齒式圓筒混合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)選型探討

程 波 朱旭甫 李書磊

(洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039)

1 概述

隨著我國冶金工業(yè)的發(fā)展，燒結(jié)工程的規(guī)模越來越大，市場對燒結(jié)礦生產(chǎn)的原料制備設(shè)備--圓筒混合機(jī)的需求數(shù)量也呈增長態(tài)勢。

圓筒混合機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)作為混合機(jī)工作的動(dòng)力來源，是其必不可少的部分。其傳動(dòng)方式主要有膠輪和齒式兩種傳動(dòng)。

隨著現(xiàn)代燒結(jié)設(shè)備向大型化方向發(fā)展的要求，齒式圓筒混合機(jī)也因此應(yīng)用的越來越廣泛，相對膠輪傳動(dòng)混合機(jī)的市場占有率也越來越高。齒式圓筒混合機(jī)是通過一對開式齒輪帶動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而完成燒結(jié)原料混料、造球的目的。

齒式圓筒混合機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由于扭矩的傳遞和速度調(diào)整等的方式不同，傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和工作方式也不盡相同，主要針對目前常見的幾種傳動(dòng)形式及其特點(diǎn)加以分析和探討。

2 圓筒混合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算

圓筒混合機(jī)混合時(shí)間計(jì)算:

式中t—物料混合時(shí)間(min);

L效—筒體有效長度(m)，直筒型減去0.5，尖頭減去1;

D效—筒體有效內(nèi)徑(mm);

n—筒體轉(zhuǎn)速(r·min);

β—前進(jìn)角度(°);

tgβ=sinα/sinφ;

α—筒體傾斜角度(°);

φ—物料安息角(°)。

填充率計(jì)算:

式中 ψ—填充率(%);

Q—小時(shí)產(chǎn)量(t/h);

ρ—物料堆積密度(t/m3)。

式中 θ—混合機(jī)內(nèi)物料圓心角(°)。

輸入功率計(jì)算:

式中D—筒體內(nèi)徑(m);

L—筒體長度(m)。

輸入扭矩計(jì)算:

輸入功率P和扭矩T確定后，通過輸入功率、扭矩和轉(zhuǎn)速等參數(shù)選擇聯(lián)軸器和減速機(jī)等連接件。

3 齒式圓筒混合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要形式

齒式圓筒混合機(jī)按照用途可分為一次混合機(jī)和二次混合機(jī)。一次混合機(jī)基本都是采用無調(diào)速型傳動(dòng)系統(tǒng)，將物料按比例混合及濕潤;二次混合機(jī)大部分采用調(diào)速型傳動(dòng)系統(tǒng)，使物料形成水分均勻、透氣性良好的顆粒狀物體，故也稱之為制粒機(jī)。

3.1 無調(diào)速型傳動(dòng)系統(tǒng)

無調(diào)速型傳動(dòng)系統(tǒng)選用硬齒面圓柱齒輪減速機(jī)實(shí)現(xiàn)主電機(jī)高速輸出到筒體低速轉(zhuǎn)動(dòng)的過渡。該傳動(dòng)裝置包括主傳動(dòng)裝置、微動(dòng)裝置和小齒輪裝置。設(shè)備布置示意圖如圖1。

圖1 圓柱齒輪減速機(jī)傳動(dòng)示意圖

主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、硬齒面減速機(jī)和聯(lián)軸器組成。電動(dòng)機(jī)選用普通的三相異步電機(jī)。微動(dòng)裝置安裝于主減速機(jī)另一側(cè)的輸入軸上，其主要作用是使筒體緩慢旋轉(zhuǎn)，便于筒體的安裝和檢修。輔助傳動(dòng)系統(tǒng)由微動(dòng)裝置和小齒輪裝置組成。微動(dòng)裝置由微動(dòng)電機(jī)、微動(dòng)減速機(jī)和爪形離合器組成。爪形離合器手動(dòng)操作板上設(shè)限位開關(guān)，檢測離合器脫離與結(jié)合狀態(tài)，并和主電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖控制，確保只有脫離到位，給出信號后，主電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)［6］。小齒輪裝置由調(diào)心滾子軸承、小齒輪、軸承座和軸等組成，通過聯(lián)軸器與硬齒面圓柱齒輪減速機(jī)的輸出軸連接。

