转向舵柄的装配工装及装配方法与流程

本发明涉及喷水推进装置领域，特别涉及一种转向舵柄的装配工装及装配方法。

背景技术：

喷水推进装置是船舶等水上运输工具的一种动力装置，其通过喷水推进泵将水从船尾高速喷出从而产生喷射水流，利用喷射水流的反作用力实现船舶的推进，并可通过改变喷射水流的喷射方向实现船舶的正航、倒航、横移、斜移或原地转向等操作。喷水推进泵可以采用轴流泵(设有导叶喷嘴)。除喷水推进泵之外，喷水推进装置还包括操舵倒航机械、主轴总成、以及进流管道组件。

操舵倒航机械包括转向轴、转向舵柄和转向喷嘴。转向舵柄有三处外部接口，一部分通过螺钉和转向喷嘴固定，一部分通过销轴和转向轴连接，还有一部分和导叶喷嘴连接。转向油缸通过转向轴控制转向舵柄和转向喷嘴，从而改变喷射水流的喷射方向实现船舶的横移、斜移或原地转向等操作。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

转向舵柄有如下装配要求，转向舵柄的所有尺寸均在零件状态时加工到位，结构件成型后直接进入装配。该装配要求需要严格保证转向舵柄三个外部接口的尺寸，但三个外部接口不在一个面上，为转向舵柄的装配带来较大难度。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种转向舵柄的装配工装及装配方法，能够实现转向舵柄的装配，且能够在装配时保证转向舵柄的三个外部接口的尺寸精度。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种转向舵柄的装配工装，所述转向舵柄包括：z形板、圆柱销、l形板和矩形板，所述z形板的第一端开设有第一连接孔，所述z形板的第二端套设于所述圆柱销的第一端、且与所述l形板的第一端固定连接，所述z形板的长度延伸方向与所述l形板的长度延伸方向垂直，所述圆柱销的第二端沿横截面的直径方向开设有第二连接孔，所述l形板的长度延伸方向与所述螺纹孔的长度延伸方向重合，所述l形板的第二端与所述矩形板固定连接，所述矩形板上开设有两个第三连接孔，所述转向舵柄的装配工装包括：底板、第一圆台、第一堵塞和第二圆台，所述底板为平板且所述底板的横截面呈l形，所述底板包括相互垂直的竖向端和横向端，所述第一圆台固定于所述底板的竖向端，所述第二圆台固定于所述底板的竖向端与所述底板的横向端的连接处，所述底板的横向端开设有焊接操作窗、以及两个安装孔，所述焊接操作窗位于所述第二圆台与所述两个安装孔之间，所述第一圆台的中心设有与所述第一堵塞相配合的第一沉头孔，所述第一堵塞与所述第一连接孔相配合，所述第二圆台的中心设有第二沉头孔，所述第二沉头孔与所述圆柱销的第二端相配合，所述转向舵柄的装配工装还包括两个第二堵塞，所述安装孔与所述第二堵塞相配合，所述第二堵塞与所述第三连接孔相配合。

可选地，所述第一堵塞呈一字形，所述第一堵塞包括顺次叠加在一起的第一至第三矩形块，所述第一至第三矩形块的中心均对齐且所述第一至第三矩形块的体积顺次增大，所述第一矩形块用于卡设于所述第一沉头孔，所述第二矩形块用于卡设于所述第一连接孔。

可选地，所述转向舵柄的装配工装还包括螺栓，所述第一沉孔与所述螺栓相配合，所述第一堵塞上设有与所述螺栓相配合的螺纹孔。

可选地，所述第二堵塞呈一字形，所述第二堵塞包括顺次叠加在一起的第四至第六矩形块，所述第四至第六矩形块的中心均对齐且所述第四至第六矩形块的体积顺次增大，所述第五矩形块用于卡设于所述第三连接孔，所述l形板与所述矩形板焊接，所述l形板与所述矩形板之间的焊缝和、所述第六矩形块的长度方向垂直。

可选地，所述转向舵柄的装配工装还包括两个u型夹，所述u型夹用于夹紧所述底板与所述第二堵塞。

另一方面，提供了一种转向舵柄的装配方法，所述转向舵柄的装配方法包括：

提供z形板、圆柱销、l形板、矩形板、以及转向舵柄的装配工装，所述z形板的第一端开设有第一连接孔，所述z形板的第二端设有圆柱销孔，所述圆柱销的第一端设有台阶，所述圆柱销的第二端沿横截面的直径方向开设有第二连接孔，所述矩形板上开设有两个第三连接孔，所述转向舵柄的装配工装为权利要求1-5中任一项所述的转向舵柄的装配工装；

