CN110722335B - 一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置 - Google Patents
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Abstract
一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，包括工作台、快速辅助对中定位装置、升降装置、旋转锁紧装置、芯轴、直线轨道与控制系统，工作台布置在地面上由四个支柱支撑，工作台上部布置快速辅助对中定位装置，快速辅助对中定位装置上部放置螺旋桨，螺旋桨中心孔处放置芯轴，直线轨道布置在工作台最下端与工作台的支柱焊接为一体，直线导轨上部布置升降装置，升降装置上部布置旋转锁紧装置用于安装螺母与锥形快。本发明解决了大型螺旋桨芯轴安装过程中对中调整困难的技术问题，使螺旋桨能够准确调整位置，实现对不同孔径大小螺旋桨的芯轴安装，克服人工安装大吨位螺旋桨的安全性和可靠性问题。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造装备技术领域，具体为一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置。
背景技术
随着高新科技的发展，全球贸易增长，大型船舶需求增加，船用螺旋桨尺寸越来越大，对其加工提出了更多的要求，在螺旋桨加工专用机床对螺旋桨桨毂、叶根进行数控加工工作之前，需要在螺旋桨中心孔中安装芯轴，通过行车吊装螺旋桨安装到机床工作台上。
目前大型船用螺旋桨芯轴安装主要采用机械协助人工安装的方法，一种是水平安装，利用行车，吊装芯轴水平放在支撑装置上，采用卧式吊装螺旋桨，人工调整将螺旋桨中心孔保持水平，然后人工调整螺旋桨中心孔和芯轴同轴心，接着通过行车水平移动螺旋桨，螺旋桨中心孔进入芯轴中。另一种是立式安装，将芯轴竖直放置在地面固定住，利用行车调节螺旋桨中心孔和芯轴竖直方向同轴心，然后将螺旋桨竖直下落。人工安装方法存在的问题是：1)对于大型螺旋桨重量可达120t，高度达2.2m，叶片直径可达10m，叶片伸出很长，对于粗加工的螺旋桨叶片质量不均匀导致重心不在中心轴上很难调整，需要更多时间且对于大型件不安全。2)随着螺旋桨型号的变化，质量越来越大，芯轴与大型螺旋桨人工安装时处于水平位置，较多次数的安装使芯轴产生微量的弯曲变形，增加螺旋桨加工专用机床对螺旋桨桨毂、叶根数控加工工作时误差和不稳定性，不适合大型螺旋桨芯轴安装3)安装人员多，自动化程度低，对中调整困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，以解决上述背景技术中提出的对螺旋桨芯轴安装过程中，人工安装大吨位螺旋桨的安全性和可靠性问题，通过节约安装时间，提高自动化程度节省成本，降低工人的安装难度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，该芯轴包括设有螺纹段的中心轴以及阶梯轴，安装装置包括，
工作台，包括具有一定高度的工作台面，该工作台面的中心开设有安装孔，工作台面用于承载螺旋桨，而芯轴能够穿过螺旋桨的中心孔以及工作台面的安装孔；
旋转锁紧装置，包括旋转机构，该旋转机构容纳具有胀紧套的锥形块或十字结构螺母，旋转机构可以驱动十字结构螺母旋紧在芯轴的螺纹上；
