高精度軌道調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)以及調(diào)節(jié)支座的固定三個(gè)方面進(jìn)行了闡述，通過(guò)圖示、分析和實(shí)例說(shuō)明了兩種機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣，并得出了在高精度、高速度和動(dòng)載荷軌道設(shè)計(jì)施工中宜采用分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，而不宜采用斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)。關(guān)鍵詞：軌道；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；鎖緊Abstract：Thearticleisepoundedfromtherangeofrailadjustion,therailstraightness,theadjustablelevelnessmechanismandthefixationofadjustablebearing.Itexplainstheadvantageanddisadvantageoftwomechanismbydiagram,analysisandexamples,andgetsthedetachedadjustablelockmechanismusedinthehighprecision,highspeedanddynamiclockraildesignconstruction,butnotadaptableforadjustableinclinedblocktypelockmechanism.Keywords：track；regulatemechanism；locking1 .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(chē)高速穩(wěn)定運(yùn)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(jī)構(gòu)和測(cè)量基準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)水池一般采用斜塊調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，輔以水準(zhǔn)槽測(cè)量工藝，其軌道精度基本能滿足拖曳運(yùn)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(gè)方面存在一定的問(wèn)題，影響軌道的精度和穩(wěn)定性。本文通過(guò)分析對(duì)比，提出一種適合水池軌道調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)很好的解決了斜塊調(diào)整鎖緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用效果良好。2 .兩種調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)的工作原理2.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)1）軌道直線度調(diào)節(jié)通過(guò)直線度調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行左右調(diào)節(jié)，由螺栓上的螺母進(jìn)行緊固放松;2）水平度調(diào)節(jié)主要是通過(guò)水平度調(diào)節(jié)螺栓對(duì)斜塊進(jìn)行左右調(diào)節(jié)，利用斜塊錯(cuò)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(jìn)行緊固放松。效果圖如圖82所示水平度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直線度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)預(yù)埋基礎(chǔ)圖2分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)圖1斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)2.2. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)1）軌道直線度調(diào)節(jié)主要是通過(guò)水平支架兩側(cè)的側(cè)向扣座和螺母對(duì)軌道進(jìn)行左右調(diào)節(jié);2）水平度調(diào)節(jié)主要是通過(guò)軌底支撐板上下調(diào)整，通過(guò)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(dǎo)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(jī)構(gòu)受其斜面角度的限制，垂直調(diào)節(jié)量一般不超過(guò)土5mm,水平調(diào)節(jié)量不超過(guò)土10mm,顯然滿足不了要求。分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)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(zhǎng)度，一般可達(dá)士25mm,垂向調(diào)節(jié)取決于垂直螺桿頭與拖車(chē)抱軌器和導(dǎo)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(dá)士32mm（如圖3所示）。X7：預(yù)埋根616圖3分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)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(jī)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(gè)因素：第一是螺紋的牙型，細(xì)牙優(yōu)于粗牙，越是細(xì)牙螺紋，具鎖緊防松作用就越好。第二是鎖緊螺母擰緊時(shí)，在被鎖緊的螺桿上產(chǎn)生的最大拉力在螺桿上相應(yīng)的長(zhǎng)度。很顯然，螺桿上產(chǎn)生最大拉力的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，鎖緊防松的效果越好。因此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用螺母防松一般用在受拉螺桿上。對(duì)于受壓螺桿來(lái)說(shuō),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(duì)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(jī)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(jī)構(gòu)受力示意圖1) (a)是螺桿2上不受力時(shí)，用螺母1鎖緊，在螺桿2上產(chǎn)生拉力的大小和長(zhǎng)度；2) (b)是沒(méi)有螺母1起作用，僅螺桿2左右調(diào)節(jié)軌道時(shí)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(shí)，螺桿2上產(chǎn)生力的疊加圖，其受拉的長(zhǎng)度已經(jīng)減短；4) (d)是軌道受側(cè)向干擾附加在螺桿2上的壓力；5) (e)是(c)+(d)的結(jié)果。很顯然，螺桿2上受拉力的長(zhǎng)度更短了。6)圖4中BC段的實(shí)際長(zhǎng)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(chē)對(duì)軌道的水平側(cè)向干擾壓力為15KN的話(40t重的拖車(chē)產(chǎn)生0.075g的橫向動(dòng)載時(shí)，在單個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)度更短，螺紋僅剩12扣，根本起不到防松效果。4.3. 分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)橫向調(diào)節(jié)受力分析如圖5所示，螺桿始終處于受拉狀態(tài)。