CN103192259B - 一种曲轴部装治具 - Google Patents

Abstract

一种曲轴部装治具涉及偏心曲轴部装的一种工装治具，更具体地说，是涉及一种偏心曲轴的部装定位及相关部件装配平衡的治具。本发明曲轴部装治具的特点是：实现了曲轴部装时相关部件位置、高度的准确装配，而且提高了装配效率，确保了装配的安全性。本发明包括隔膜泵曲轴的定位支撑机构，其结构要点是：定位支撑机构的下方设置有液压升降支撑机构，在定位支撑机构的侧方还设置有吊装机构。

Description

一种曲轴部装治具

技术领域

本发明涉及偏心曲轴部装的一种工装治具，更具体地说，是涉及一种偏心曲轴的部装定位及相关部件装配平衡的治具。

背景技术

隔膜泵是当今世界高腐蚀、高浓度、高压力、高温度、固/液两相介质长距离管道化输送的关键设备，是冶金、建材等行业的重要配套设备，广泛应用于大型石化和煤化工等领域中。

隔膜泵总体结构由：传动系统、动力端、液力端、液压辅助系统、电气控制系统等部分组成。其中，动力端是隔膜泵的重要组成部分，它由：动力端箱体、偏心曲轴、连杆、轴承、十字头及导板、介杆等组成一个小的曲轴部装，是隔膜泵整体结构中的一个重要的部装传动结构。隔膜泵的工作原理是：传动系统的电动机通过传动系统带动小齿轮、大齿轮、曲拐总成、连杆、十字头，使旋转运动转变为直线运动，带动活塞进行往复运动；曲轴的作用是把动力传动系统提供的旋转运动转化为直线往复运动。

偏心曲轴部装结构做为动力端的重要传动部件之一，承担着隔膜泵整个转动的最大负荷和全部传动功率的转化，承受着来自不同偏心曲轴、不同曲轴对应装配的连杆、介杆等强度、方向不断变化的弯矩、扭矩及长时间高速运转的联动作用。因此，曲轴各部件装配精度及装配质量的好坏，直接影响着曲轴部装运转联动作用发挥的效果，直接影响着设备的使用寿命。

现有的隔膜泵曲轴，长度一般在3.2~4.5m之间，重量重达10余吨（见图6、图7）。在曲轴部装过程中，通常采用的安装调试方式为：铸钢件定位支撑套的曲轴竖装和V型托辊支撑的曲轴横装两种方式。

（1）采用铸钢件定位支撑套的曲轴竖装：以往隔膜泵三拐曲轴在部装调试时，是利用吊车将曲轴垂直落入地坑铸钢件的定位支撑套（见图9、图10）中，操作者在地面上对三拐曲轴各部件进行部装的调试，由于定位支撑套是按三拐曲轴的最大轴颈设计；而曲轴本身是由多种不同轴颈组成，对于小于定位支撑套直径的轴颈，定位和支撑作用的效果不尽理想，加之铸钢件加工周期长、耗费材料多、体积庞大、重量繁重、无法移动，操作者在地面借助天车装配时困难重重，而且精度及装配质量很低，很难适应快节奏、高质量的曲轴部装要求。

再由于隔膜泵三拐曲轴长达4米左右，且有三个偏心。竖直安装时，会因重心分布不均，极易导致倾斜偏移；而曲轴部装相关件：连杆（三个，相邻两个之间的角度为120度）、半套、轴承等是隔膜泵传递运动的主要动力部件，其相互配合及装配精度要求很高，受场地条件限制，这种曲轴与之装配件间的调试困难，装配精度和工作效率极低。

又由于地坑较深，但回转范围有限，操作者在装配不同部位时，受场地条件、工作环境的限制及装配调试工具上、下搬运困难等因素影响，隔膜泵曲轴的安装调试操作非常不便，操作者搬运工具上、下操作，安全性差，安装质量受到极大影响。