升降装置，该升降装置位于工作台下方，旋转锁紧装置放置在升降装置的支撑柱的顶端，该升降柱驱动旋转机构上的胀紧套从下往上靠近螺旋桨中心孔，所述锥形块的胀紧套可以固定在螺旋桨中心孔的下端的外廓，并且十字结构螺母将锥形块顶紧在螺旋桨中心孔内。
进一步的，中心轴的阶梯轴插入螺旋桨的中心孔内，该中心轴的上端预装有一锥形块，当芯轴装入螺旋桨内时，该预设的锥形块固定在螺旋桨中心孔的上端外廓。
进一步的，还包括快速辅助对中定位装置，该快速辅助对中定位装置包括激光雷达传感器和V型块，所述激光雷达传感器布置在平台座的边角上，工作台的圆形底盘座设置有平行的两条轨道，圆形底盘座的中心孔位于两条轨道之间，所述轨道上设有V型块，该V型块布置在中心孔的两侧，两个V型块在轨道上能够同步滑动从而夹紧位于工作台面上的螺旋桨，同时进行对中校正。
进一步的，还包括设置于工作台之下的直线轨道，该直线轨道包括滑动设置在直线导轨上的底座，并且在直线导轨的两端均设有挡块，当底座到达位于工作台以外的挡块位置时，可以放置锥形块或十字结构螺母到旋转锁紧装置上，当底座到达位于工作台之内的挡块位置时，锥形块或十字结构螺母与所述芯轴同轴。
进一步的，所述升降装置包括法兰柱，法兰柱布置在直线轨道的底座上，法兰柱内设有液压千斤顶与支撑柱，其中液压千斤顶设置于底座的中心位置，所述支撑柱的上端面设置有改装平面轴承。
进一步的，所述改装平面轴承固定在支撑柱上端开设的阶梯圆孔台阶处，松环的尺寸大于紧环，松环可以在改装平面轴承的滚珠上移动，用于补偿胀紧套或十字结构螺母与芯轴的同轴度误差。
进一步的，所述旋转机构包括蜗轮蜗杆旋转工作台，该蜗轮蜗杆旋转工作台的输出端连接十字卡槽，该十字卡槽设有阶梯孔，该阶梯孔用于容纳锥型块或十字结构螺母。
进一步的，十字卡槽的外缘上设置有圆柱形槽孔，所述十字结构螺母的外缘沿轴向伸出与所述槽孔位置相匹配的圆柱突起，当十字结构螺母安装在旋转锁紧装置上时，十字结构螺母的圆柱突起落入十字卡槽的圆柱形槽孔内，所述蜗轮蜗杆旋转工作台通过十字卡槽将十字结构螺母旋紧在芯轴上。
进一步的，所述旋转锁紧装置还包括承载底座，该承载底座通过套有弹簧的导柱连接上模板，所述上模板上固定安装蜗轮蜗杆旋转工作台。
进一步的，所述工作台还包括掉头装置，该掉头装置通过横梁连接平台支撑机构，掉头装置包括梯子，在梯子与工作台面的端面设均有半圆柱形槽孔，该圆柱形槽孔用于容纳十字结构螺母圆柱突起，从而将装配后的螺旋桨调水平。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
(1)本发明设计一种新的螺旋桨芯轴安装与掉头平台，解决大型螺旋桨芯轴安装过程中对中调整困难的技术问题，提供一种新型的数据采集系统，使螺旋桨能够准确调整位置，设计结构简单，操作方便，可快速完成工作，提高工作效率。
(2)本发明实现对不同孔径大小螺旋桨的芯轴安装，特别是大型船用螺旋桨芯轴的安装，具有很强的柔性特征。
(3)本发明通过升降装置和旋转锁紧装置对芯轴上大型锥形块和大型螺母实现自动化安装，解决了锥形块和螺母在安装过程中与芯轴难同心的问题，降低工作人员的工作难度，保证了芯轴安装的安全性和易操作性。
(4)本发明通过横梁将直线轨道焊接到工作台下部形成一个整体结构，方便工作台的定位，采用推拉式的从外部放置锥形块和螺母，自动移送至安装中心位置，操作简便快速。
(5)本发明通过半圆柱形槽和十字结构的螺母，利用杠杆原理，实现对螺旋桨和芯轴的快速吊平，结构简单、节省成本、施工方便。
附图说明
图1为一种柔性船用螺旋桨芯轴安装装置的结构示意图
图2为图1中工作台3的结构示意图
图3为图1中快速辅助对中定位装置4的结构示意图