軸與軸的聯(lián)接采用鼓形齒式聯(lián)軸器、限矩型液力耦合器或膜片聯(lián)軸器。

3.2 調(diào)速型傳動(dòng)系統(tǒng)

3.2.1 變頻電機(jī)傳動(dòng)

圖1中的主電機(jī)用變頻電機(jī)取代，該傳動(dòng)裝置即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，輔助裝置變頻器，具有變頻調(diào)速效率高，調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高等優(yōu)勢，使變頻調(diào)速成為一種理想的調(diào)速方案，但對于大型齒式圓筒混合機(jī)而言，高壓變頻器投資較大。

3.2.2 液壓馬達(dá)傳動(dòng)

近年來，有的圓筒混合機(jī)傳動(dòng)采用液壓馬達(dá)傳動(dòng)，在小齒輪軸的兩端各裝1臺液壓馬達(dá)，設(shè)備布置示意圖如圖2。

圖2 液壓馬達(dá)傳動(dòng)示意圖

液壓馬達(dá)傳動(dòng)有明顯優(yōu)勢:

1)能通過液壓控制實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，滿足混合機(jī)正常工作時(shí)不同的轉(zhuǎn)速要求，滿足混合機(jī)在安裝、調(diào)試和維修時(shí)的低轉(zhuǎn)速要求;

2)不配置主電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速機(jī)和微動(dòng)裝置，減少了整機(jī)故障率;

3)降低了設(shè)備總重，減小了基礎(chǔ)面積和廠房面積。采用液壓馬達(dá)增大了液壓系統(tǒng)的復(fù)雜程度，而且與圓筒混合機(jī)配套的液壓馬達(dá)還依賴進(jìn)口，價(jià)格較高［6］。

4)液壓系統(tǒng)常見故障有［8］:

(1)液壓系統(tǒng)泄露;

(2)液壓油溫度過高;

(3)液壓油壓力不足;

(4)動(dòng)作異常;

(5)振動(dòng)和噪聲。

3.2.3 星輪減速器傳動(dòng)

傳動(dòng)裝置采用主電機(jī)、聯(lián)軸器、星輪減速器結(jié)構(gòu)形式。設(shè)備布置示意圖如圖3。

圖3 星輪減速器傳動(dòng)示意圖

該傳動(dòng)裝置的主要特點(diǎn)是:

1)星輪減速器采用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在不停機(jī)的狀態(tài)下，當(dāng)調(diào)控電機(jī)按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)速器通過運(yùn)動(dòng)的分解與合成，可以輸出幾個(gè)特定的轉(zhuǎn)速。

2)利用星輪調(diào)速器技術(shù)可以使傳動(dòng)裝置達(dá)到可控啟動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)輸出級的平穩(wěn)啟動(dòng)，減緩啟動(dòng)沖擊，減少啟動(dòng)電流，改善啟動(dòng)品質(zhì)。

3)調(diào)速器不僅可以以小調(diào)大，還可以以高調(diào)低，功率因數(shù)和效率也有所提高。

4)雙向調(diào)速;即可使設(shè)備的轉(zhuǎn)速高于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，也可低于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。該傳動(dòng)裝置可以輸出轉(zhuǎn)速有級變化，實(shí)現(xiàn)筒體的有級調(diào)速。

5)星輪減速器也存在缺點(diǎn):

(1)星輪減速器屬于新型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修需返廠，供貨、維修費(fèi)用較高;

(2)該新型產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用時(shí)間較短，故障率較高，影響整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)度。

