海上平台吊机液压泵安装方案优化

辜强

摘要 海上油气平台因其环境特殊性，平台会配置一台由柴油机驱动的吊机，柴油机驱动的吊机一般会配备分动箱，以满足液压系统排量和压力的需求。某海上油田柴油吊机出现分动箱和液压泵连接花键磨损失效的故障，通过系统分析，找出花键连接失效原因，并采用二分法原理优化分动箱和液压泵的装配方案，为同类情况提供故障处理方法借鉴。

关键词  吊机   分动箱  花键  装配  二分法

引言

分动箱，就是将发动机的动力进行分配的装置。海上油气平台因其环境特殊性，一般为保证吊机的可靠性，平台会配置一台由柴油机驱动的吊机，柴油机驱动的吊机一般会配备分动箱，因吊机液压系统流量和压力的需求，以及单个液压泵参数的限制和经济性考虑，海上平台柴油驱动吊机一般采用分动箱把动力传递给液压泵。

1.吊机动力分配系统简介

柴油吊机典型动力分配为：柴油机通过飞轮盘花键套把动力传递到分动箱，分动箱两个输出轴通过花键连接把动力分配到两列，一列供给液压油泵A和B,一般是给大、小钩和变幅；另外一列供给液压泵C和D，一般是带动回装系统和辅助系统。

1.1故障现象

某海上平台柴油吊机回转动作时无力，大小钩动作时出现抖动，分动箱有异响。初步判断为分动箱故障。随即对分动箱进行拆解，发现为分动箱输出齿轮与液压泵输入轴的花键配合出现问题，花键齿磨损，导致柴油机动力无法传递到液压泵，造成吊机出现问题。

1.2故障原因分析

花键连接是一种常用的机械连接形式，其磨损的原因很多，轴线对中、润滑、材料类型、工作温度和表面处理等设计参数都会影响花键连接的质量和寿命。当轴线不对中，花键在实际工作中可能只有部分（25%~50%）齿参与啮合，从而导致断齿、划痕、点蚀、塑性变形等损伤或失效，轴线不对中是花键磨损的决定性因素。

内花键齿磨损形貌和齿廓的磨损程度见图2，齿廓已经磨去2~3 mm。内花键键齿磨损部分几乎占花键齿厚的2/3，花键最后是因键齿磨损而失效，分动箱花键连接处出现过度磨损的主要原因之一是内外花键键齿之间的微动。而产生微动的根本原因是内外花键轴线不重合，花键齿面产生相对滑动，从而出现广义上的微动磨损，根据现场花键磨损情况和液压泵外花键磨损程W型可以判断，这种不重合包括轴线偏移和轴线角度不对中。

结合现场实际情况，对分动箱齿轮与液压泵花键配合轴线偏移和轴线角度不对中的原因进行排查，一般可以分为三个情况：

①内花键加工时，花键轴线和轴的旋转轴线超偏差，

②外花键加工时，花键轴线和轴的旋转轴线超偏差，

③内、外花键配合时，装配尺寸超偏差。

针对以上三种情况，分别进行排查。

首先是内花键轴线和轴的旋转轴线超偏差，针对此可能原因，查找齿轮轴制造出厂完工文件，经过检验合格出厂，内花键轴线和轴旋转中心偏差在合格范围内。对于液压泵外花键轴线和轴的旋转轴线超偏差的可能性，由于其为进口部件，无法取得相关出厂信息，但是从其串联泵后端连接的情况来看，其没有出现磨损，说明液压泵外花键轴线和轴旋转轴线公差在合格范围内。对于内外花键配合时的装配尺寸超偏差问题，通过对分动箱输出轴端面凹陷台阶的直径和液压泵输入轴端面凸缘直径的测量，测得数据如下：

尺寸（单位：毫米）	水平方向	竖直方向
分动箱凹台直径D	165.66	165.70
液压马达凸台直径d	165.12	165.11
配合间隙	0.54	0.59

从表中可以得出，内外花键配合时的装配尺寸偏差超标，导致花键磨损加剧。

2.二分法原理优化分动箱和液压泵的装配方案

对于区间[a，b]上连续不断且f（a）·f（b）<0的函数y=f（x），通过不断地把函数f（x）的零点所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，进而得到零点近似值的方法叫二分法。

此次对液压泵的装配的安装也采用二分法原理，将液压泵和分动箱的轴线调整到可接受的重合范围。先清理干净各配合面，在花键配合处加入少量锂基润滑脂，将液压泵安装到分动箱输出轴，左右用铜棒轻轻敲击，扭紧四颗螺栓力矩至50牛米。再用铜棒在顶部敲击，保证液压泵在重力作用下自然落到最低处，再扭紧螺栓力矩至80牛米，在液压泵安装面底部安装一液压千斤顶，缓慢给液压千斤顶加压，注意千斤顶不要超过0.5KN，此时液压泵可以在千斤顶作用下向上滑移，用百分表测量在液压泵顶部测量，此次百分表读数归零，然后再将液压泵轻敲击到底部，此时百分表读数为0.60mm，与测量的液压泵与分动箱的配合间隙相一致。然后再用液压千斤顶将液压泵向上顶，观察百分表读数为0.30mm时，将螺栓对称拧到标准力矩，此时液压泵与分动箱的轴线会在公差范围内，满足装配要求。

结论

根据花键传动的原理和磨损可能原因，结合磨损特征，找出是轴线偏移和角度不对中造成的磨损，进而根据现场实际情况，优化吊机分动箱和液压泵的装配方案，解决零部件形位公差造成的花键配合轴线不对中问题，提高分动箱和液压泵的装配质量，提高吊机的可靠性。

参考文献

[1] 朱孝录，胡 炜，薄文丽，等: 花键过度磨损原因分析[J].失效分析与预防，2020

[2]  马王永亮,赵广,孙绪聪,等. 航空花键研究综述[J]. 航空制造技术,2017(3):91-100.