冷卻圓筒傳動系統(tǒng)分析與改造

陳愛平 肖 陽

0 引言

韶關(guān)冶煉廠是一家采用ISP工藝的大型鉛鋅冶煉企業(yè)。冷卻圓筒是燒結(jié)流程返粉破碎工序的重要設(shè)備之一，其主要作用是將破碎后的返粉冷卻。韶關(guān)冶煉廠二系統(tǒng)冷卻圓筒在1996年投產(chǎn)時(shí)采用的是固定齒輪傳動，齒輪副磨損嚴(yán)重，工作噪聲大，設(shè)備故障多，作業(yè)率低，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。為此，工廠在2005年對其傳動系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，采用BF型柔性傳動系統(tǒng)替代了原來的固定齒輪副傳動系統(tǒng)，多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，其運(yùn)行效果良好。

1 改造前傳動系統(tǒng)存在的問題及其原因分析

1.1 冷卻圓筒基本參數(shù)

規(guī)格： 3 000 mm×9 000 mm；工作能力：140～160 t／h；筒體裝置（含滾圈、齒圈、內(nèi)部襯板）重量：46 110 kg；進(jìn)料溫度：300℃；出料溫度：100℃。

1.2 使用中存在的問題

改造前，冷卻圓筒傳動系統(tǒng)的傳動路線是電動機(jī)→聯(lián)軸器→減速機(jī)→聯(lián)軸器→小齒輪→大齒圈。開式齒輪副中的小齒輪安裝在基礎(chǔ)上，大齒圈通過圓周方向的焊接彈簧板固定在筒體上。

在實(shí)際生產(chǎn)中，冷卻圓筒運(yùn)行噪聲大、振動大。小齒輪、大齒圈嚙合精度差，磨損速度快，小齒輪每年都需要更換，大齒圈的壽命也只有3年。彈簧板經(jīng)常因剪切力而發(fā)生斷裂，每年都需要更換2～3塊。

1.3 原因分析［1］

大齒圈安裝在筒體上，其回轉(zhuǎn)中心與筒體回轉(zhuǎn)中心一致。由于筒體裝置本身較重，因此在大齒圈處發(fā)生較大撓曲，從而導(dǎo)致大齒圈與小齒輪的軸線不平行，如圖1所示。在工作時(shí)，筒體的回轉(zhuǎn)軸線隨著內(nèi)部物料、溫度的變化而變化，因此大齒圈的回轉(zhuǎn)中心并不是固定的，而是不斷變化的，這就導(dǎo)致開式齒輪副的中心距發(fā)生變化，從而使大齒圈與小齒輪的齒側(cè)間隙發(fā)生變化。筒體撓度越大，開式齒輪副的齒側(cè)間隙就越小。齒側(cè)間隙的變化導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動和噪音。隨著工作時(shí)筒體中心線撓曲的加大，大齒圈的回轉(zhuǎn)中心線與安裝時(shí)的中心線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，大齒圈與小齒輪軸線的平行度也隨之降低，齒面在齒寬方向發(fā)生偏斜，造成大、小齒輪在相互嚙合時(shí)輪齒間發(fā)生偏載，這也會導(dǎo)致輪齒磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)甚至有可能出現(xiàn)斷齒。

圖1 筒體、齒圈、滾圈間的位移變化關(guān)系

回轉(zhuǎn)筒體由于設(shè)備維護(hù)的需要，要定期竄窯。竄窯時(shí)，筒體在軸向上將發(fā)生位移，造成大齒圈與小齒輪在嚙合面產(chǎn)生相對滑移，加劇了輪齒的磨損。

2 傳動系統(tǒng)的改造

2.1 BF型柔性傳動的特點(diǎn)

BF型柔性傳動系統(tǒng)適用于頭部傳動或中部傳動的回轉(zhuǎn)類設(shè)備［2］。采用BF型柔性傳動系統(tǒng)后，冷卻圓筒的傳動路線是電動機(jī)→液力耦合器→減速機(jī)→萬向聯(lián)軸器→懸掛小齒輪→大齒圈。