将所述圆柱销的第二端放置到所述第二圆台的第二沉孔中，所述第二连接孔的长度方向与所述底板的横向端的长度延伸方向平行；

将所述z形板的第一端通过所述第一堵塞固定于所述第一圆台上，将所述z形板的第二端通过所述圆柱销孔放置到所述圆柱销的台阶上；

将所述矩形板通过所述第三连接孔和所述第二堵塞固定到所述底板；

将所述l形板装配至所述z形板和所述矩形板之间；

固定所述z形板与所述圆柱销；

完成所述转向舵柄的装配。

可选地，所述第二堵塞呈一字形，所述第二堵塞包括顺次叠加在一起的第四至第六矩形块，所述第四至第六矩形块的中心均对齐且所述第四至第六矩形块的体积顺次增大，所述第五矩形块用于卡设于所述第三连接孔，所述l形板与所述矩形板焊接，所述l形板与所述矩形板之间的焊缝和、所述第六矩形块的长度方向垂直。

可选地，所述将所述l形板装配至所述z形板和所述矩形板之间，包括：

将所述l形板点焊固定在所述z形板和所述矩形板之间，

焊接所述z形板与所述l形板之间的单面焊缝，所述第六矩形块的长度方向与所述z形板与所述l形板之间的单面焊缝垂直；

通过所述焊接操作窗所述焊接所述l形板与所述矩形板之间的双面焊缝。

可选地，所述固定所述z形板与所述圆柱销，包括：

在将所述l形板点焊固定在所述z形板和所述矩形板之间后，焊接所述z形板与所述圆柱销之间的单面焊缝。

可选地，所述转向舵柄的装配方法还包括：

在完成所述转向舵柄的装配之后，先分别将所述第一堵塞和所述第二堵塞旋转90度，再将装配得到的转向舵柄从所述转向舵柄的装配工装取出。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过转向舵柄的装配工装包括底板、第一圆台、第一堵塞和第二圆台，底板为平板且底板的横截面呈l形，底板包括相互垂直的竖向端和横向端，第一圆台固定于底板的竖向端，第二圆台固定于底板的竖向端与底板的横向端的连接处，底板的横向端开设有焊接操作窗、以及两个安装孔，焊接操作窗位于第二圆台与两个安装孔之间，第一圆台的中心设有与第一堵塞相配合的第一沉头孔，第二圆台的中心设有第二沉头孔，转向舵柄的装配工装还包括两个第二堵塞，安装孔与第二堵塞相配合；第一圆台、第二圆台和底板分别保证了转向舵柄的z形板、圆柱销和矩形板的装配高度；第一圆台配合第一堵塞的使用，再加上第二圆台，能够确定z形板和圆柱销的距离和方向；第二圆台上的第二沉孔，加上底板上的安装孔与第二堵塞的配合使用，能够确定矩形板和圆柱销的距离；底板上设计的焊接操作窗，可以方便焊接矩形板和转向舵柄的l形板反面的焊接，不影响焊接施工；实现了转向舵柄的装配，由于z形板、圆柱销、以及矩形板分别对应转向舵柄的三个外部接口，能够在装配时保证转向舵柄的三个外部接口的尺寸精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的喷水推进装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的转向舵柄的结构示意图；

图3是图2的a向示意图；

图4和图5是本发明实施例提供的一种转向舵柄的装配工装的结构示意图；

图6和图7是本发明实施例提供的转向舵柄与装配工装的装配示意图；

图8和图9是本发明实施例提供的第一堵塞的结构示意图；

图10和图11是本发明实施例提供的第二堵塞的结构示意图；

图12是发明实施例提供的一种转向舵柄的装配方法的流程图。

附图中，

1转向舵柄、2转向喷嘴、3转向轴、4导叶喷嘴、5转向油缸、11z形板、12圆柱销、13l形板、14矩形板、11a第一连接孔、12a第二连接孔、14a第三连接孔、81底板、82第一圆台、83第一堵塞、84第二圆台、85第二堵塞、86螺栓、87u型夹、81a焊接操作窗、81b安装孔、83a第一矩形块、83b第二矩形块、83c第三矩形块、83d螺纹孔、85a第四矩形块、85b第五矩形块、85c第六矩形块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如前所述，转向舵柄为喷水推进装置的操舵倒航机械中重要的结构件之一。图1是本发明实施例提供的喷水推进装置的结构示意图。参见图1，转向舵柄1有三处外部接口，一部分通过螺钉和转向喷嘴2固定，一部分通过销轴和转向轴3连接，还有一部分和导叶式混流泵的导叶喷嘴4连接。转向油缸5通过转向轴3控制转向舵柄1和转向喷嘴2，从而改变喷射水流的喷射方向实现船舶的横移、斜移或原地转向等操作。