（2）采用V型托辊支撑的曲轴横装：将曲轴横放在V型托辊上，利用天车将曲轴前端吊起，将三连杆依次套入三拐曲轴的轴颈上，虽然连杆可以平行装入，但是需要借助V型托辊支撑曲轴。然而，每装入一个连杆后，需要转动120度；由于连杆受自身重力影响，装配后三个连杆在不同角度与地面接触，加之因曲轴重量大，与V型托辊接触时连杆每转120度，需要克服很大的摩擦力，也就是说，无法手动转动而只能通过天车的拉力，才可以完成曲轴三个互成120度连杆的装配。这种装配方式，不仅使装配的效率大大降低，而且由于摩擦力的作用导致曲轴的加工表面有划痕，严重地影响产品的质量（见图8）。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种曲轴的部装治具；其特点是：实现了曲轴部装时相关部件位置、高度的准确装配，而且提高了装配效率，确保了装配的安全性。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明包括隔膜泵曲轴的定位支撑机构，其结构要点是：定位支撑机构的下方设置有液压升降支撑机构，在定位支撑机构的侧方还设置有吊装机构。

具体地，所述的定位支撑机构包括底座Ⅰ，底座Ⅰ上竖直且两两相对地设置有四块支撑板（支撑板的高度根据曲轴轴颈长度设计），两相对支撑板位于同一平面，两平面相互垂直；支撑板的内侧为阶梯结构，且在内壁自上而下等距地设置有若干卡槽，支撑板的外侧底部上的螺孔与底座Ⅰ上的定位孔相应，底座Ⅰ与支撑座经螺孔和定位孔通过螺栓把合，变径支撑套水平地设置在两两相对的支撑板的卡槽内；变径支撑套的内径，以及相对两支撑板内壁之间的距离与隔膜泵曲轴的轴颈的直径相应。

本发明将现有铸钢件的定位支撑套结构形式改变为结构件的定位支撑机构形式，缩短了加工周期，降低了生产成本。更重要的是：将定位支撑机构的变径支撑套设计成与隔膜泵三拐曲轴轴颈匹配的变径直径，放置在四个支撑板之间，支撑板通过矩形螺纹螺栓与底座Ⅰ相固定；当被加工曲轴轴颈尺寸发生变化时，只需要调整支撑板在底座Ⅰ上的位置，再将不同直径的变径支撑套放置在支撑板的卡槽上，即可实现轴径的变径功能，使定位更加准确、稳定，减少安装调试过程中，由于稳定性差而导致的曲轴装配精度低的问题；既便于安装又节省材料，提高了曲轴装配的稳定性、支撑强度及定位精度。

进一步地，所述的液压升降支撑机构包括底座Ⅱ，升降板位于底座Ⅱ的上方，底座Ⅱ与升降板之间的中部设置有液压升降装置，底座Ⅱ与升降板之间、液压升降装置的两侧分别设置有左支撑平衡装置和右支撑平衡装置（其作用是防止曲轴长时间装配过程中，中部的液压升降装置瞬间卸压导致液压升降支撑机构的失衡）；所述的液压升降装置包括固定在底座Ⅱ上的定位套，相应于定位套、在底座Ⅱ上固定地设置有油缸，底座Ⅱ上的进油口与油缸内腔相通，油缸内的活塞杆穿过油缸上部的油缸盖，与升降板固定连接，在升降板与油缸盖之间还设置有支撑环（支撑环的作用是增大油缸活塞与升降板的接触面积，减少活塞杆受力）；左支撑平衡装置和右支撑平衡装置均包括轴套，轴套内具有顶部与升降板固定连接的轴，在轴和轴套上部的内壁之间设置有铜套，在轴套顶部、相应于轴设置有卡箍。另外，活塞杆底部的活塞头与油缸内壁之间具有第一密封圈，油缸盖与活塞杆外壁之间具有第二密封圈。

