偏心支铰装配的误差分析

江健炜

(中国水利水电夹江水工机械有限公司，四川夹江，614100)

1 概述

采用偏心铰结构的弧门可以满足一些高水头、大流量的水电站闸门的特别要求，即可以进行闸门的动水启门和局部开启。可以减少弧形工作闸门的水泄漏，又便于灵活启闭电站底孔冲砂、泄洪等闸门作业。

巴基斯坦塔贝拉水电站LLO出口闸门采用了偏心铰弧形闸门。该弧门的面板尺寸为8670mm×7288mm，弧面面板加工要求控制曲率半径精度R110000(0～-1)mm，门叶横向直线度≤2mm，各结合面平面度≤0.5mm。由于该弧门独特的要求，除了对弧门各部件的制造有较高要求外，对偏心支铰的装配尤其提出了特殊要求，要求左、右偏心支铰中心线的同轴度误差≤0.1mm。因此，在总装配工序前，对影响左、右偏心支铰的同轴度误差的尺寸链进行分析有着重要的意义。

2 偏心支铰的组成及主要装配过程

巴基斯坦塔贝拉水电站LLO出口偏心铰弧形闸门主要由门叶、支臂、支铰总成等组成。其中：支铰总成由拐臂、活动支铰、固定支铰、偏心支铰轴、联轴器、滑动轴承和滚动轴承等组成。

支铰总成主要装配过程是先将检查合格后左、右支铰的零部件清洗准备，将滑动轴承用液氮冷冻到一定的温度后装入到活动支铰的孔中，到位合格后安装定位法兰；将偏心轴用液氮冷冻到一定的温度后装入到活动支铰上滑动轴承的孔中，再将滚动轴承加热到一定温度后装入到支铰轴的两侧，并配对装入联轴器半体；在工装平台模拟支撑大梁的上平面，建立组装的平面基准，吊入配对的单个固定支铰装置，通过全站仪观测，利用工具调节支铰各部，按图纸及工艺要求调正上、下底面的平面度、偏心轴同轴度；同时将偏心量调到最大，用工装临时支撑定位，吊入经过半精加工的拐臂，按图纸工艺要求调节角度至偏心铰最大偏心时所需位置，利用工装螺栓将抗剪套、拐臂与联轴器联接固定；在工装辅助下用天车拉动拐臂进行支铰总成的转动试验，待各项检查合格后进行联轴器各联接螺丝孔的配制，合格后装入剪力套，安装产品联接螺栓后检测各尺寸至合格。

3 偏心支铰装配的误差分析

从偏心支铰生产过程可以知道，组成支铰总成的各主要零件的径向尺寸基本不宜修配，且均是单件小批量生产，更无法通过选配来调节误差。其中，支铰零部件的装配质量主要是依靠各种配合尺寸和标准件来保障的，只要是用合格的零部件进行组装，就能保障达到图样的技术要求。而支铰总成装配的难点是如何使左、右支铰轴水平轴线的同轴度在图样要求的0.1mm内，这是保障偏心铰弧形闸门质量的关键尺寸要素。

在左、右支铰各自装配成整体后，将其分别吊至专用的装配工装平台上。装配工装平台能够使用固定支铰的底面和轴线方向的一个垂直侧面定位。具体操作步骤：先将左支铰水平定位，其水平轴线与右支铰水平轴线初步调节基本对齐后，固定左支铰位置并防止移动；再在左支铰上的联轴器左半体上架设百分表，表头测量杆检测右支铰的联轴器右半体外圆或右支铰轴花键端外圆。

调节右支铰的底面高程和一个经加工过垂直侧面的前后位置，以便调节与左支铰支铰轴中心线的同轴度，当达到要求的精度后，在底、侧两平面上用螺栓单向定位。目的是如果将右支铰吊离工装平台，再装配联轴器右半体，可以方便在原处复位，这样可以满足同轴度要求。

3.1 采用联轴器左、右半体外圆找正的装配方法

按照一般装配流程，将左、右半体联轴器先期安装在左、右支铰轴上，再将左、右支铰整体找正测量。当调整左、右支铰的距离到280mm时，再将拐臂插入左、右支铰之间。然后用临时螺栓连接牢固，将左、右半体联轴器和拐臂拆下，依次在机床上配做剪力套，并连接联轴器螺栓。复位安装完成其余后续装配工序。装配方法如图1所示。

1—拐臂，2—左半体，3—右半体，4—活动支铰，5—自润滑球面轴承，6—偏心支铰轴，7—滚动轴承，8—固定支铰，9—装配工装

根据上述装配方法，可以得到装配尺寸链，见图2示意。

图2 联轴器左、右半体外圆找正的装配尺寸链

根据参考文献1及图2尺寸链，可以得到左、右支铰中心同轴度误差的计算方法：

T0=T1+T2+T3+T4+T5

(1)

式中：T1——百分表的测量精度，0.01mm；

T2——右半体的内花键同轴度公差，0.4mm；

T3——右半体的内、外花键的间隙范围，根据文献2取0.15mm；

T4——右支铰轴外花键的同轴度公差，0.07mm；

T5——右支铰轴的外圆的同轴度公差，0.07mm。

代入各值，计算式(1)可得两支铰中心的同轴度误差：T0=0.7mm>0.1mm。

采用该装配方法无法满足左、右支铰中心线的同轴度公差。

3.2 采用联轴器右半体外圆和右支铰轴外圆找正的装配方法

将左半体联轴器先期安装在左支铰上，再通过右支铰花键轴端整体找正测量。确定右支铰的定位面位置后，安装右半体联轴器。再调整左、右支铰的距离到280mm，将拐臂插入左、右支铰之间。然后用临时螺栓连接牢固，将左、右半体联轴器和拐臂拆下，依次在机床上配做剪力套，并连接联轴器螺栓。复位安装完成其余后续装配工序。装配方法如图3所示。

1—拐臂，2—左半体，3—右半体，4—活动支铰，5—自润滑球面轴承，6—偏心支铰轴，7—滚动轴承，8—固定支铰，9—装配工装

根据上述装配方法，可以得到装配尺寸链，见图4示意。

图4 联轴器右半体外圆和右支铰轴外圆找正的装配尺寸链

根据参考文献1及图4尺寸链，可以得到左、右支铰中心公差的计算方法：

T0=T1+T2

(2)

式中：T1——百分表的测量精度，0.01mm；

T2——支铰轴的外圆的同轴度公差，0.07mm。

计算式(2)可得两件支铰中心的误差：T0=0.08mm<0.1mm。

采用该装配方法满足左、右支铰中心的同轴度公差。

4 结语

综上所述，在偏心铰弧形闸门支铰总成的装配中，两轴线同轴度误差直接与装配方法有关。如果采用不同的装配方法，就有不同的检测方法和不同的检测数据，而最终获得的轴线装配误差亦不同。

通过前述装配尺寸链的分析和简单计算，可以选择较为合理的装配方法，对偏心铰弧形闸门的支铰总成进行厂内装配。在实际装配过程中，我们采取了后一种装配方法和相应的工艺技术措施，从而顺利完成了巴基斯坦塔贝拉水电站LLO出口偏心铰弧形闸门支铰总成的总装配。经过严格的现场检验以及工地的安装检验，完全满足闸门的设计要求。