mm 包容件的外径扩大量的最大值 d1max 0.073 057 5 mm 被包容件的内径缩小量的最小值 d2min 0.025 427 588 mm 被包容件的内径缩小量的最大值 d2max 0.042 492 627 mm 实现纵向过盈联结的最大压入力 Pxi 459.194 471 5 kN 解脱纵向过盈联结的最大压出力 Pxe 688.791 707 3 kN 材材 质质 冷却剂冷却剂 黄铜黄铜 青铜青铜 钢钢 铸铁铸铁 干冰干冰 1.5 1.6 1.9 2.0 液态氮液态氮 0.8 0.9 1.2 1.3 液态氧液态氧 1.0 1.1 1.4 1.5 187-科学技术创新 2023.24氮，零件最大壁厚 为 35 mm，冷却综合系数 为0.9 min/mm。可知，其冷却时间 t=+6=0.935+6=37.5 min冷却时间是零件完全冷冻的时间，实际操作过程中由于零件配合的过盈量和冷却剂的不同，不必要完全冷冻，可能和计算的时间不完全相同，以实际经验为准。2.3冷装介质及要求目前常用的冷却介质有液态氧、液态氮、干冰、冷冻设备，它们的可冷却温度分别为-195、-185、-75和-120。本次冷冻装配温度需-190，故冷却剂选用液态氮。其原因是液态氮容易购买，价格便宜，生产成本低。另外氮气是惰性气体，挥发后没有危险性。干冰挥发后为二氧化碳，也没有任何危害性，但是温度达不到。而使用液态氧存在很大的安全隐患，必须采取防火防爆等安全措施。采用液态氮作冷却剂时，必须采用保温容器，如保温桶等。2.4准备工作（1）钢丝绳、吊环螺钉、木锤等；（2）杜瓦瓶液氮以及用于盛装液氮和工件的容器（保温桶）；（3）防护用具（防护服、防护镜、防护手套、防护鞋等）；（4）包容件（不锈钢套筒）、被包容件（冷冻工件-铜套）。3冷冻装配施工工艺为保证冷装质量，冷却零件前应考虑冷却后迅速装配问题，所以要提前做好起吊、运转及装配的准备工作，见图 2。3.1操作方法及具体施工步骤（1）在待冷却零件（铜螺母）端面 2 只吊环螺钉上悬挂钢丝绳，并由装配工放置于保温桶内，保温桶底部放置两段角钢(为保证冷却介质在零件内、外壁的良好流动性，零件不得与桶壁和桶底直接接触)。起吊钢丝绳不要拆卸，但必须悬挂于保温桶外。（2）由专业施工人员将液氮注入保温桶内，直至淹没工件。（3）保温桶加盖，开始计时，冷却时间为 37.5min 左右。（4）达到冷却时间后，移走保温桶盖子，用工具将起吊钢丝绳拎起。（5）由 2 名穿戴好防护用具的装配作业人员拎起铜螺母，迅速装入提前放置好的包容件（不锈钢套筒孔）内。注意装配的同心性，及时用木锤敲击，纠正装配中产生的歪斜现象，直至装配到位。3.2安全注意事项在操作过程中，必须注意：（1）工作场地要保证清洁、宽敞。（2）保温箱内部要清洁，放置要平稳、可靠。（3）做好劳动防护，穿戴好防护用具，如防护服、防护镜、防护手套等，以免冻伤。（4）施工区域四周 5 m 处须拉红白旗警戒，防止无关人员进入。（5）加入冷却剂初期，会有剧烈沸腾现象，应防止飞溅伤人。（6）冷冻过程中挥发掉的冷却剂要及时补充。（7）施工过程中，严禁徒手接触工件，以免冻伤。施工完工后，必须注意：保温桶需放置在通风比较顺畅的区域，并拉设红白旗设置警戒区，在醒目位图 2装配示意图188-2023.24 科学技术创新置做出警告标识：“液氮危险，严禁手触，小心冻伤”等字样。让其自然挥发，确保安全。4施工人员配置施工人员配置见表7。表 7施工人员配置5结论对于过盈配合的传动铜螺母，采用液氮冷冻进行装配，可以保证材料的机械性能，提高铜螺母的使用寿命，同时提高了设备运行的安全性和可靠性。通过对双螺杆传动的大型电动闸门铜螺母冷冻装配工艺的实施，为设备的维修打开了新的思路，有利于维修经验的归纳和总结，为以后相关维修项目的开展奠定了基础，并提供了有力的技术保障。参考文献1樊兆馥.机械设备安装工程手册M.北京：冶金工业出版社，2004.2成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2007.3方昆凡.公差与配合实用手册M.北京：机械工业出版社，2006.Study on the Freezing AssemblyTechnology of Large-scale Electric GateDrive NutYang Long（Shanghai Chengtou Sewage Treatment Co.,Ltd.,Shanghai,China）Abstract:This paper mainly aims at the large-scale electric gate with screw drive,in order to betterreplace the transmission nut and ensure the technical requirements of the transmission torque to the Assemblyclearance,we have deeply analyzed and studied,thus a set of relatively perfect process plan is formulated toprovide technical support for the safe and reliable operation of the gate.Key words:RSB-gate;drive nut;refrigerated assembly 工工 种种 人人 数数 备备 注注 液氮操作工液氮操作工 1 穿戴防护用具，负责液氮灌注 装配工装配工 2 穿戴防护用具，负责装配作业 安全员安全员 2 负责安全监管 技术员技术员 1 负责现场技术指导 189-