液压油通过底座Ⅱ的进油口进入油缸，在压力的作用下，活塞杆被顶起向上运动，同时带动整个液压升降装置举升；当达到需要高度后，利用液压站的自锁功能，使油缸停留固定在需要的位置。降落时，利用油缸底部的进油口，将液压油泄压，活塞杆开始降落，直至回落至油缸底部，从而实现了液压举升及降落的整个过程。在举升及降落的过程中，为解决定位支撑机构、曲轴重量及直径过大，以及曲轴部装时间过长，液压升降装置的自动泄压，曲轴举升及降落过程的平稳性，避免因左右倾斜导致装配质量及安全性问题等上述一系列问题，在液压升降装置的两侧分别设置有左支撑平衡装置和右支撑平衡装置，替代了以往没有平衡支撑装置或采用左右单缸液压升降机构的结构形式，降低了设备成本及繁琐的液压系统，而且通过液压、机械双锁紧的方式，确保了升降板运行和停留的平稳，避免了两侧不平衡现象的发生及曲轴升降过程的倾斜。

将左支撑平衡装置和右支撑平衡装置分别固定在底座Ⅱ两侧，通过焊接将其与底座Ⅱ形成一体，轴套与轴之间采用间隙配合的方式，实现轴的上、下自由移动。为避免轴与轴套间的刚性摩擦及相对稳定，在轴与轴套之间镶嵌了定位、减缓摩擦和平衡作用的铜套，并同时在轴套的顶端设置了机械式专用的卡箍，当液压升降装置升降到装配需要位置及高度时，利用卡箍的锁紧功能，将轴卡紧在固定位置的高度，实现了液压、机械双锁紧，而且结构简单，操作方便使用灵活，实际生产中使用效果非常好。

更进一步地，所述的吊装机构包括底座Ⅲ，底座Ⅲ上具有可与地面固定连接的矩形螺纹螺栓，底座Ⅲ上固定设置有支撑柱，支撑柱的顶部水平地设置有平衡梁；定滑轮组是由三个定滑轮构成，其中两个分别位于平衡梁的左右两端，第三个定滑轮设置在底座Ⅲ上的固定块内，定滑轮之间具有钢丝绳，钢丝绳的一端与吊钩相连。

首先将底座Ⅲ通过矩形螺纹螺栓与地面固定，形成稳定可靠的地基，然后将支撑柱竖直插入底座Ⅲ中；为确保其稳定性，采用焊接的方式将底座Ⅲ与支撑柱焊接稳固，平衡梁与支撑柱通过定位孔及把和螺栓稳定连接，定滑轮组安放在固定块内及平衡梁上。根据曲轴部装时三连杆高度要求位置，通过定滑轮控制钢丝绳、吊钩的升降来准确定位连杆的位置，当第一个连杆装配结束后，再进行第二、第三连杆的装配。

与现有技术相比本发明的有益效果。

本发明通过设置吊装机构，实现了曲轴部装时相关部件位置、高度的准确装配；并通过设置液压升降支撑机构，实现了曲轴的平稳升降，保障了曲轴装配部件的地面装配，提高了装配质量和装配效率，确保了装配的安全性；以及采用结构件形式的定位支撑机构，实现了曲轴装配的精准定位，同时由于配套变径定位套的使用，还降低了加工成本，实现了高效、快捷的现代化装配。

以下为采用不同曲轴部装治具安装隔膜泵曲轴成本和效率的对比。

（1）采用现有的铸钢件定位支撑套在地坑中进行曲轴部装时，一个定位支撑套的吨位在2吨左右，每吨铸件的材料及加工费用为6000元/吨；一台隔膜泵的曲轴、三连杆、轴承等相关部件的装配及调试需要大约3天时间，24工时，在装配钳工每小时工时费用为18元/小时，三天发生费用为：24×18=432元。装配一台隔膜泵曲轴发生费用总和：6000×2+432=1.2432万元。

采用现有V型托辊装配曲轴相关部件时，V型托辊的加工及材料费用约为8000元；一台隔膜泵的曲轴、三连杆、轴承等相关部件的装配及调试需要大约2天时间，16工时，发生费用为：16×18=288元。装配一台隔膜泵曲轴发生费用总和：8000+288=0.8288万元。

采用本发明的曲轴部装治具装配曲轴相关部件时，定位支撑机构、液压升降支撑机构及吊装机构发生的费用约为10万元；一台隔膜泵的曲轴、三连杆、轴承等相关部件的装配及调试需要大约6工时，发生费用为：6×18=108元。装配一台隔膜泵曲轴发生费用总和：10+0.0108=10.0108万元。

