“雪龙”号主机飞轮现场更换齿轮

“雪龙”号主机飞轮为铸铁材质,由于长期与铸钢材料的盘车机齿轮啮合磨损,而且,该盘车系统的齿轮模式设计过大,齿轮啮合力过大,造成几乎全部齿轮损伤,成为长期困扰船东的一个问题。由于 “雪龙”号的科学考察日程早已确定,不能安排 “雪龙”号进坞拆卸修理,只能就地更换齿轮外圈。极地中心通过咨询并邀请专家评审认为青岛万度力工程有限公司拥有类似的修理经验,决定由青岛万度力承担此修理任务。经实地勘察、测绘,双方认为可以实施就地更换齿圈业务,其更换工艺介绍如下。

1 测量结果

齿轮模数,50;飞轮齿数,56;飞轮齿轮厚度,140mm;盘车机齿数,9;盘车机齿轮厚度,156mm。

2 工艺路线

经极地中心组织的专家论证会讨论,确定工艺路线:保留原齿轮模数、齿数设计不变,在近乎对称的位置,预制、镶嵌 4齿镶嵌块,起飞轮齿圈固定作用,其余部位镶嵌齿圈。这样做可以有效防止齿圈因过度受力引起的齿圈滑动,但会使得新齿寿命降低。施工工艺是先安装固定端,防止新制齿圈滑动。然后,将新制齿圈固定就位。

但是在施工准备的时候,发现该工艺很复杂,需要制作两只不同内径的齿轮圈,才能做出这个结果,时间和工程成本会很高,而且很难保证镶嵌后的来自于两个齿轮的 4只齿条能完整地形成新的等齿距齿圈。因此我们决定将工艺改回原设计方案,但增加 8只强力键加强固定的方式,如下所述。

3 现场加工

本工程成功的关键是如何保证镶嵌的新齿圈能与飞轮同心。为此,青岛万度力工程有限公司设计了现场铣削工装,固定在主机飞轮端,这样可以将原来的齿轮铣削去,并可以保证新齿轮的安装表面用于精确安装齿轮。架设便携式钻孔设备,沿圆周方向,将飞轮的齿轮根基部位,钻周向孔。钻孔工作完成后,架设现场铣削设备,将飞轮表面铣削至齿根面以下 35mm处,以便安装齿轮外圈。

4 万度力安装

新齿圈安装就位,采用固定螺栓固定,并检查测量,如果没有问题,采用万度力波浪键固定。固定后,用透影的方法在一边看对面的灯光,没有看到,说明结合面配合很好。安装过程如下所述。

1)新齿圈固定好,开始镶嵌万度力波浪键,真正的结合力是由波浪键提供的,施加波浪键前,采用拉紧器将齿圈紧紧固定在飞轮上。波浪键固定后的表面需要打磨清理,形成光滑表面。

2)为加快齿轮更换时间,将齿轮沿齿根钻除,再进行铣削,这样可以大大减少铣削工作量,加快工程进度。

3)两只分成两半的齿圈,都安装固定后,应将接头部分开坡口,并采用低温焊接技术焊接起来。所谓低温焊接技术,也称之为低热量输入焊接技术,由于焊接时产生热量比较低,不会产生过度应力造成齿轮变形,影响啮合。

4)开强力键槽,准备强力键。

5)强力键固定。既提供了防止齿轮圈滑动的制动力,又提供了强力固定齿圈与飞轮基体的作用,具有双重功效。

5 盘车实验

经过 20天的努力,齿轮镶嵌工程顺利完工。经过极地中心组织多次盘车实验,飞轮运转平稳,消除了长期困扰船舶运行的事故隐患。

6 探伤实验

根据极地中心和船检的要求,我们邀请了第三方检验公司,对齿轮进行了超声波探伤,发现该齿轮圈存在 9处铸造缺陷和小的裂纹,对此,我们做了研究分析,认为该铸造缺陷的位置和尺寸不会对该飞轮的正常运行产生破坏性影响。