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柔性传动回转圆筒类设备设计实践与应用
张立华
摘要 分析了回转圆筒类设备传统设计存问题引进了柔性传动新概念提出了解决问题方法介绍了回转圆筒类设备采用柔性传动装置时几点准则
关键词 柔性传动 回转圆筒 设计 应用
国图书资料分类法分类号 TH703.5
回转圆筒类设备钢铁、有色金属冶炼、水泥、耐火材料等工业焙烧、挥发、锻烧等工艺过程重要设备传统设计般采用开式齿轮传动由于受筒体变形、制造、安装调整和使用环境等诸多因素影响开式齿轮副啮合工况十分恶劣设备故障多作业效率低严重影响企业正常生产和经济效益柔性传动正针对上述缺点从根本上解决存问题佳途径本文结合作者参与韶关冶炼厂、株洲冶炼厂、河南济源黄金冶炼厂和湘谭钢铁厂等工程对柔性传动回转圆筒类设备应用情况加说明与总结
1 传统设计存问题
国内回转圆筒类设备通常采用传动方式电动机—减速机—开式齿轮副开式齿轮副小齿轮支承基础上大齿圈装筒体上见图1
图1 圆转筒体简图
1.筒体 2.滚圈 3.大齿圈 4.电动机 5.减速机 6.小齿轮(支座) 7.挡轮、托轮装置
钢负载及高温作用下筒体产生挠曲变形和膨胀大齿圈初始位置发生变化开式齿轮副心距随之发生变化两齿轮心线平行精度降低因而其啮合条件严重恶化轮齿偏载、磨损、冲击、振动和噪声加剧终导致传动失效虽设计过程采用多种补救措施均能从根本上解决先天足缺陷回转圆筒类设备设计时采用柔性传动较好地解决问题
2 柔性传动系统方案设计〔1〕
根据回转圆筒类设备传动特点简化结构便于安装调整般采用单点啮合BF型悬挂小车式柔性传动系统见图2
图2 柔性传动系统示意图
1.筒体 2.大齿圈 3.小齿轮 4.电动机 5.液力偶合器 6.减速机 7.万向联轴器 8.悬挂小车
2.1 电动机
根据回转圆筒规格及要求选择适当类型及规格电动机
2.2 减速机
合理分配低速级齿轮副与减速机速比般选用标准型减速机
2.3 液力偶合器
传递力矩大结构尺寸小具有缓冲减振特点
2.4 万向联轴器
实现减速机输出轴与悬挂小齿轮轴之间力矩传递保证小齿轮轴自由浮动般选用伸缩式大倾角万向联轴器
2.5 低速级齿轮副
采用小齿轮悬挂安装于大齿圈上结构方案见图3
图3 悬挂小齿轮(小车)结构示意图
1.筒体 2.弹簧座 3.滚轮 4.大齿圈 5.滚道 6.大齿圈凸缘 7.支承杆 8.支承座 9.万向节 10.小车体 11.小齿轮凸缘 12.小齿轮
小齿轮安装带有滚轮箱体内组成台悬挂小车滚轮大齿圈两侧经机械加工凸缘内侧滚道上滚动大小齿轮间由两侧凸缘保持小轮齿侧隙由支承杆保持小车大齿轮上位置并承受传动啮合分力杆两端采用特殊结构保证小车相对基础三维自由度运动实现小齿轮随大齿圈同步位移
3 低速级齿轮副设计
3.1 齿圈分度圆直径d2
按筒体外径D、齿圈断面型式及小车滚轮滚道上发生干涉等因素确定般取d2=(1.6～1.7)D
3.2 齿轮模数m与齿宽B
由于柔性传动结构保证了齿轮副始终处于正确啮合状态齿面载荷均匀分布齿宽已受传统设计齿宽系数范围限制满足轮齿弯曲强度和接触强度前提下随着轮齿加宽模数呈减小趋势齿圈齿数Z2增大减速比提高且小模数大齿圈易于加工、检测
柔性传动齿轮副参数与普通传动比较具有下特点：①对齿轮副精度要求适当降低；②齿宽B明显增大齿宽系数超出常规范围；③模数m比同等规格回转圆筒类设备降低2～3级
4 悬挂小车受力分析