3.2.4 調(diào)速型液力偶合器傳動(dòng)

該傳動(dòng)裝置中安裝一調(diào)速型液力偶合器實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，設(shè)備布置示意圖如圖4。

圖4 調(diào)速型液力偶合器傳動(dòng)示意圖

液力偶合器具有如下優(yōu)點(diǎn):

1)無級調(diào)速，節(jié)約電能;

2)輕載或空載啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)和逐步啟動(dòng)大慣量負(fù)荷，是一種柔性和有滑差的傳動(dòng);

3)可以隔離振動(dòng)，緩和沖擊;

4)可方便實(shí)現(xiàn)離合;

5)除軸承外無磨損件，工作可靠，壽命長。

6)調(diào)速型液力偶合器缺點(diǎn)是:

(1)起動(dòng)性能差;

(2)正常工作時(shí)效率損失較大;

(3)體積大，發(fā)熱量大;

(4)調(diào)速精度和傳動(dòng)效率不及變頻調(diào)速;(5)維修難度大;

(6)需要定期更換油，維護(hù)費(fèi)用高。

4 結(jié)論

根據(jù)市場調(diào)研，本文介紹的幾種傳動(dòng)形式的市場占有率大致如表1所示。

表1 幾種傳動(dòng)形式市場占有率統(tǒng)計(jì)表

1)通過對齒式圓筒混合機(jī)不同形式傳動(dòng)裝置的介紹，現(xiàn)對不同使用條件下傳動(dòng)系統(tǒng)的選型提出如下建議:

(1)一次混合機(jī)和部分中小型二次混合機(jī)一般選用無調(diào)速型傳動(dòng)系統(tǒng)。選用該傳動(dòng)系統(tǒng)的混合機(jī)成本低、安裝簡單、設(shè)備故障率低，且維修方便。

(2)大型齒式圓筒混合機(jī)在操作過程中波動(dòng)較大，必須保證傳動(dòng)系統(tǒng)有一定的調(diào)速范圍。

①對于初步設(shè)計(jì)的齒式圓筒混合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)建議采用調(diào)速型液力偶合器傳動(dòng)。該傳動(dòng)形式傳動(dòng)平穩(wěn)，國內(nèi)制造廠眾多，技術(shù)成熟，成本較其它調(diào)速裝置低很多。

②如果是現(xiàn)場改造的傳動(dòng)裝置，一般受場地限制，可以首先考慮選用變頻電機(jī)傳動(dòng)形式。該傳動(dòng)形式占地小，設(shè)備重量低，且安裝簡便。

③液壓馬達(dá)傳動(dòng)和星輪減速器傳動(dòng)的使用相對較少。其中液壓馬達(dá)傳動(dòng)的液壓系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)難度大;星輪減速器傳動(dòng)作為一種新型調(diào)速裝置，應(yīng)用時(shí)間短，設(shè)備故障率較高。隨著技術(shù)不斷成熟，這兩種調(diào)速裝置的應(yīng)用也會越來越多。

2)目前，世界燒結(jié)工業(yè)的發(fā)展趨于大型化和自動(dòng)化，齒式圓筒混合機(jī)運(yùn)行可靠、產(chǎn)量高，能夠適應(yīng)燒結(jié)設(shè)備向大型化發(fā)展的需要，但隨著圓筒混合機(jī)規(guī)格日益大型化的發(fā)展，尤其是市場對直徑為φ5.1m規(guī)格以上圓筒混合機(jī)的需求，勢必對齒式圓筒混合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型提出更高的要求，新型調(diào)速及傳動(dòng)方式的出現(xiàn)和發(fā)展也必將會推動(dòng)齒式圓筒混合機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，傳動(dòng)系統(tǒng)的選型還需根據(jù)用戶使用要求和資金投入情況，并結(jié)合各種傳動(dòng)形式的優(yōu)缺點(diǎn)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。

［1］張惠寧主編.燒結(jié)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1998.

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