圖5分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)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?yàn)?82mm2) (a)是軌道不受外力情況下，用螺母鎖緊時(shí)，在螺桿上產(chǎn)生拉力的大小和長(zhǎng)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(zhǎng)度；它的出現(xiàn)不僅沒(méi)有使螺桿產(chǎn)生壓力，反而使拉力增加一倍。這充分說(shuō)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(jī)構(gòu)鎖緊力的分析5.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)垂向調(diào)節(jié)受力分析1)詳見(jiàn)圖4,該機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)高低的斜形塊角度為14。，當(dāng)鋼軌承受垂直向下壓力為F(AC)時(shí)，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(chē)單輪的下壓力為150KN，則上斜形塊上產(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(gè)力分別作用在調(diào)高低螺栓4左和4右的末端，對(duì)螺栓均產(chǎn)生向外壓的作用。很顯然，這兩個(gè)力的產(chǎn)生和作用不是加強(qiáng)，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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中把斜角設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)。4)高精度軌道水平度的要求為±0.1mm。這種高低調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)整時(shí)可以調(diào)整到這一要求。如果不做試驗(yàn)，也就是說(shuō)沒(méi)有動(dòng)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(jìn)行試驗(yàn)，有動(dòng)態(tài)荷載的情況下，會(huì)對(duì)斜形塊產(chǎn)生時(shí)有時(shí)無(wú)、時(shí)大時(shí)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(huì)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(jī)構(gòu)垂向調(diào)節(jié)受力分析1) 詳見(jiàn)圖5，當(dāng)軌道承受垂直向下的壓力時(shí)，直接作用在軌底支撐板下2個(gè)承壓螺母上，只要螺母的螺紋承壓力設(shè)計(jì)足夠，其防松效果更好；2) 只有垂直力，沒(méi)有分力，軌道不會(huì)產(chǎn)生橫向滑移；3) 當(dāng)瞬間車(chē)輪載荷過(guò)后，軌道會(huì)產(chǎn)生向上反彈力(很小)，另一方面高速導(dǎo)向輪運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生上拔力。此時(shí)由垂直螺桿上方的2個(gè)扣板和壓緊螺母克服。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(jī)構(gòu)無(wú)論在什么狀態(tài)下，都處于螺桿受拉，螺母受壓狀態(tài)，對(duì)軌道水平度為±0.1mm的要求能長(zhǎng)久保持。6 .調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)的錨固分析6.1. 斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)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(gè)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(gè)力顯然是不足的。2) 當(dāng)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(shí)，調(diào)節(jié)支座就有可能在1mm(極限狀態(tài)時(shí))范圍內(nèi)移動(dòng)。調(diào)節(jié)支座移動(dòng)了，軌道的精度就無(wú)法保證了，軌道士0.2mm直線度的要求在動(dòng)態(tài)條件下時(shí)難以保證。3）調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)底座為平面，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(jī)構(gòu)的錨固分析6.3. 節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)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(shí)現(xiàn)。2）埋設(shè)簡(jiǎn)便，易控制埋設(shè)進(jìn)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(wú)關(guān)。調(diào)整到位后，通過(guò)上下螺母鎖緊，在動(dòng)態(tài)條件下能長(zhǎng)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(guò)兩側(cè)螺母鎖緊，在動(dòng)態(tài)條件下能長(zhǎng)久保持。7 .兩種調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)性能比較通過(guò)圖樣，工作原理及受力狀態(tài)的定性、定量分析，現(xiàn)歸納兩種調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)性能如下表。調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)性能表在舁廳P性能斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)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(fù)調(diào)整，檢修頻繁長(zhǎng)久，檢修周期長(zhǎng)4過(guò)載性過(guò)載引起變化大過(guò)載后無(wú)變化5防松性差好6受力分析復(fù)雜簡(jiǎn)單7振動(dòng)性接觸面多，引起振動(dòng)因素多，控制難度大接觸面少，振動(dòng)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(guò)以上分析，在高精度、高速度、大載荷（動(dòng)載）軌道設(shè)計(jì)中宜采用本文中所說(shuō)的分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，不宜采用斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)。分離式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)主要用于中國(guó)航空救生研究所及兵器051基地等超音速運(yùn)行火箭撬試驗(yàn)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)適應(yīng)性改進(jìn)，目前已成功應(yīng)用于上海交大船模拖曳水池和國(guó)家海洋氣象試驗(yàn)基地綜合試驗(yàn)水池，使用表明，該機(jī)構(gòu)在軌道精度、軌道穩(wěn)定性、后期維護(hù)等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的斜塊式調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)。參考文獻(xiàn)：1 楊興邦.XB高精度火箭撬試驗(yàn)滑軌J.中國(guó)工程科學(xué)，2000,10(2):99-104；2 徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版第三卷聯(lián)接與緊固.機(jī)械工業(yè)出版社，2001，6，ISBN7-111-02389-73 郭欣，李廣年，勞展杰.船模水池拖車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析J.船海工程，2013，42(3)