1概述
1.1 引言
在核电站中，现有联轴器安装方式大量采用过盈配合。在设备维修过程中，对联轴器拆装是检修难度之一。本文以田湾核电站核岛设备维修为背景，针对联轴器拆装工艺的优化和设计。
1.2 现状分析
带联轴器设备（容积与硼酸控制系统KBA52/53/90等）的解体大修过程中，半联轴器的拆装工作也很重要，迄今为止半联轴器拆卸使用下面几种方法。
1)直接使用拉马
这种方法只适用于非常小过盈配合的半联轴器，此方式受设备安装位置的限制，不仅工作效率低，人力资源投入较大，而且具有较高的人员安全和设备安全质量风险
2)使用油浴加热、焊枪烘烤或烤炉加热的方式
将轮毂放入高闪点的油中进行油浴加热、焊枪烘烤或烤炉来加热，存在加热时间长、加热不均匀和作业现场不方便等缺点，加热完后，采用液压拉马进行拆卸，由于短时间内加热达不到拆卸所需要求，同样增加了检修难度和工作强度，而且拉马拆卸过程中，联轴器处于热态、温度不均匀，有一定的人员和设备安全风险隐患存在，也不适用于核电站工作场所。
2 结构设计
结合功能需求，将半联轴器加热拆装设备的结构设计分为电磁感应加热和液压拉杆两部分。
2.1 电磁感应加热装置
电磁感应加热装置主要结构包括：电器控制主机箱一台（额定功率：20KW、额定电压：380V三相）、电磁加热毯（630mm×100mm、350mm×100mm）、半联轴器端部加热毯（φ110mm×φ220、φ200mm×φ380mm）、测温传感器一只和双层移动工具柜一辆。主机箱主要模块均采用具有国际先进水平的进口元器件，如感应加热电源部分采用原装西门子英飞凌双单元模块与1只一单元模块相结合，高压整流部分（IGBT：功率管通过低电流信号控制大电流的通断）采用原装日本富士的整流模块。
耐高温电磁加热毯采用高温电磁导线制作。耐高温电磁加热毯的安装示意图如图1所示，耐高温电磁加热毯与电器箱采用快速链接，以方便加热不同的联轴器而快速更换，方便维修人员现场操作，同时所有的耐高温电磁加热毯可以放置在电器控制箱专用区域，使产品移动更加方便，整机线路布置进行了优化性设计，布局合理、性能稳定。
2.2 液压拉杆拆装装置
液压拉杆拆装装置主要结构包括：液压缸、带导向槽圆盘和凸台、双头螺杆、螺母和垫片。
液压缸的最大拉拔能力[3]为150KN，工作行程为250mm，工作压力为70MPa。液压缸与凸台采用螺纹连接，凸台与带导向槽圆盘通过4个螺钉固定定位，拉杆为双头螺杆，一端通过螺母垫片连接在带导向槽圆盘上，另一端通过螺母垫片连接半联轴器端部孔进行半联轴器拆装。液压拉杆采用一定的精度配合，满足工作时的要求；双头螺杆通过半联轴器端部螺纹孔的最小尺寸为设计标准，通过材料选择和应力分析，达到满足半联轴器的拆装。
整套装置主要结构形式是先将液压拆装装置中四根拉杆分别通过螺母垫片连接半联轴器端部孔，然后通过耐高温电磁加热毯对半联轴器进行加热，当温度达到一定程度时，采用液压拉杆工具进行拆装。其中导向槽为可调位置的条形孔，双头螺杆可根据半联轴器端部孔的孔心距调整安装位置，可拉拔工件外径为25mm-380mm；电磁加热毯可以实现不同尺寸半联轴器的加热功能，通过螺母和垫片调整，从而实现不同尺寸半联轴器的拆装。
3 关键位置强度校核
通过分析,液压拉拔拆装装置关键位置强度校核在带导向槽圆盘中导向槽受剪切应力校核和拉杆的抗拉强度校核。
3.1 圆盘导向槽的剪切应力校核
液压拉拔器工作时，液压缸拉拔力F1=150KN，拉杆通过垫片和螺母固定在带导向槽圆盘的导向槽上，导向槽两边承受所有载荷，拉杆直径为d1=15mm，所以导向槽宽度取值为20mm，垫片直径取d2=50mm。
圆盘单个导向槽所受最大剪切应力：Fmax=F1/4=37.5KN
截面面积为：A1=π（l1-l2）h （5-1-1）
所以圆盘导向槽所受的最大剪应力为：τmax=Fmax/A1= Fmax/π（l1-l2）h （5-1-2）
最大剪切应力满足条件[4]：τmax≤[τ-1]= τ-1/4 （5-1-3）
其中（l1-l2）为圆盘承受剪切力的有效周长；h为带导向槽圆盘的厚度；τ-1为剪切疲劳极限155MPa；
将数据代入式（5-1-2）和（5-1-3）计算：（37.5×103）/（115.84×10-3×h）≤（τ-1/4=155×106），得出h≥8.35mm，取h=15mm。
综上可得，带导向槽圆盘选用45钢，厚度为15mm时，满足液压拉拔器工作时所需要求。
3.2 拉杆的抗拉强度校核
根据材料受力强度理论[4]，在拉杆在拉拔过程中其强度条件为：
σ≤[σb]= σb/S （5-2-1）
式中，σ为液压拉杆工作时拉杆的抗拉强度，σ=F2/A2；S为拉杆稳定性安全系数，由参考资料[1]第87页表5-10可知，S=2.5—4.0，取S=4。
F1为液压装置的最大拉拔力： F1=150KN；
F2为单个拉杆的最大拉拔力： F2=F1/4=37.5KN；
F3为半联轴器和轴之间的最大静摩擦力： F3=G×μ； （5-2-2）
不锈钢和不锈钢之间的摩擦系数为[4]：μ=0.01~0.02，有时也取0.1~0.2，这里μ取0.1，通过对半联轴器的计算得出：
G=mg=ρvg=7.8×4.36×103×9.8=333KN （5-2-3）
代人式（5-2-1）得出：F3=333×0.1=33KN，比较F2＞ F3，满足液压拉杆工作时拉杆将半联轴器拉出。
截面面积为：A2=πD2/4=（3.14×15×15）/4 （5-2-4）
所以拉杆所受的最大拉应力为：σmax=F2/A2=（37.5×103）/（176.625×10-6）=212.3MPa
由σmax=212.3MPa≤[σb]= σb/S=980/4=245MPa
综上所述，拉杆材料选用用40Cr，直径为φ15能满足强度要求。
4 结论
半联轴器加热拆装设备在功能上满足了半联轴器拆装的维修要求，优化了现有的维修工艺。通过设备现场的使用，不断改进和总结，该设备具有广泛的实用性和高效性。设备现场使用后，通过电站认证，可拓展与推广使用，使维修操作更加机械化、程序化、安全化。
【参考文献】
[1] 郭仁生. 《机械设计基础》[第2版]，北京:清华大学出版社,2006.01.01 .（314-318）
[2] KBA90AP001运行手册E; 《RESEARCH AND PRODUCTION AMALGAMATION
OF HYDRAULIC MACHINES》.（30-31）
[3] 王光大. 《机械工程师手册》. 北京：机械工业出版社.2007.03. （189-192）
[4] 刘鸿文. 《材料力学》（第五版）.高等教育出版社. 2011.01.01. （101-134）
论文作者:李强
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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