1 設計要求
岩灘升船機是部分平衡垂直升船機，其特點就在於主提升機的提升功率大，在提升總重約1430 t的承船廂時的額定載荷為4401 kN，尖峰載荷為7708 kN。升船機總體設計要求主提升機傳動系統中電機最大轉速為750 r/min，相應捲筒最大轉速為1.13 r/min，即要求有總傳動比為661.388±2%的減速器，同時要求分為高、低兩種減速器以便在兩減速器之間設置同步軸且同步軸轉速應控制在70 r/min～80 r/min之間。升船機總體設計要求低速減速器的最大輸出扭矩為1792 kN.m，以滿足主機在7708 kN的尖峰載荷時船廂入水所需的扭矩。升船機總體設計要求低速減速器的最大寬度尺寸為2000 mm，總中心距為3600 mm。
2 選定設計方案
作為主機最關鍵部件和輸出扭矩與減速比都很大的低速減速器，在設計中我們參考國外類似產品圖樣並和國內的齒輪專業廠家及專家進行交流，對低速減速器的結構形式、齒輪強度、輪軸強度、剛度及低速減速器與捲筒的聯接方式、齒輪加工工藝、整機裝配工藝等等方面進行分析研究，選定的設計主要參數見表1。
表1 主要技術參數表
3 設計原則與技術措施
在進行減速器各級速比分配時採用：
(1)等強度原則。力求各級傳動中的承載能力基本相等而使各級輪齒的接觸強度安全係數大致相同。在設計中第一級採用直齒，第二級採用雙斜齒，第三級採用直齒傳動。設計計算結果為第一級兩輪齒的接觸疲勞強度安全係數皆為2.63，第二級兩輪齒的接觸疲勞強度安全係數為2.43與2.67，第三級兩輪齒的接觸疲勞強度安全係數為1.97和2.14。上列數值大於要求的輪齒接觸疲勞強度安全係數1.5；
(2)工藝原則。考慮國內對高精度硬齒面齒輪加工能力的限制，控制最大齒輪外徑小於或等於Φ2 500 mm，設計為Φ2 390 mm，考慮齒輪輪轂和軸的聯接性能及軸的強度剛度要求而控制最小齒輪外徑大於或等於Φ200 mm，設計為Φ248 mm
(3)裝配原則。在滿足箱內零部件布置要求下使減速器有最小的外形尺寸和重量且滿足主機總體布置對減速器總中心距要求，設計的減速器最大寬度為2 000 mm(捲筒軸處)，總中心距3 600 mm，總重量52 t。
4 設計中採用的關鍵技術
4.1 載荷分流的均載技術
由於第一級採用直齒，第二級採用斜齒作載荷分流，為保證各對齒輪副受載均勻而須採用均載技術。第一級的大齒輪軸的軸承採用雙排單列調心軸承解除齒輪與軸之間的軸向附加約束，達到人字齒輪副的均載。
4.2 高承載能力、高精度齒輪的設計與工藝
在上述設計原則下，採用成熟設計技術和先進工藝措施，對輪齒齒形設計均用國內齒輪製造行業的直齒和斜齒圓柱齒輪承載能力的專用計算程序進行計算校核。小齒輪採用正變位以力求大小齒輪等強度。輪齒表面雙向修緣以確保輪齒接觸精度，加大齒根圓角以減小齒根局部應力集中。高速級採用斜齒以增加重合度，提高運行平穩性。採用20 CrMnMo高強度材質並保證齒面硬度為HRC58～62，同時控制末級大小齒輪有一定的硬度差以減少低速重載的末級大齒輪的磨損。減速器採用強制潤滑併合理布置噴油嘴位置以保證嚙合區的有效潤滑。輪齒皆進行膠合承載能力計算，實際的膠合承載能力安全係數S?B≥2.0。
4.3 箱體設計
長×高×寬為5 500 mm×2 700 mm×2 000 mm的箱體，須保證有足夠的剛性又要便於製造與安裝。設計中充分考慮各種因素和反覆計算，確定將箱體分為三部分。下箱體為主承力部件，採用鑄焊結合的雙輻板結構使箱體有較大的整體剛性，並對各軸支承處的剛性作重點加強，尤其是輸出軸處的箱體還需支承2個捲筒軸而每一捲筒軸上最大的載荷達1 000 kN，所以在這些部位都採用加強構件的箱形結構，力求在運行中的箱體不因變形而影響齒輪嚙合精度。中箱體為輔助承力部件，鑄焊結構加局部箱形以增加箱體整體剛度。上箱體為非承力部件，設有觀察孔。對箱體進行整體的有限元分析計算，實測的運行中變形量完全符合設計要求。
4.4 鼓形滾子聯軸器設計
要將減速器寬度尺寸控制在2 m之內，其中設置齒寬480 mm的末級齒輪及齒輪軸支承並需要2個輸出扭矩達900 kN.m的聯軸器來聯接捲筒軸，這樣的設計要求本身就是一個工程技術難題。對軸的聯接方式、各種聯軸器的承載能力、外形尺寸、加工工藝性能及對軸間的誤差補償能力進行大量的分析對比、計算校核后確定在低速減速器輸出軸與捲筒的聯接上採用鼓形滾子聯軸器並將其置於減速器箱體內。鼓形滾子聯軸器由內套、外套、鼓形滾子、端蓋及擋圈等組成，內套和外套上開有均布的半圓槽並相對形成槽孔來裝鼓形滾子。鼓形滾子的鼓形表面與槽孔表面接觸所形成共軛曲面，可實現扭矩和徑向力的傳遞和因鼓形曲面而實現軸向、角向的補償。在升船機減速器上使用的鼓形滾子聯軸器可承受15000 kN的徑向載荷，允許角位移1°30′，允許軸向位移±5 mm。鼓形滾子聯軸器具有外形尺寸小、重量輕(傳扭能力比同重量的齒輪聯軸器大30%，軸向尺寸小約200 mm)、安裝方便、兩半聯軸器可進行軸向折分、工藝性能好等特點。
在設計中對鼓形滾子與槽孔的接觸應力、聯接銷應力和主要承力件的材質、熱處理要求及疲勞應力及壽命進行詳細的分析計算並結合國內高精度槽孔加工工藝進行施工設計。實踐證明鼓形滾子聯軸器在大扭矩低速減速器上的應用是十分成功的。
5 其它
低速減速器採用專用潤滑油泵站對所有齒輪和軸承進行強制噴油潤滑，潤滑油採用N320中極壓齒輪油，潤滑油泵站設有列管式冷卻器利用冷卻水進行換熱冷卻，可以保證供油溫度比回油溫度降低5℃以上。潤滑站內設有高低壓報警、濾油器壓差報警、回油超溫報警、油箱液位報警等檢測功能。
低速減速器所有的軸承為滾動軸承，各軸上的軸型號見表2。
低速減速器內的所有軸承都採用噴油方式進行潤滑。
低速減速器輸入軸尺寸：Φ180 m6，長260 mm
表2 滾動軸承軸型號表
(雙輸入軸、單端尺寸)。