虽然，从表面看设计该机构发生的费用增多了，但公司一年生产隔膜泵的数量在百台以上，以100为例计算，隔膜泵曲轴装配调试发生的费用比较如下。

采用铸钢件定位套：1.2432×100=124.32万元；采用V型托辊：0.8288×100=82.88万元；采用本发明的曲轴部装治具：10.0108 +10（备件更换）=20.0108万元。三种装配方式比较，采用本发明的曲轴部装治具比采用铸钢件定位套降低生产成本：124.32 -20.0108=104.3092万元；比采用V型托辊：降低生产成本：82.88 -20.0108=62.8692万元。

（2）效率比较：采用铸钢件定位套：3天，24工时；采用V型托辊：2天，18工时；采用本发明的曲轴部装治具：6工时。三种装配方式比较，采用本发明的曲轴部装治具比采用铸钢件定位套提高装配效率4倍；比采用V型托辊提高装配效率3倍。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中，1为液压升降支撑机构、2为定位支撑机构、3为吊装机构、4为曲轴、5为轴承、6为连杆。

图2是本发明定位支撑机构的结构示意图。

图3是图2的剖视图。

其中，201为底座Ⅰ、202为螺孔、203为变径支撑套、204为支撑板、205为卡槽、206为定位孔。

图4是本发明液压升降支撑机构的结构示意图。

其中，101为轴套、102为轴、103为铜套、104为卡箍、105为右支撑平衡装置、106为油缸盖、107为支撑环、108为液压升降装置、109为第二密封圈、110为升降板、111为左支撑平衡装置、112为底座Ⅱ、113为定位套、114为油缸、115为进油口、116为活塞杆、117为第一密封圈。

图5是吊装机构的结构示意图。

其中，301为底座Ⅲ、302为固定块、303为支撑柱、304为定滑轮组、305为吊钩、306为钢丝绳、307为平衡梁。

图6是隔膜泵曲轴的结构示意图。

图7是图6的侧向视图。

图8是现有采用V型托辊支撑的曲轴横装方式的V型托辊结构示意图。

图9是现有定位支撑套的结构示意图。

图10是图9的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的结构示意图。图中，本发明包括隔膜泵曲轴的定位支撑机构2，定位支撑机构2的下方设置有液压升降支撑机构1，在定位支撑机构2的侧方还设置有吊装机构3。

如图2、3所示，为本发明定位支撑机构2的结构示意图。图中，定位支撑机构2包括底座Ⅰ201，底座Ⅰ201上竖直且两两相对地设置有四块支撑板204（支撑板204的高度根据曲轴轴颈长度设计），两相对支撑板204位于同一平面，两平面相互垂直；支撑板204的内侧为阶梯结构，且在内壁自上而下等距地设置有若干卡槽205，支撑板204的外侧底部上的螺孔202与底座Ⅰ201上的定位孔206相应，底座Ⅰ201与支撑板204经螺孔202和定位孔206通过螺栓把合，变径支撑套203水平地设置在两两相对的支撑板204的卡槽205内；变径支撑套203的内径，以及相对两支撑板204内壁之间的距离与隔膜泵曲轴的轴颈的直径相应。

如图4所示，为本发明液压升降支撑机构1的结构示意图。图中，液压升降支撑机构1包括底座Ⅱ112，升降板110位于底座Ⅱ112的上方，底座Ⅱ112与升降板110之间的中部设置有液压升降装置108，底座Ⅱ112与升降板110之间、液压升降装置108的两侧分别设置有左支撑平衡装置111和右支撑平衡装置105（其作用是防止曲轴长时间装配过程中，中部的液压升降装置108瞬间卸压导致液压升降支撑机构1的失衡）；所述的液压升降装置108包括固定在底座Ⅱ112上的定位套，相应于定位套113、在底座Ⅱ112上固定地设置有油缸114，底座Ⅱ112上的进油口115与油缸114内腔相通，油缸114内的活塞杆116穿过油缸114上部的油缸盖106，与升降板110固定连接，在升降板110与油缸盖106之间还设置有支撑环107（支撑环107的作用是增大油缸114活塞与升降板110的接触面积，减少活塞杆116受力）；左支撑平衡装置111和右支撑平衡装置105均包括轴套101，轴套101内具有顶部与升降板110固定连接的轴102，在轴102和轴套101上部的内壁之间设置有铜套103，在轴套101顶部、相应于轴102设置有卡箍104。另外，活塞杆116底部的活塞头与油缸114内壁之间具有第一密封圈117，油缸盖106与活塞杆116外壁之间具有第二密封圈109。