2.2 改造內(nèi)容

彈簧板改用鞍座結(jié)構(gòu)，大齒圈通過鞍座、彈簧板固定在筒體上。小齒輪安裝在裝有4個(gè)滾輪的廂體內(nèi)，構(gòu)成懸掛小車。在大齒圈兩側(cè)有經(jīng)過機(jī)械加工的凸緣作為懸掛小車滾輪的滾道。在小齒輪兩端裝有擋環(huán)，用于保證大小齒輪的側(cè)向間隙。懸掛小車通過彈性支撐桿與基礎(chǔ)連接。彈性支撐桿的作用是使懸掛小車保持在大齒輪上的位置，同時(shí)承受傳動嚙合分力，并平衡懸掛小車自身重量對大齒圈和筒體造成的部分附加載荷，消除附加載荷對筒體的不利影響。彈性支撐桿兩端采用關(guān)節(jié)軸承連接，以保證懸掛小車相對基礎(chǔ)的三維自由度運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)懸掛小車與大齒圈的同步位移。為適應(yīng)采用柔性傳動后小齒輪軸線的變化，小齒輪與減速機(jī)之間的聯(lián)軸器連接改為萬向軸連接。改造后冷卻圓筒的傳動構(gòu)造如圖2所示。

圖2 柔性傳動結(jié)構(gòu)

2.3 改造效果

彈簧板采用鞍座結(jié)構(gòu)后，受力均勻，解決了以前經(jīng)常斷裂的問題，大齒圈的更換也較原結(jié)構(gòu)方便，維修更換時(shí)間大幅度減少。采用柔性傳動結(jié)構(gòu)后，小齒輪懸掛在大齒圈上，小齒輪的軸線隨著大齒圈軸線的變化而變化，兩齒輪的中心距能始終保持不變，大小齒輪的接觸精度有明顯提高，這就減少了齒輪嚙合時(shí)的偏載和沖擊力，降低了接觸應(yīng)力，減小了齒輪磨損，提高了齒輪的承載能力，延長了使用壽命。由于小齒輪懸掛在大齒圈上，小齒輪在軸線方向始終隨大齒輪移動，所以竄窯時(shí)，大齒圈與小齒輪在嚙合面不產(chǎn)生相對滑移，消除了改造前因竄窯而產(chǎn)生的齒面磨損。

由于大小齒輪軸線能始終保持平行，中心距保持不變，因此保證了大小齒輪的良好嚙合。運(yùn)行時(shí)的噪聲和振動都較改造前有明顯改善。改造前后齒面接觸、振動、噪聲情況如表1所示［3］。

表1 改造前后齒面接觸、振動、噪聲情況

改造后，維護(hù)費(fèi)用降低，維修時(shí)間縮短。改造前，大齒圈使用壽命約為3年，小齒輪為1年。改造后，大齒圈、小齒輪的使用壽命可達(dá)8年。按小齒輪2萬元、大齒圈12萬元計(jì)，年平均可減少備件費(fèi)用4.25萬元。原更換大齒圈需20天，現(xiàn)僅需4天，年平均維修時(shí)間可減少140 h以上。

改造后，冷卻圓筒運(yùn)行平穩(wěn)，噪音、振動較改造前明顯降低，現(xiàn)場工作環(huán)境明顯改善。采用柔性傳動后，設(shè)備的故障率明顯降低，作業(yè)率大幅度提高，設(shè)備的維護(hù)工作量下降，工人的勞動強(qiáng)度大大降低。

3 結(jié)語

實(shí)施改造后，多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用柔性傳動的冷卻圓筒承載力大、作業(yè)率高、故障少、使用壽命長、運(yùn)行可靠、維護(hù)費(fèi)用低，保證了工廠生產(chǎn)的正常進(jìn)行，每年可為工廠新增效益100萬元以上，改造取得了良好的效果。柔性傳動系統(tǒng)在冷卻圓筒上的成功應(yīng)用為有色冶金工廠回轉(zhuǎn)類設(shè)備傳動系統(tǒng)的改進(jìn)提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。

［1］周慧玲，王建平.BF型柔性傳動在回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用［J］.燒結(jié)球團(tuán)，2009（1）：5～7

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本：機(jī)械傳動［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

［3］陳東.柔性傳動在冷卻圓筒上的應(yīng)用［J］.有色設(shè)備，2010（3）：23～26