CMN-1型水轮机转轮叶片随形磨削机是兰州铁道学院与甘肃省电力局于90年代初共同研制的用于对大型混流式水轮机转轮进行现场检修的新型设备，由内、外磨削机组成。近年来在生产现场使用该设备样机的过程中，发现了这套样机的一些不足之处，这对设备的正常工作有一定的影响，因而急需改进和完善。其中作为内磨削机重要组成部分的大臂-刀架系统(含大臂轴箱、关节Ⅱ、小臂轴箱、关节Ⅰ、刀架底座与刀架拖板)的设计改进，便是一个值得认真研究的课题。
1 系统存在的问题 图1为CMN-1型内磨削机摇臂支座以上部分的外形图。 
图1 内磨削机局部外形图 目前，位于机中的大臂-刀架系统存在的问题主要有：①关节Ⅰ、Ⅱ的调节均为手动，调整磨头位置时耗力费时，极为不便；②刀架拖板的运动为液压驱动，因密封不严而导致漏油，由于液压管路暴露在外影响到大臂与两关节的运动灵活性；③刀架导轨的防护装置为两侧开式防护罩，其防尘效果差，一侧防护罩因为阻碍了对水轮机转轮叶片某些部位的磨削，所以在现场已被拆除；④整个大臂-刀架系统的自身质量较大，驱动大臂抬起的支承油缸要求液压系统须具有较高的系统压力，又因刀架拖板的运动、关节Ⅰ、Ⅱ的锁紧均需设置液压回路，故整个液压系统比较复杂且液压控制元件多，致使泵站体积庞大，不能与内磨削机主机联为一体，整机移动不便。
2 传动部分的改进设计 针对上述问题，提出了图2所示大臂-刀架系统传动部分的改进设计方案。 
图2 大臂—刀架系统传动部分的改进设计方案
1.微电机 2.减速器 3.小锥齿轮 4.大锥齿轮 5.传动轴 6.链轮 7.滚子链 8.链轮，9.蜗杆
10.蜗轮 11.空心轴 12.微电机 13.减速器 14.蜗杆 15.蜗轮 16.空心轴 17.调速微电机
18.减速器 19.套筒联轴节 20.传动轴 21.电磁离合器 22.齿轮轴 23.齿条 从图2可见，改进设计中调节关节Ⅰ、Ⅱ与驱动刀架拖板的传动链分别为： (1) 关节I的转动 微电机1(70YCJ15-3GKMB型，Pmax＝15 W，n1≈1 500 r/min);减速器2(70GK50K型，I2＝50);小锥齿轮3(Z3＝17);大锥齿轮4(Z4＝51);传动轴5,链轮6(Z6＝11);滚子链7(05B-1X30)，链轮8(Z8＝11);蜗杆9(Z9＝1);蜗轮10(Z10＝40);空心轴11;关节I。 (2) 关节Ⅱ的转动 微电机12(80YCJ25-3GKMB型，Pmax=25 W，n12≈1 500 r/min);减速器13(80GK300K型，I13＝300);蜗杆14(Z14＝1);蜗轮15(Z15＝50);空心轴16;关节Ⅱ。 (3)刀架拖板的移动 调速微电机17(70YCJT15-3GKMB型，Pmax＝15 W，n17＝90～1 400 r/min，减速器18(70GK75K型，I18＝75)，套筒联轴节19，传动轴20，电磁离合器21(DLM5型)，齿轮轴22，齿条(刀架拖板)23。
按照以上传动链传动时，关节Ⅰ、Ⅱ可实现表1所列的设计参数，而且刀架拖板的进给速度v进给与沿进给方向的驱动力F进给分别为1.7～26.4 mm／s和267～934 N，可保证了磨头调整与工作时的运动及动力要求。 表1 关节Ⅰ、Ⅱ的设计参数项 目关节Ⅰ关节Ⅱ机动调节转速n(r/min)90.036.0磨头相应圆周速度v(mm/s)5.28.4允许传递最大转矩T(Nm)70.698.2