图2和图3是本发明实施例提供的转向舵柄的结构示意图。参见图2和图3，转向舵柄包括：z形板11、圆柱销12、l形板13和矩形板14，z形板11的第一端开设有第一连接孔11a，z形板11的第二端套设于圆柱销12的第一端、且与l形板13的第一端固定连接，z形板11的长度延伸方向与l形板13的长度延伸方向垂直，圆柱销12的第二端沿横截面的直径方向开设有第二连接孔12a，l形板13的长度延伸方向与螺纹孔83d的长度延伸方向重合，l形板13的第二端与矩形板14固定连接，矩形板14上开设有两个第三连接孔14a。

图4和图5是本发明实施例提供的一种转向舵柄的装配工装的结构示意图。图6和图7是本发明实施例提供的转向舵柄的装配示意图。参见图4和图5，转向舵柄的装配工装包括：底板81、第一圆台82、第一堵塞83和第二圆台84。底板81为平板且底板81的横截面呈l形，底板81包括相互垂直的竖向端和横向端，第一圆台82固定于底板81的竖向端，第二圆台84固定于底板81的竖向端与底板81的横向端的连接处，底板81的横向端开设有焊接操作窗81a、以及两个安装孔81b，焊接操作窗81a位于第二圆台84与两个安装孔81b之间，第一圆台82的中心设有与第一堵塞83相配合的第一沉头孔。参见图6和图7，第一堵塞83与第一连接孔11a相配合。第二圆台84的中心设有第二沉头孔，第二沉头孔与圆柱销12的第二端相配合。转向舵柄的装配工装还包括两个第二堵塞85，安装孔81b与第二堵塞85相配合，第二堵塞85与第三连接孔14a相配合。

在本发明实施例中，通过转向舵柄的装配工装包括底板81、第一圆台82、第一堵塞83和第二圆台84，底板81为平板且底板81的横截面呈l形，底板81包括相互垂直的竖向端和横向端，第一圆台82固定于底板81的竖向端，第二圆台84固定于底板81的竖向端与底板81的横向端的连接处，底板81的横向端开设有焊接操作窗81a、以及两个安装孔81b，焊接操作窗81a位于第二圆台84与两个安装孔81b之间，第一圆台82的中心设有与第一堵塞83相配合的第一沉头孔，第二圆台84的中心设有第二沉头孔，转向舵柄的装配工装还包括两个第二堵塞85，安装孔81b与第二堵塞85相配合；第一圆台82、第二圆台84和底板81分别保证了转向舵柄的z形板11、圆柱销12和矩形板14的装配高度；第一圆台82配合第一堵塞83的使用，再加上第二圆台84，能够确定z形板11和圆柱销12的距离和方向；第二圆台84上的第二沉孔，加上底板81上的安装孔81b与第二堵塞85的配合使用，能够确定矩形板14和圆柱销12的距离；底板81上设计的焊接操作窗81a，可以方便焊接矩形板14和转向舵柄的l形板13反面的焊接，不影响焊接施工；实现了转向舵柄的装配，由于z形板11、圆柱销12、以及矩形板14分别对应转向舵柄的三个外部接口，能够在装配时保证转向舵柄的三个外部接口的尺寸精度。

示例性地，z形板11中，两个弯折部分的夹角均为180°-20°＝160°(图3)；l形板13中，弯折部分的夹角可以是90°+35°＝125°(图2)。转向舵柄中，各零件材质均可以为316l不锈钢，板材的厚度均可以为10mm，结构件的最大外形尺寸可以为165×135×94mm。

示例性地，如图2所示，矩形板14与l形板13之间的焊缝(图中黑色填充部分)为双面焊，l形板13与z形板11之间的焊缝、以及z形板11与圆柱销12之间的焊缝为单面焊。

示例性地，第一圆台82和第二圆台84可以分别焊接固定在底板81上。第一圆台82和第二圆台84位于底板81的同一面上，第一圆台82的高度高于第二圆台84的高度。

示例性地，焊接操作窗81a可以是矩形孔，矩形孔的尺寸可以是65×50mm(长×宽)。

转向舵柄的装配工装的作用如下：第一圆台82、第二圆台84和底板81的高度差，保证了矩形板14、z形板11和圆柱销12的装配高度。第一圆台82配合第一堵塞83的使用，再加上第二圆台84，能够确定z形板11和圆柱销12的距离和方向。第二圆台84上的第二沉孔，加上底板81上的安装孔81b与第二堵塞85的配合使用，能够确定矩形板14和圆柱销12的距离。另外，底板81设计的焊接操作窗81a，可以方便焊接矩形板14和l形板13反面的焊接，不影响焊接施工。