图4为图3中V型块4-2运动装置的结构示意图
图5为图1中直线轨道5的结构示意图
图6为图1中升降装置6的剖面结构示意图
图7为图1中旋转锁紧装置7的结构示意图
图8为图一中芯轴1的结构示意图
图中附图标记说明：
1芯轴；1-1中心轴；1-2锥形块；
2螺旋桨；
3工作台；3-1平台支撑机构；3-2平台座；3-3掉头装置；3-4圆形底盘座；3-3-1半圆柱形槽孔；3-3-2梯子；3-3-3横梁；
4快速辅助对中定位装置；4-1传感器防护盖；4-2V型块；4-3激光雷达传感器；4-4滑杆；4-5传感器支座；4-6直线导轨；4-7滚珠丝杠；4-8支持架；4-9带轮；4-10同步带；4-11电机；4-12螺栓；4-13电机座；4-14联轴器；4-15滑块；
5直线轨道；5-1槽钢梁；5-2底座；5-3步进电机；5-4控制器；5-5滚轮；5-6直线导轨；5-7挡块；5-8槽钢；5-9轴；5-10带轮；5-11同步带；5-12带轮防护装置；
6升降装置；6-1液压千斤顶；6-2法兰柱；6-3支撑柱；6-4改装平面轴承；
7旋转锁紧装置；7-1承载底座；7-2弹簧；7-3导柱；7-4导套；7-5上模板；7-6十字卡槽；7-7锥形块；7-8胀紧套；7-9十字结构螺母；7-10蜗轮蜗杆旋转工作台；7-11伺服电机；7-12螺栓螺母；
具体实施方式
下面将结合发明实施中的附图，对本发明实施中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实中施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种柔性船用螺旋桨芯轴安装的装置，其包括：芯轴1、工作台3、快速辅助对中定位装置4、直线轨道5、升降装置6、旋转锁紧装置7、控制系统8。
再者，本发明中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「左」、「右」、「左上」、「左下」、「右上」、「右下」、「前」、「后」等，仅是参考附图式的方向。因此，使用方向用语是用于说明及理解本发明，而非用于限制本发明。
参照图1所示，为一种柔性船用螺旋桨芯轴安装装置的整体结构立体布置示意图，主要包括芯轴1、工作台3、快速辅助对中定位装置4、直线轨道5、升降装置6、旋转锁紧装置7、控制系统8。其中工作台3布置在地面上，工作台3下部布置有直线轨道5、直线轨道5上部布置有升降装置6，升降装置6上部布置有旋转锁紧装置7，工作台3上部布置有快速辅助对中定位装置4。
参照图2所示，工作台3包括平台支撑机构3-1、平台座3-2、掉头装置3-3、圆形底盘座3-4、半圆柱形槽孔3-3-1、梯子3-3-2、横梁3-3-3。其中平台支撑机构3-1布置在地面上支撑整个机构，平台支撑机构3-1左边布置掉头装置3-3，掉头装置3-3由半圆柱形槽孔3-3-1、梯子3-3-2、横梁3-3-3组成，梯子3-3-2布置在掉头装置3-3左边，方便工人在一侧观察操作。半圆柱形槽孔3-3-1布置在掉头装置3-3上部靠近边缘的位置，用于对螺旋桨进行吊平，平台座3-2根据旋转锁紧装置7大小开有正方形槽孔，平台座3-2上部布置圆形底盘座3-4，圆形底盘座3-4开有中心孔，根据螺旋桨内外径设置中心孔的直径，适应一系列尺寸的螺旋桨的，圆形底盘座3-4中心孔两边铣有轨道槽。