另外，在改进设计中还分别将蜗杆9与蜗杆14的各一端伸出轴箱壳体并制成方柄，以供必要时手动调节关节之用。
3 锁定措施的改进设计 (1) 关节Ⅰ、Ⅱ的锁定 在原设计中，为避免磨头工作时出现振动，在关节Ⅰ、Ⅱ处采用了液压锁紧装置，即在关节调节完毕后利用液压推力压紧齿盘，使之不再可能产生相对运动。这种装置虽锁紧可靠，但却使泵站负载加重、液压管路增多，两轴箱中相关零件的加工精度提高，密封要求严格。改进设计中为简化结构、减轻质量，取消了原液压锁紧装置及液压回路，代之以机械锁定装置，即在充分利用两关节传动链中蜗杆传动自锁特性的基础上，再分别于两关节法兰盘上设置紧定螺钉、在两轴箱壳体关节一侧端面设置楔角φ=4°的环状V型槽，利用紧定螺钉端部锥面与V型槽间的摩擦力作精确锁定。由于紧定螺钉端部锥面与轴箱壳体端面V型槽间的当量摩擦系数： 
通过计算得知，这种简便的机械锁定装置是安全可靠的。
(2) 刀架拖板的锁定 在原设计中，刀架拖板的移动与锁定均依赖于液压回路完成。由于改进设计中已精简了此液压回路，故必须考虑如何避免关节调节时磨头与刀架拖板因自身质量沿刀架导轨自动下滑的问题。为解决这一问题，我们在刀架拖板的传动链中加入一电磁离合器(参看图2)，使之在调速微电机17停转时立刻处于分离状态，并抱紧齿轮轴22，起到制动器的作用，从而达到锁定刀架拖板的目的。
4 刀架导轨防护装置的改进设计 在内磨削机进行正常磨削工作时，由于磨头砂轮从水轮机转轮叶片上打下的沙尘与铁屑量极大，弥漫在整个大臂-刀架系统周围空间中，导致这一系统的工作环境十分恶劣，因而刀架导轨的防护问题也是不容忽视的。原设计中刀架导轨的防护装置为两端开式防护罩，在改进设计中，将其改为一端为封闭式防护罩，而将设置防护罩后会妨碍对叶片曲面某些部位磨削的另一端则改为带式防护装置〔1〕。后者的优点是结构紧凑、防护效果好，并可耐红热的铁屑，因此适于在此种场合下工作。
5 主要零件材料及结构的改进 在原设计中，大臂-刀架系统绝大多数零件的材料均为锻钢和铸铁，且各传动轴多采用了滑动轴承支承，从而使整个系统的自身质量较大，大大增加了驱动大臂抬起的支承油缸的系统压力。为尽可能地降低对泵站的油压要求，以便泵站可采用体积较小的齿轮泵代替体积较大、输出油压较高的叶片泵，改进设计中除了将各部分做前述改进后，还在保证强度、刚度足够的条件下将大小臂轴箱的壳体、刀架底座与刀架拖板、空心轴11、16等较大尺寸零件改用高强度铸造铝合金ZA1Zn11Si7(ZL401)制造，同时又将原两轴箱中宽径比较大的滑动轴承改为宽经比较小但承载能力高、维护简便的滚动轴承。计算结果显示，以上各种改进措施全部实施后，大臂-刀架系统将会在新增3台微电机与减速器的情况下，自身质量仍有较大幅度的降低，再加上磨头部分改进后质量的减轻，可以使驱动大臂抬起的支承油缸所需液压系统压力由2.8 Mpa降为1.9 Mpa，减小约1/3。
6 结束语 改进的设计方案弥补了原设计中大臂-刀架系统的各种缺陷与不足，且所有的改进措施均安全可靠，合理可行。
| 