示例性地，转向舵柄的装配工装还可以包括螺栓86(如可以是m4的螺栓86)，第一沉孔与螺栓86相配合，第一堵塞83上设有与螺栓86相配合的螺纹孔83d。

通过螺栓86将z形板11压住，能够防止其产生侧弯或平面度超差。

如前所述的尺寸，转向舵柄为较小的结构件，在转向舵柄的装配过程中，比如焊接时，由于小结构件焊接热量难以传递，且不锈钢的线膨胀系数比普通碳钢大40％，且随着温度的升高，线膨胀系数也相应的提高，导致焊接变形较大。为了解决该问题，本发明实施例提供了特殊结构的第一堵塞83和第二堵塞85。

图8和图9是本发明实施例提供的第一堵塞83的结构示意图。参见图8和图9，第一堵塞83呈一字形，第一堵塞83包括顺次叠加在一起的第一至第三矩形块83a-83c，第一至第三矩形块83a-83c的中心均对齐且第一至第三矩形块83a-83c的体积顺次增大，第一矩形块用于卡设于第一沉头孔，第二矩形块用于卡设于第一连接孔11a。

第一至第三矩形块83a-83c形成三个阶梯结构，具有如下有益效果：①最大端(第三矩形块)长度可以为14mm，与z形板11的上表面配合，保证第一堵塞83的高度；②中间台阶(第二矩形块)的长度可以为12mm，和z形板11的第一连接孔11a配合，保证第一连接孔11a的内径；③最小端(第一矩形块)长度可以为9mm，和第一沉头孔配合，作用为定位；④第一堵塞83的中心加工直径可以为5mm的通孔(螺纹孔83d)，可以用于m4的螺栓86穿入和第一圆台82锁紧，将z形板11固定在第一圆台82上；⑤可以将第一堵塞83加工至宽度为7mm的一字形零件，在装配第一堵塞83时，可以将第三矩形块的长度方向布置在和焊缝垂直的方向，这样可以有效的防止焊接变形。焊完后，将第一堵塞83旋转90°，可以降低焊接应力对其的影响，方便其取出。

图10和图11是本发明实施例提供的第二堵塞85的结构示意图。参见图10和图11，第二堵塞85呈一字形，第二堵塞85包括顺次叠加在一起的第四至第六矩形块85a-85c，第四至第六矩形块85a-85c的中心均对齐且第四至第六矩形块85a-85c的体积顺次增大，第五矩形块用于卡设于第三连接孔14a，l形板13与矩形板14焊接，l形板13与矩形板14之间的焊缝和、第六矩形块的长度方向垂直。

可以看出，第一堵塞83的形状与第二堵塞85的形状类似，第二堵塞85的用途可以参照第一堵塞83的用途，在此不再赘述。需要说明的是，l形板13与矩形板14之间的焊缝和、第六矩形块的长度方向垂直，能够有效的防止焊接变形。

示例性地，转向舵柄的装配工装还包括两个u型夹87，u型夹87用于夹紧底板81与第二堵塞85。

通过u形压板将矩形板14压住，能够防止其产生侧弯或平面度超差。

图12是发明实施例提供的一种转向舵柄的装配方法的流程图。参见图12，该转向舵柄的装配方法流程包括如下步骤。

步骤11、提供z形板、圆柱销、l形板、矩形板、以及转向舵柄的装配工装。

其中，z形板的第一端开设有第一连接孔，z形板的第二端设有圆柱销孔，圆柱销的第一端设有台阶，圆柱销的第二端沿横截面的直径方向开设有第二连接孔，矩形板上开设有两个第三连接孔。