参照图3和图4所示，快速辅助对中定位装置4包括传感器防护盖4-1、V型块4-2、激光雷达传感器4-3、滑杆4-4、传感器支座4-5、直线导轨4-6、滚珠丝杠4-7、支持架4-8、带轮4-9、同步带4-10、电机4-11、螺栓4-12、电机座4-13、联轴器4-14、滑块4-15。其中圆形底盘座3-4四周布置四个激光雷达传感器4-3，激光雷达传感器4-3可以通过滑杆4-4进行上下调整。圆形底盘座3-4轨道槽中布置直线导轨4-6，通过滑块4-15与V型块4-2连接，通过电机4-11带动滚珠丝杠4-7对V型块4-2进行位置调整。电机座4-13固定在平台座3-2上，通过螺栓4-12固定，V型块4-2两边同时布置有滚珠丝杠4-7，电机4-11通过联轴器4-14与滚珠丝杠4-7连接，滚珠丝杠4-7通过支持架4-8支撑，支持架4-8前布置有带轮4-9，通过同步带4-10使两个滚珠丝杠4-7同时运动。
参照图5所示，直线轨道5包括槽钢梁5-1、底座5-2、步进电机5-3、控制器5-4、滚轮5-5、直线导轨5-6、挡块5-7、槽钢5-8、轴5-9、带轮5-10、同步带5-11、带轮防护装置5-12。其中槽钢梁5-1布置在平台支撑机构3-1下部，支撑工作台3下部的装置，槽钢梁5-1上部垂直布置槽钢5-8，槽钢梁5-1与槽钢5-8通过螺栓螺母连接，便于调节位置，槽钢5-8上部布置直线导轨5-6。直线导轨5-6两端布置有挡块5-7，右边两个挡块5-7用来定位，左边两个挡块5-7防止滚轮5-5滑出，滚轮5-5通过带轮5-10和同步带5-11与步进电机5-3连接，控制器5-4控制步进电机5-3使装置来回移动，步进电机5-3和控制器5-4布置在底座5-2上，通过螺栓螺母连接。
参照图6所示，升降装置6包括液压千斤顶6-1、法兰柱6-2、支撑柱6-3、改装平面轴承6-4。其中液压千斤顶6-1布置在底座5-2中心位置，液压千斤顶6-1是电磁换向阀控制，法兰柱6-2布置在底座5-2上，法兰柱6-2一侧留有槽孔便于液压千斤顶6-1接线，法兰柱6-2上部布置支撑柱6-3，支撑柱6-3和法兰柱6-2通过轴孔配合上下运动，起到引导作用。不工作时，支撑柱6-3支撑座部分降落到法兰柱6-2上部，不与液压千斤顶6-1接触，支撑柱6-3支撑座上部开有阶梯圆孔，阶梯圆孔中布置有改装平面轴承6-4，改装平面轴承6-4紧环布置在支撑柱6-3上部阶梯圆孔台阶处，松环要比紧环大，使松环可以在改装平面轴承6-4的滚珠上前后左右移动，松环与上部承载底座7-1连接。
参照图7所示，旋转锁紧装置7包括承载底座7-1、弹簧7-2、导柱7-3、导套7-4、上模板7-5、十字卡槽7-6、锥形块7-7、胀紧套7-8、十字结构螺母7-9、蜗轮蜗杆旋转工作台7-10、伺服电机7-11、螺栓螺母7-12。其中承载底座7-1布置在改装平面轴承6-4上，承载底座7-1上部开有中心孔防止中心轴1-1发生干涉，承载底座7-1四个角处布置有四个导柱7-3，四个导柱7-3上分别布置弹簧7-2，弹簧7-2上布置导套7-4，导套7-4与上模板7-5连接，上模板7-5上布置蜗轮蜗杆旋转工作台7-10，通过螺栓螺母7-12连接，蜗轮蜗杆旋转工作台7-10为中空结构，蜗轮蜗杆旋转工作台7-10上部布置十字卡槽7-6，十字卡槽7-6四个方向开有圆柱形槽孔，十字卡槽7-6开有阶梯孔，十字卡槽7-6上部布置十字结构螺母7-9，十字结构螺母7-9四个凸出部分放置在十字卡槽7-6圆柱形槽孔处，十字结构螺母7-9上部有阶梯孔，十字结构螺母7-9上部类似法兰结构处没有螺纹，十字结构螺母7-9和锥形块7-7是分别安装的，锥形块7-7内部布置胀紧套7-8，锥形块7-7布置在十字卡槽7-6阶梯孔台阶上。
