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1、高精度軌道調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)設(shè)計 胡志仁、陳玉龍、金梁斌 （中船重工第七一。研究所，湖北宜昌443003） [摘要]：本文從軌道調(diào)節(jié)范圍、軌道直線度和水平度調(diào)節(jié)機構(gòu)以及調(diào)節(jié)支座的固定三個 方面進行了闡述，通過圖示、分析和實例說明了兩種機構(gòu)的優(yōu)劣，并得出了在高精度、 高速度和動載荷軌道設(shè)計施工中宜采用分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)，而不宜采用斜塊式調(diào)節(jié)鎖 緊機構(gòu)。 [關(guān)鍵詞]：軌道；調(diào)節(jié)機構(gòu)；鎖緊 [Abstract]：Thearticleisepoundedfromtherangeofrailadjustion,therail straightness,theadjustablelevelne

2、ssmechanismandthefixationofadjustablebearing.Itexplainstheadvantageanddisadvantageoftwomechanismby diagram,analysisandexamples,andgetsthedetachedadjustablelockmechanismusedinthehighprecision,highspeedanddynamiclockraildesign construction,butnotadaptableforadjustableinclinedblocktypelockmechanism.

3、 [Keywords]：track；regulatemechanism；locking 1 .前言 軌道是拖曳水池的重要設(shè)備，其精度高低是保證拖車高速穩(wěn)定運行和精確定位的關(guān) 鍵因素。軌道的精度一般由加工精度和安裝精度決定，前者只要制定合理的加工工藝和 選擇合適的加工設(shè)備，保證加工精度不是難題；后者需要考慮軌道的調(diào)節(jié)機構(gòu)和測量基 準。目前國內(nèi)水池一般采用斜塊調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)，輔以水準槽測量工藝，其軌道精度基本 能滿足拖曳運行要求，但是在軌道調(diào)節(jié)范圍和精度、軌道錨固鎖緊可靠性、軌道抗振性 能等幾個方面存在一定的問題，影響軌道的精度和穩(wěn)定性。本文通過分析對比，提出一 種適合水池軌道調(diào)節(jié)鎖

4、緊機構(gòu)—分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)，該機構(gòu)很好的解決了斜塊調(diào)整鎖 緊機構(gòu)出現(xiàn)的問題，實際應用效果良好。 2 .兩種調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)的工作原理 2.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu) 1）軌道直線度調(diào)節(jié)通過直線度調(diào)節(jié)螺栓進行左右調(diào)節(jié)，由螺栓上的螺母進行緊固 放松; 2）水平度調(diào)節(jié)主要是通過水平度調(diào)節(jié)螺栓對斜塊進行左右調(diào)節(jié)，利用斜塊錯位發(fā) 1所示。 水平調(diào)節(jié)螺栓 直線調(diào)節(jié)螺栓 調(diào)節(jié)斜塊 生垂直方向位移調(diào)節(jié)軌道高低，由螺栓上的螺母進行緊固放松。效果圖如圖 8 2所示 水平度調(diào)節(jié)機構(gòu) 直線度調(diào)節(jié)機構(gòu) 預埋基礎(chǔ) 圖2分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu) 圖1斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu) 2.2

5、. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu) 1）軌道直線度調(diào)節(jié)主要是通過水平支架兩側(cè)的側(cè)向扣座和螺母對軌道進行左右調(diào) 節(jié); 2）水平度調(diào)節(jié)主要是通過軌底支撐板上下調(diào)整，通過支撐板上下螺母和扣板鎖緊,保證軌道水平度。效果圖如圖 3 .調(diào)節(jié)范圍分析 拖曳水池軌道梁為池壁，由于蓄水壓力和地基沉降影響，導致軌道在垂向（±20mm以上）和橫向（士10mm以上）產(chǎn)生變形，影響軌道精度，因此要求軌道有較大的調(diào)節(jié)范圍。斜塊式調(diào)節(jié)機構(gòu)受其斜面角度的限制，垂直調(diào)節(jié)量一般不超過土5mm,水平調(diào)節(jié) 量不超過土10mm,顯然滿足不了要求。分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)采用螺桿調(diào)節(jié)，橫向調(diào)節(jié)取決于支撐板腰形孔的長度，一般可達士25mm,垂向

6、調(diào)節(jié)取決于垂直螺桿頭與拖車抱軌器和導向輪的間隙，該間隙主要由軌道的高低決定，一般采用QU75鋼軌，垂向調(diào)整 范圍可達士32mm（如圖3所示）。 「X7］：\預埋根616 圖3分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)垂向調(diào)節(jié)范圍 4 .橫向調(diào)節(jié)一軌道直線度調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)鎖緊力的分析 4.1. 螺母鎖緊防松要素 眾所周知，螺母的鎖緊防松作用的好壞主要取決于兩個因素： 第一是螺紋的牙型，細牙優(yōu)于粗牙，越是細牙螺紋，具鎖緊防松作用就越好。 第二是鎖緊螺母擰緊時，在被鎖緊的螺桿上產(chǎn)生的最大拉力在螺桿上相應的長度。很顯然，螺桿上產(chǎn)生最大拉力的長度越長，鎖緊防松的效果越好。 因此，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用螺母