如图5所示，为本发明吊装机构3的结构示意图。图中，吊装机构3包括底座Ⅲ301，底座Ⅲ301上具有可与地面固定连接的矩形螺纹螺栓，底座Ⅲ301上固定设置有支撑柱303，支撑柱303的顶部水平地设置有平衡梁307；定滑轮组304是由三个定滑轮构成，其中两个分别位于平衡梁307的左右两端，第三个定滑轮设置在底座Ⅲ301上的固定块302内，定滑轮之间具有钢丝绳306，钢丝绳306的一端与吊钩305相连。

Claims (1)

1.一种曲轴部装治具，包括隔膜泵曲轴的定位支撑机构（2），定位支撑机构（2）的下方设置有液压升降支撑机构（1），在定位支撑机构（2）的侧方还设置有吊装机构（3）；其特征在于：

所述的定位支撑机构（2）包括底座Ⅰ（201），底座Ⅰ（201）上竖直且两两相对地设置有四块支撑板（204），两相对支撑板（204）位于同一平面，两平面相互垂直；支撑板（204）的内侧为阶梯结构，且在内壁自上而下等距地设置有若干卡槽（205），支撑板（204）的外侧底部上的螺孔（202）与底座Ⅰ（201）上的定位孔（206）相应，底座Ⅰ（201）与支撑板（204）经螺孔（202）和定位孔（206）通过螺栓把合，变径支撑套（203）水平地设置在两两相对的支撑板（204）的卡槽（205）内；变径支撑套（203）的内径，以及相对两支撑板（204）内壁之间的距离与隔膜泵曲轴的轴颈的直径相应；

所述的液压升降支撑机构（1）包括底座Ⅱ（112），升降板（110）位于底座Ⅱ（112）的上方，底座Ⅱ（112）与升降板（110）之间的中部设置有液压升降装置（108），底座Ⅱ（112）与升降板（110）之间、液压升降装置（108）的两侧分别设置有左支撑平衡装置（111）和右支撑平衡装置（105）；所述的液压升降装置（108）包括固定在底座Ⅱ（112）上的定位套，相应于定位套（113）、在底座Ⅱ（112）上固定地设置有油缸（114），底座Ⅱ（112）上的进油口（115）与油缸（114）内腔相通，油缸（114）内的活塞杆（116）穿过油缸（114）上部的油缸盖（106），与升降板（110）固定连接，在升降板（110）与油缸盖（106）之间还设置有支撑环（107）；左支撑平衡装置（111）和右支撑平衡装置（105）均包括轴套（101），轴套（101）内具有顶部与升降板（110）固定连接的轴（102），在轴（102）和轴套（101）上部的内壁之间设置有铜套（103），在轴套（101）顶部、相应于轴（102）设置有卡箍（104）；活塞杆（116）底部的活塞头与油缸（114）内壁之间具有第一密封圈（117），油缸盖（106）与活塞杆（116）外壁之间具有第二密封圈（109）；

所述的吊装机构（3）包括底座Ⅲ（301），底座Ⅲ（301）上具有可与地面固定连接的矩形螺纹螺栓，底座Ⅲ（301）上固定设置有支撑柱（303），支撑柱（303）的顶部水平地设置有平衡梁（307）；定滑轮组（304）是由三个定滑轮构成，其中两个分别位于平衡梁（307）的左右两端，第三个定滑轮设置在底座Ⅲ（301）上的固定块（302）内，定滑轮之间具有钢丝绳（306），钢丝绳（306）的一端与吊钩（305）相连。