参照图8所示，芯轴1包括中心轴1-1、锥形块1-2。其中中心轴1-1两端开有通孔，锥形块1-2与中心轴1-1通过配合关系连接，中心轴1-1另一端开有螺纹。
参照图1-8所示，通过安装装置安装芯轴的工作原理如下：
启动行车，对螺旋桨2进行吊装，使用吊带等装置通过吊装螺旋桨2叶根部，将吊车运动到工作台3正上方，螺旋桨2缓慢下降，桨毂下部进入激光雷达传感器4-3的工作区域，平台座3-2上的四个激光雷达传感器开始数据采集，获取螺旋桨2处于平台座3-2的相对位置，通过在控制系统8屏幕上显示详细数据信息，调整螺旋桨2位置，电机4-11工作，带动V型块4-2向圆形底盘座3-4中心处运动，引导螺旋桨2进行中心校正，最终螺旋桨放置到工作台3上。
吊装芯轴1，通过行车将芯轴1运动到工作台3正上方，行车竖直下降使芯轴1下落进螺旋桨2中心孔中，通过锥形块1-2外锥度与螺旋桨2内孔进行中心校正，最终芯轴1下滑到螺旋桨2内部。
将锥形块7-7放置到十字卡槽7-6的阶梯台阶上，锥形块7-7内装有液压胀紧套7-8，通过控制系统8发送信号给控制器5-4，步进电机5-3开始工作，将装置移动到工作台3内部，通过挡块5-7定位，步进电机5-3停止工作，滚轮5-5处于自锁状态。升降装置6开始工作，液压千斤顶6-1开始顶升，推动支撑柱6-3沿着法兰柱6-2内壁上升，承载底座7-1通过下部改装平面轴承6-4可以进行前后左右调整，当锥形块7-7上升到与芯轴1下端面接触时，通过倒角自动引导锥形块7-7嵌入芯轴1，锥形块7-7进入芯轴1，当锥形块7-7上升到螺旋桨2内孔中时，锥形块7-7锥面与螺旋桨2内孔顶紧，根据压力传感器传来数据信号，升降装置6停止上升，然后液压胀紧套7-8将锥形块7-7抱死在中心轴1-1上，升降装置6下降回到初始位置。
将十字结构螺母7-9四个凸出部分放置到十字卡槽7-6四个圆柱形槽孔中，步进电机5-3将装置移动到工作台3内部，通过挡块5-7定位，步进电机5-3停止工作，滚轮5-5处于自锁状态，采用安装锥形块7-7同样方式，升降装置6上升，通过倒角自动引导十字结构螺母7-9与中心轴1-1配合，上升到螺纹处，升降装置6停止工作，伺服电机7-11开始工作，使蜗轮蜗杆旋转工作台7-10带动十字卡槽7-6旋转，十字卡槽7-6带动十字结构螺母7-9旋转，十字结构螺母7-9开始旋入中心轴1-1上，上模板7-5下的弹簧7-2起到支撑作用，螺纹旋转的上升力带动蜗轮蜗杆旋转工作台7-10上升，通过导柱7-3进行引导上升，弹簧7-2复位，十字结构螺母7-9锁紧锥形块7-7，扭矩传感器传来数据信号，伺服电机7-11停止工作，旋转锁紧装置7和升降装置6下降，回到安全位置。
行车将芯轴1与螺旋桨2一同吊起，将整体装置移动到工作台3的掉头装置3-3处，芯轴1下端移到掉头装置3-3的半圆柱形槽孔3-3-1正上方略高位置，然后缓慢下降，使十字结构螺母7-9的任意两个正对的圆柱突起嵌入半圆柱形槽孔3-3-1内，然后行车通过调整芯轴1上部高度，利用杠杆原理以半圆柱形槽孔3-3-1为支点，行车吊装的一端下降，另一端上升，使芯轴1和螺旋桨2的一体处于水平，然后用行车吊装芯轴1另一端，螺旋桨2完成水平吊装。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，所述芯轴包括设有螺纹段的中心轴以及阶梯轴，其特征在于，所述安装装置包括，
工作台，包括具有一定高度的工作台面，该工作台面的中心开设有安装孔，工作台面用于承载螺旋桨，而芯轴能够穿过螺旋桨的中心孔以及工作台面的安装孔；