转向舵柄的装配工装为图4和图5示出的转向舵柄的装配工装。转向舵柄的装配工装的结构如前所述，在此不再赘述。

步骤12、将圆柱销的第二端放置到第二圆台的第二沉孔中，第二连接孔的长度方向与底板的横向端的长度延伸方向平行。

步骤13、将z形板的第一端通过第一堵塞固定于第一圆台上，将z形板的第二端通过圆柱销孔放置到圆柱销的台阶上。

步骤14、将矩形板通过第三连接孔和第二堵塞固定到底板。

步骤15、将l形板装配至z形板和矩形板之间。

步骤16、固定z形板与圆柱销。

完成转向舵柄的装配。

需要说明的是，本发明实施例不限制步骤12-步骤14的执行顺序，步骤14还可以先于步骤12和步骤13执行。

需要说明的是，本发明实施例不限制步骤15与步骤16的执行顺序，步骤15可以先于步骤16执行，步骤16可以先于步骤15执行，甚至，步骤15和步骤16可以交叉执行。

如前所述，转向舵柄的装配工装还包括螺栓。相应地，步骤13中，通过螺栓和第一堵塞将z形板固定于第一圆台上。

如前所述，转向舵柄的装配工装还包括两个u形压板，相应地，步骤14中，还可以通过u形压板将第二堵塞和底板夹紧，这时，矩形板夹在第二堵塞和压板之间。

如前所述，第二堵塞呈一字形，第二堵塞包括顺次叠加在一起的第四至第六矩形块，第四至第六矩形块的中心均对齐且第四至第六矩形块的体积顺次增大，第五矩形块用于卡设于第三连接孔，l形板与矩形板焊接，l形板与矩形板之间的焊缝和、第六矩形块的长度方向垂直。基于此，步骤15可以包括如下步骤。

步骤a、将l形板点焊固定在z形板和矩形板之间。

步骤b、焊接z形板与l形板之间的单面焊缝，第六矩形块的长度方向与z形板与l形板之间的单面焊缝垂直。

步骤c、通过焊接操作窗焊接l形板与矩形板之间的双面焊缝。

相应地，当步骤15和步骤16可以交叉执行时，步骤16可以在步骤a与步骤b之间执行，步骤16包括：在将l形板点焊固定在z形板和矩形板之间后，焊接z形板与圆柱销之间的单面焊缝。

下面介绍一下焊接方式。为减小焊接变形，采用热输入量小的钨极氩弧焊进行焊接。焊接可以是多层焊，例如3层。焊接时控制层间温度≤100℃，焊材可以采用gts-316l(φ2.0mm)。在焊接前，可以将待焊部位清理干净。例如，用无水酒精认真清理待焊接部位及周围20～30mm范围内的油、水等污物，直至露出金属光泽。焊接工艺参数(包括焊接电流、电流极性、焊接电压、焊接速度、保护气流量)如下表1。

表1

焊接的优选顺序可以是：先焊接圆柱销和z形板的单面焊缝，再焊接l形板和z形板的单面焊缝，最后焊接l形板和矩形板的双面焊缝。

在完成焊接后，可以先锤击去除焊接应力，然后，再取下螺栓和u形板。

示例性地，在步骤16之后，转向舵柄的装配方法还包括：在完成转向舵柄的装配之后，先分别将第一堵塞和第二堵塞旋转90度，再将装配得到的转向舵柄从转向舵柄的装配工装取出。将第一堵塞和第二堵塞旋转90度，可以降低焊接应力对转向舵柄的影响，方便其取出。

在将第一堵塞和第二堵塞旋转90度时，如果用手转不动，可使用扳手卡住堵塞的最大的台阶进行旋转。最后将工件从工装上取出。

在本发明实施例中，通过转向舵柄的装配工装包括底板、第一圆台、第一堵塞和第二圆台，底板为平板且底板的横截面呈l形，底板包括相互垂直的竖向端和横向端，第一圆台固定于底板的竖向端，第二圆台固定于底板的竖向端与底板的横向端的连接处，底板的横向端开设有焊接操作窗、以及两个安装孔，焊接操作窗位于第二圆台与两个安装孔之间，第一圆台的中心设有与第一堵塞相配合的第一沉头孔，第二圆台的中心设有第二沉头孔，转向舵柄的装配工装还包括两个第二堵塞，安装孔与第二堵塞相配合；第一圆台、第二圆台和底板分别保证了转向舵柄的z形板、圆柱销和矩形板的装配高度；第一圆台配合第一堵塞的使用，再加上第二圆台，能够确定z形板和圆柱销的距离和方向；第二圆台上的第二沉孔，加上底板上的安装孔与第二堵塞的配合使用，能够确定矩形板和圆柱销的距离；底板上设计的焊接操作窗，可以方便焊接矩形板和转向舵柄的l形板反面的焊接，不影响焊接施工；实现了转向舵柄的装配，由于z形板、圆柱销、以及矩形板分别对应转向舵柄的三个外部接口，能够在装配时保证转向舵柄的三个外部接口的尺寸精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。