7、防松一般用在受拉螺桿上。對于受壓螺桿來說,由于這種壓力不產(chǎn)生防松作用，還減弱螺母的拉力，螺桿上產(chǎn)生的壓力越大，減弱的程度也越大，因此，對于受壓螺桿用螺母防松是不適宜的。 4.2. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)橫向調(diào)節(jié)受力分析 如圖4所示: 圖4斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)受力示意圖 1) (a)是螺桿2上不受力時，用螺母1鎖緊，在螺桿2上產(chǎn)生拉力的大小和長度； 2) (b)是沒有螺母1起作用，僅螺桿2左右調(diào)節(jié)軌道時產(chǎn)生的壓力圖； 3) (c)是(a)+(b)的結(jié)果，即螺桿2左右調(diào)節(jié)好軌道后，用螺母1鎖緊時，螺桿2上產(chǎn)生力的疊加圖，其受拉的長度已經(jīng)減短； 4) (d)是軌道受側(cè)向干擾附加在螺桿2上

8、的壓力； 5) (e)是(c)+(d)的結(jié)果。很顯然，螺桿2上受拉力的長度更短了。 6)圖4中BC段的實際長度為35mm,若螺母1最大鎖緊力為10KN,螺桿2調(diào)節(jié)軌道的壓力為5KN,拖車對軌道的水平側(cè)向干擾壓力為15KN的話(40t重的拖車產(chǎn)生0.075g的橫向動載時，在單個輪子上的側(cè)向壓力)，螺母1產(chǎn)生的鎖緊力在螺桿2上的影響范圍： a)由長度BC=35mm,縮短為B'C'=35/3=11.7mm,即螺紋由14扣減少為4.7扣； b)若側(cè)向干擾力在增加一倍以上，受拉螺桿的長度更短，螺紋僅剩1—2扣，根 本起不到防松效果。 4.3. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)橫向調(diào)節(jié)受力分析如圖5所示，螺

9、桿始終處于受拉狀態(tài)。 圖5分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)受力示意圖 1)圖5中所示螺母鎖緊產(chǎn)生拉力的最大值貫穿在全螺桿上，具螺桿受拉區(qū)域為182mm 2) (a)是軌道不受外力情況下，用螺母鎖緊時，在螺桿上產(chǎn)生拉力的大小和長度; 3) (b)是軌道產(chǎn)生了一倍于螺母鎖緊的側(cè)向干擾力，在螺桿上產(chǎn)生拉力的大小和 長度；它的出現(xiàn)不僅沒有使螺桿產(chǎn)生壓力，反而使拉力增加一倍。這充分說明受拉螺桿采用螺母防松效果最好。 5 .垂向調(diào)節(jié)-軌道水平度調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)鎖緊力的分析 5.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)垂向調(diào)節(jié)受力分析 1)詳見圖4,該機構(gòu)調(diào)節(jié)高低的斜形塊角度為14。，當鋼軌承受垂直向下壓力為F(AC)時

10、，在上斜形塊上可分解為： a) 斜面正壓力F(AB)=F(AC)xCin14°; b) 沿斜面向下滑力F(BC)=F(AC)xSin14°; c) 而阻止下滑的摩擦力Fm=F(AB)Xf,其中f為鋼的摩擦系數(shù)f=0.15; d) 則沿斜面剩余的下滑力Fxh=F(BC)-Fm =F(AC)XSin14°-F(AC)XCin14°xf =F(AC)x(Sin14°-fxCin14°) e) 高度調(diào)節(jié)螺桿壓力為剩余下滑力Fxh在水平面上的投影： Fss=Cin14°xFxh =F(AC)x(Sin14°-fxCin14°)CCin14° 若取拖車單輪的下壓力為150KN，則上斜形

11、塊上產(chǎn)生的側(cè)向力(即水平力) Fss=14.027KN,同理可得下斜塊產(chǎn)生的側(cè)向力Fsx=Fss=14.027KN。 2) 這兩個力分別作用在調(diào)高低螺栓4左和4右的末端，對螺栓均產(chǎn)生向外壓的作 用。很顯然，這兩個力的產(chǎn)生和作用不是加強，而是削弱了鎖緊母3的防松作用。 3)另外，鋼鐵的自鎖角為8。31.8',而該機構(gòu)設(shè)計中把斜角設(shè)計成14。，使高 低調(diào)好后不能自鎖，僅是為了滿足向下調(diào)低的需要及8mm調(diào)整高度的需要，而不得不 犧牲斜形塊的自鎖作用，這就是該調(diào)節(jié)機構(gòu)的主要缺點。 4)高精度軌道水平度的要求為±0.1mm。這種高低調(diào)節(jié)機構(gòu)，調(diào)整時可以調(diào)整到 這一要求。如果不做試驗，也就

