三峡升船机传动系统齿轮齿条特性分析开题报告

2. 基本内容和技术方案

2.1基本内容

2.1.1 升船机原理

船只上行时，从下游引航道驶入承船厢，关闭闸门和下游端厢门后，泄去这两门之间缝隙内的水体，松开承船厢与下闸首的拉紧和密封装置，在驱动装置作用下，承船厢上升并停靠与上闸首对接的位置；松开承船厢与上闸首间的拉紧和密封装置，给闸门之间空隙内灌水；开启上闸首的工作闸门及承船厢上游端的船厢门，船只即驶进上游引航道。下行时则相反。

船舶自下游河段向上游河段的提升过程是：通过控制系统启动机械传动机构，使承船厢停放在厢中水位与下游水位相齐平的位置，开启厢门和连接建筑物的闸门，船舶进入承船厢，关闭闸门和厢门，将承船厢升至厢内水位与上游水位相齐平的位置，开启厢门与连接建筑物的闸门，船舶自承船厢驶入上游引航道。船舶自上游河段下降至下游河段，按上述程序反向进行。

船舶在升降过程中的支承方式，有干运和湿运两种。干运是船舶停放在不盛水的承船架或承船车上；湿运是船舶载于盛水的承船厢内。干运比湿运可减少升船机传动机构的功率，但船体受力不利

2.1.2 传动系统的构架

四套驱动机构对称布置在船厢两侧, 由小齿轮托架机构、可伸缩万向联轴器、机械传动单元、同步轴系统以及向安全驱动机构传递动力的锥齿轮箱和传动轴等组成。每套驱动机构的小齿轮由两组机械传动单元驱动。每组传动单包括一台交流变频电机、一台平行轴减速器、一套工作制动器、一套安全制动器及相关的联轴器等设备。四套驱动机构由布置在船厢底部的同步轴系统联为一体, 用于在某驱动单元的电机失效时传递动力。

小齿轮托架机构由小齿轮、旋转导向架、摆杆、轴承和液气弹簧等组成, 具有传力、适应塔柱和船厢之间的相对变位和限制齿轮载荷等功能。其中液气弹簧是控制驱动机构运行的关键。液气弹簧的初始预紧力可根据需要, 通过改变液气弹簧蓄能器的油压来进行调整。当齿轮载荷小于由蓄能器油压确定的弹簧变形设定载荷时, 液气弹簧保持初始位置。当齿轮负荷超过弹簧变形初始载荷时, 油压迫使活塞产生位移, 进而呈现弹簧的特性。当齿轮的啮合力恢复至设定载荷后, 弹性位移消失, 油缸复位。使小齿轮可适应塔柱相对于船厢的横向相对变位和齿条的各种位置误差。

2.1.3齿轮齿条受力分析

峡升船机船厢驱动系统齿轮齿条传动为研究对象，基于共轭啮合理论推导修形齿轮齿廓方程，建立齿轮齿条传动三维接触有限元分析模型，通过罚函数法建立动力接触系统有限元方程,仿真计算齿轮齿条传动的综合位移、等效应力及齿面接触应力。建立含齿廓修形和轴线偏差的齿轮齿条接触有限元模型, 分析了轮齿修形与轴线偏差对齿轮齿条传动啮合性能的影响。齿轮传动接触强度分析的基础是齿轮柔度计算,常用齿轮柔度计算方法有材料力学法与有限元法：

1）材料力学法具有计算效率高的优点，然而由于采用较多简化,计算准确度较低；

2）有限元法可计及轮齿间的关联挠度等，计算准确度较高，得到国内外学者的广泛应用。

而且，在考虑轮齿修形与轴线偏差建立接触有限元分析模型后，还可分析轮齿修形与轴线偏差对齿轮齿条传动啮合性能的影响。

2.1.4齿轮齿条维护保障措施

在日常点检和大小修注意设备情况，即时发现问题解决问题，防止异常扩大化。在设备安装时，我们需要严格按照说明书和电力标准安装设备，在试转试运时一定要把关严格，按照规定验收。运行期间注意监视油位的变化，控制好油位并定期化验油质，防止油中进水，油质劣化，同时也要注意冷油器的工作情况，控制好油温。润滑油使用中经常出现两种问题，使用润滑油的品牌种类不对和没定期更换过滤润滑油，使用不符合要求的润滑油往往会导致润滑效果不佳，与使用符合要求的齿轮相比，寿命往往更低，更容易磨损；不定期更话润滑油或者检查更换滤网和油箱内杂质的话，会造成润滑系统效果不佳甚至失效，加速轮的磨损速度。

当齿轮损坏以后可以采用激光熔覆技术，激光熔覆技术就是在某物体表面加入熔覆材料， 然后再用激光束将其与物体表面融为一体，物体的表面就被熔覆材料所覆盖，可以增加物体的表面耐腐 蚀、耐磨、抗氧化等作用。传统的对化工机械齿轮的维护方式可以起到一定程 度的作用，但是随着社会的发展，维护的要求变高，传统的方式就会慢慢被新的方式所取代。激光熔覆技术有 着很好的优势，关注度比较高，它所设计到的学科领域 也很多。激光熔覆的主要优势如下所示。

1） 激光作用于物体表面时，热影响区域很小， 而且对物体的变形影响很小，也不会破坏物体的力学 性能。

2） 激光熔覆技术的应用很广泛，很多材料都可 以进行熔覆，几乎没有限制。

3） 通过激光将熔覆材料与物体结合是冶金结合，所以强结合强度很大。

4） 激光熔覆技术的操作比较容易收到控制，实现自动化比较容易。

5） 覆盖在物体表面的熔覆层结构很密实、也很稳定，能够对物体表面起到一定的加强作用。

2.2研究目标

由于三峡升船机传动系统与齿轮齿条的特殊性，其齿轮齿条的性能实用情况，设备数据的收集与寿命的预测需进行实验设备的研发。其齿轮齿条的受力情况可通过有限元的方法进行模拟分析。可计算齿轮齿条传动的综合位移、等效应力及齿面接触应力。对于电机功率的计算可采用逆向路径法、功率平衡法和总效率法，得到当四组驱动系统中其中一组驱动系统停止工作时其余三组驱动系统继续实现安全运行所需功率。齿轮齿条的后期维护保障也是十分重要，通过合理的保障措施可以保证升船机的安全正常运行，提升升船机与齿轮齿条的运行寿命。对于齿轮齿条的维护与保障，在前期齿轮的加工于安装过程应按相应的规范标准严格执行，在后期运行过程中注意监管检查，及时发现问题并解决问题，当齿轮有一定的磨损时可采用一定的方法进行修复，激光熔覆技术即可方便的应用。

2.3技术路线