取整悬挂小车隔离体因小车基本上轴向对称体故简化平面力系实际运转小车受力较复杂便于分析计算忽略滚轮滚动摩擦力则小车受力分析见图4
图4 悬挂小车受力分析平面图
O——小车重心 R1——小齿轮分度圆半径
由平面力系平衡条件得联立方程组
式Pn大齿圈对小齿轮作用力；Mn小齿轮轴输入扭矩；An、Bn齿圈滚道对滚轮支反力；Tn支承杆对小车支反力；G小车自重；α齿轮压力角；δn小齿轮位置角；γTn与水平面夹角；θ0滚轮位置夹角；βnTn与O2t夹角；t小车与支承杆接点；O1小齿轮心；O2大齿圈心；R2大齿圈分度圆半径
运转过程允许齿轮间凸缘接触而产生摩擦必须保持滚轮与滚道始终接触即满足An>0,Bn>0同时延长滚轮轴承使用寿命两滚道对滚轮支反力应基本上接近即An≈Bn上式δn、θ0、γ与小车结构型式及小车悬挂位置有关应综合考虑上述因素同时根据自己经验确定其值Tn、An、Bn计算结作零件设计依据
5 效比较
回转圆筒类设备采用柔性传动较之采用普通齿轮传动技术性能明显提高圆筒混合机例其良好效主要表现下三方面
5.1 齿轮啮合良好
经运行实测柔性传动圆筒混合机传动低速级齿轮副接触斑点比普通齿轮传动大大提高(见表1)说明其接触精度较普通齿轮传动高从而大大减小了齿轮啮合偏载和冲击力降低了接触应力提高了齿轮寿命和承载能力
表1 接触斑点实测值
单位：%
传动方式 接触斑点
沿齿宽方向 沿齿高方向
φ2.8×9m(柔性传动)
圆筒混合机 98 83
φ3.0×12m(柔性传动)
圆筒混合机 89 62
普通齿轮传动圆筒混合机 50～60 40～45
5.2 振动小、噪声低
由于采用悬挂小车结构无论大齿圈轴线何变化、歪斜均能保证大小齿轮良好啮合两齿轮心距变传动过程产生偏载和冲击所与普通齿轮传动相比具有振动小、噪声低优点其测定值见表2
表2 振动和噪声测定值
圆筒混合机
规格 传动
形式 垂直大
振幅
(μm) 大垂直
振动速度
(mm/s) 大噪声
(dB(A))
φ2.2×6m
圆筒混合机 普通齿轮
传动 29 4.87 94
φ2.2×6.5m
圆筒混合机 普通齿轮
传动 30 4.5 94
φ2.8×9m
圆筒混合机 柔性传动 3 2.6 86
φ3.0×12m
圆筒混合机 柔性传动 3 2.5 87
5.3 劳动条件改善
生产实践表明圆筒类设备采用柔性传动劳动条件大改善劳动强度大降低主要因①设备振动小、噪声低操作工人提供了较好工作环境；②设备运转安全靠1991年湘潭钢铁厂柔性传动圆筒混合机事故停机率零(见表3)节省了检修工作量和降低了劳动强度
表3 停机时间
单位：h
传动型式 清理漏料和粘料 设备调整 事故停机 合计
柔性传动 32 16 0 48
普通传动 48 27 21 96
此外采用柔性传动回转圆筒类设备设备作业效率高、电耗小、经济效益好
柔性传动部分回转圆筒类设备圆筒混合机、圆筒制粒机、回转窑、挥发窑等设备已得了应用若能回转圆筒类设备进步推广应用其经济效益十分观
致谢：本文曾得长沙有色冶金设计研究院王晶教授、宗复 高级工程师帮助
参考文献
1 王晶.柔性传动圆筒混合机研制与应用.工程设计与研究1995(88)：36～42
张立华 男1966年生南工业大学(长沙市 410083)机电工程学院机械电子工程研究所讲师1988年师从国工程院院士钟掘教授
收稿日期：1998—01—05
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