12、是說沒有動態(tài)荷載的情況下，或許調(diào)好的精度可以保持； 而如果經(jīng)常進行試驗，有動態(tài)荷載的情況下，會對斜形塊產(chǎn)生時有時無、時大時小的水 平載荷，壓在兩側(cè)的調(diào)節(jié)斜塊高低的螺母3的防松效果就會更差，調(diào)整的高精度顯然難 以保持。 5.2. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)垂向調(diào)節(jié)受力分析 1) 詳見圖5，當軌道承受垂直向下的壓力時，直接作用在軌底支撐板下2個承壓 螺母上，只要螺母的螺紋承壓力設(shè)計足夠，其防松效果更好； 2) 只有垂直力，沒有分力，軌道不會產(chǎn)生橫向滑移； 3) 當瞬間車輪載荷過后，軌道會產(chǎn)生向上反彈力(很小)，另一方面高速導向輪 運行會產(chǎn)生上拔力。此時由垂直螺桿上方的2個扣板和壓緊螺母克

13、服。形成螺桿受拉、 螺母受壓，其防松效果更佳； 4) 垂向調(diào)節(jié)機構(gòu)無論在什么狀態(tài)下，都處于螺桿受拉，螺母受壓狀態(tài)，對軌道水 平度為±0.1mm的要求能長久保持。 6 .調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)的錨固分析 6.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)的錨固分析 1)圖4中的調(diào)節(jié)支座上制有4-625孔。套在4個M24的地角螺桿上，用螺母壓緊力所產(chǎn)生的摩擦力保證，這個力顯然是不足的。 2) 當軌道產(chǎn)生的側(cè)向干擾力大于螺母壓緊力所產(chǎn)生的摩擦力時，調(diào)節(jié)支座就有可 能在1mm(極限狀態(tài)時)范圍內(nèi)移動。調(diào)節(jié)支座移動了，軌道的精度就無法保證了，軌道士0.2mm直線度的要求在動態(tài)條件下時難以保證。 3）調(diào)節(jié)機構(gòu)底座為平面

14、，與混凝土頂面（平整度誤差至少在±5mm很難調(diào)整到 位，增加安裝難度。 6.2. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)的錨固分析 6.3. 節(jié)鎖緊機構(gòu)主要是通過特型組件I中的垂直螺桿和特性組件II中的水平支架的二次埋設(shè)實現(xiàn)。 2）埋設(shè)簡便，易控制埋設(shè)進度，與混凝土頂面平整度誤差大小關(guān)系不大。 3）高低調(diào)整（水平度）主要是調(diào)節(jié)軌底支撐板，與垂直螺桿埋設(shè)誤差無關(guān)。調(diào)整到位后，通過上下螺母鎖緊，在動態(tài)條件下能長久保持。 4）直線度調(diào)整主要是調(diào)節(jié)水平支架兩側(cè)的側(cè)向扣座和螺母，調(diào)整到位后，通過兩側(cè)螺母鎖緊，在動態(tài)條件下能長久保持。 7 .兩種調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)性能比較 通過圖樣，工作原理及受力狀態(tài)的定性、定量分

15、析，現(xiàn)歸納兩種調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)性能如下表。 調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)性能表 在舁廳P 性能 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu) 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu) 1 適用范圍 單向高精度要求軌道 雙向圖精度要求軌道 2 調(diào)節(jié)操作性 靈活 較靈活 3 穩(wěn)定性 較短，需重復調(diào)整，檢修頻繁 長久，檢修周期長 4 過載性 過載引起變化大 過載后無變化 5 防松性 差 好 6 受力分析 復雜 簡單 7 振動性 接觸面多，引起振動因素多，控制難度大 接觸面少，振動源好確定，容易控制 8 支座安裝 難度大 容易控制 8 .結(jié)論 通過以上分析，在高精度、高速度、大載荷（動載

16、）軌道設(shè)計中宜采用本文中所說的分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)，不宜采用斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)。分離式調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)主要用于中國航空救生研究所及兵器051基地等超音速運行火箭撬試驗場，經(jīng)過適應性改進，目 前已成功應用于上海交大船模拖曳水池和國家海洋氣象試驗基地綜合試驗水池，使用表 明，該機構(gòu)在軌道精度、軌道穩(wěn)定性、后期維護等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機 構(gòu)。 參考文獻： [1] 楊興邦.《XB高精度火箭撬試驗滑軌》[J].中國工程科學，2000,10(2): 99-104； [2] 徐灝主編.《機械設(shè)計手冊》第二版第三卷《聯(lián)接與緊固》.機械工業(yè)出版社， 2001，6，ISBN7-111-02389-7 [3] 郭欣，李廣年，勞展杰.《船模水池拖車系統(tǒng)設(shè)計分析》[J].船海工程，2013， 42(3)