旋转锁紧装置，包括旋转机构，该旋转机构容纳具有胀紧套的锥形块或十字结构螺母，旋转机构能够驱动十字结构螺母旋紧在芯轴的螺纹上；
升降装置，该升降装置位于工作台下方，旋转锁紧装置放置在升降装置的支撑柱的顶端，该支撑柱驱动旋转机构上的胀紧套从下往上靠近螺旋桨中心孔，所述锥形块的胀紧套能够固定在螺旋桨中心孔的下端的外廓，并且十字结构螺母将锥形块顶紧在螺旋桨中心孔内；
所述中心轴的阶梯轴插入螺旋桨的中心孔内，该中心轴的上端预装有一锥形块，当芯轴装入螺旋桨内时，该预装的锥形块固定在螺旋桨中心孔的上端外廓；
所述旋转机构包括蜗轮蜗杆旋转工作台，该蜗轮蜗杆旋转工作台的输出端连接十字卡槽，该十字卡槽设有阶梯孔，该阶梯孔用于容纳锥形块或十字结构螺母；
所述十字卡槽的外缘上设置有圆柱形槽孔，所述十字结构螺母的外缘沿轴向伸出与所述槽孔位置相匹配的圆柱突起，当十字结构螺母安装在旋转锁紧装置上时，十字结构螺母的圆柱突起落入十字卡槽的圆柱形槽孔内，所述蜗轮蜗杆旋转工作台通过十字卡槽将十字结构螺母旋紧在芯轴上。
2.如权利要求1所述的一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，其特征在于，还包括快速辅助对中定位装置，该快速辅助对中定位装置包括激光雷达传感器和V型块，所述激光雷达传感器布置在平台座的边角上，工作台的圆形底盘座设置有平行的两条轨道，圆形底盘座的中心孔位于两条轨道之间，所述轨道上设有V型块，该V型块布置在中心孔的两侧，两个V型块在轨道上能够同步滑动从而夹紧位于工作台面上的螺旋桨，同时进行对中校正。
3.如权利要求1所述的一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，其特征在于，还包括设置于工作台之下的直线轨道，该直线轨道包括滑动设置在直线导轨上的底座，并且在直线导轨的两端均设有挡块，当底座到达位于工作台以外的挡块位置时，能够放置锥形块或十字结构螺母到旋转锁紧装置上，当底座到达位于工作台之内的挡块位置时，锥形块或十字结构螺母与所述芯轴同轴。
4.如权利要求3所述的一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，其特征在于，所述升降装置包括法兰柱，法兰柱布置在直线轨道的底座上，法兰柱内设有液压千斤顶与支撑柱，其中液压千斤顶设置于底座的中心位置，所述支撑柱的上端面设置有改装平面轴承。
5.如权利要求4所述的一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，其特征在于，所述改装平面轴承固定在支撑柱上端开设的阶梯圆孔台阶处，松环的尺寸大于紧环，松环能够在改装平面轴承的滚珠上移动，用于补偿胀紧套或十字结构螺母与芯轴的同轴度误差。
6.如权利要求1所述的一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，其特征在于，所述旋转锁紧装置还包括承载底座，该承载底座通过套有弹簧的导柱连接上模板，所述上模板上固定安装蜗轮蜗杆旋转工作台。
7.如权利要求1所述的一种柔性船用螺旋桨的芯轴安装装置，其特征在于，所述工作台还包括掉头装置，该掉头装置通过横梁连接平台支撑机构，掉头装置包括梯子，在梯子与工作台面的端面设均有半圆柱形槽孔，该圆柱形槽孔用于容纳十字结构螺母圆柱突起，从而将装配后的螺旋桨调水平。
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