進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)減速機(jī)的比較與優(yōu)化分析

羅 方,王 昆

(江蘇省金象傳動(dòng)設(shè)備股份有限公司，江蘇 淮安 223001)

進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)減速機(jī)的比較與優(yōu)化分析

羅 方,王 昆

(江蘇省金象傳動(dòng)設(shè)備股份有限公司，江蘇 淮安 223001)

比較分析國(guó)內(nèi)常見(jiàn)德國(guó)進(jìn)口輥壓機(jī)減速機(jī)P2SA33和國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)減速機(jī)JGR3240的承載能力和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了優(yōu)化輥壓機(jī)減速機(jī)的方法。采用強(qiáng)度系數(shù)逐級(jí)遞減的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，優(yōu)化了整機(jī)承載力；采用調(diào)心滾子軸承+圓柱滾子軸承的配置方法，優(yōu)化了軸承結(jié)構(gòu)；使整機(jī)承載性能提高了40%，使其更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

輥壓機(jī)減速機(jī)；P2SA33；JGR3240

0 前言

輥壓機(jī)作為節(jié)能、高效的重要粉磨設(shè)備具有廣闊的市場(chǎng)前景。輥壓磨與球磨的組合是比較常見(jiàn)的配置，即前者作為預(yù)粉磨后者作為終粉磨，這樣能夠使磨增產(chǎn)30%～200%，節(jié)約用電10%～30%[1,2]。如圖1所示，輥壓機(jī)由一個(gè)固定輥與活動(dòng)輥組成，通過(guò)擠壓來(lái)粉碎物料，每套輥壓磨都需配備兩套傳動(dòng)系統(tǒng)。減速機(jī)是輥壓機(jī)的主傳動(dòng)設(shè)備屬于核心設(shè)備，其可靠性決定了輥壓機(jī)能否正常運(yùn)行。

圖1 輥壓機(jī)工作原理及工作現(xiàn)場(chǎng)

早期國(guó)內(nèi)輥壓機(jī)減速機(jī)市場(chǎng)被國(guó)外產(chǎn)品壟斷，其中以德國(guó)Flender的PLANUREX2[3]系列行星減速機(jī)為代表。隨著國(guó)產(chǎn)減速機(jī)的不斷進(jìn)步，近些年國(guó)內(nèi)中信重工、重慶齒輪箱廠等企業(yè)通過(guò)引進(jìn)-吸收-創(chuàng)新的方法開(kāi)發(fā)了此類減速機(jī)，并占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額。

1 輥壓機(jī)減速機(jī)的典型結(jié)構(gòu)

輥壓機(jī)減速機(jī)成對(duì)懸掛安裝于輥壓機(jī)固定輥和活動(dòng)輥上，且減速機(jī)在同一側(cè)，外型尺寸受磨輥中心距的限制，同時(shí)輥壓磨的沖擊也很大，因此減速機(jī)既要承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，又要具備高可靠性。綜上情況采用了高功率密度的行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)國(guó)家建材標(biāo)準(zhǔn)JC/T878.5-2010輥壓機(jī)用減速機(jī)標(biāo)準(zhǔn)[4]中規(guī)定的兩種結(jié)構(gòu)，一種是兩級(jí)傳動(dòng)(雙級(jí)行星)結(jié)構(gòu)，還有一種是三級(jí)傳動(dòng)(平行+雙級(jí)行星)結(jié)構(gòu)。JGR3240外形同標(biāo)準(zhǔn)JGXZ62外形及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 三級(jí)傳動(dòng)輥壓機(jī)減速機(jī)外形、結(jié)構(gòu)圖

2 P2SA33與JGR3240輥壓機(jī)減速機(jī)的比較分析

2.1 主要性能參數(shù)的比較分析

表1所示為P2SA33與JGR3240輥壓機(jī)減速機(jī)主要參數(shù)，從表1可見(jiàn)，重量相當(dāng)?shù)妮亯簷C(jī)減速機(jī)，進(jìn)口產(chǎn)品的承載能力約是國(guó)產(chǎn)減速機(jī)的1.46倍。齒輪強(qiáng)度校核依據(jù)GB/T3480-1997，進(jìn)口減速機(jī)與國(guó)產(chǎn)減速機(jī)在前兩級(jí)的安全系數(shù)較接近，但末級(jí)強(qiáng)度區(qū)別較大，國(guó)產(chǎn)減速機(jī)是按照逐級(jí)遞減的強(qiáng)度均衡理念設(shè)計(jì)的，而進(jìn)口減速機(jī)的各級(jí)強(qiáng)度雖然也是逐級(jí)遞減，但末級(jí)強(qiáng)度比前級(jí)下降超過(guò)40%。

從使用廠家了解，該P(yáng)2SA33減速機(jī)已正常運(yùn)行了十幾年沒(méi)有拆箱，最近由于減速機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲和振動(dòng)值偏高，潤(rùn)滑油里出現(xiàn)了金屬雜質(zhì)，開(kāi)箱檢查發(fā)現(xiàn)末級(jí)的太陽(yáng)輪出現(xiàn)了較大面積的點(diǎn)蝕，如圖3所示，其它級(jí)齒輪嚙合印痕較好并無(wú)明顯點(diǎn)蝕現(xiàn)象。

表1 參數(shù)對(duì)比表

圖3 P2SA33整機(jī)和太陽(yáng)輪圖

根據(jù)表1及上述情況可以看出：進(jìn)口輥壓機(jī)減速機(jī)齒輪強(qiáng)度配置看似不符合常見(jiàn)設(shè)計(jì)習(xí)慣但能滿足實(shí)際需求；進(jìn)口輥壓機(jī)減速機(jī)末級(jí)齒輪強(qiáng)度的確是整機(jī)最薄弱的，與強(qiáng)度計(jì)算是吻合的；國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)減速機(jī)強(qiáng)度均衡，但末級(jí)強(qiáng)度偏大；在外形尺寸不變的前提下，國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)減速機(jī)承載能力還有增強(qiáng)空間。

2.2 局部結(jié)構(gòu)的比較分析

2.2.1 高速級(jí)軸承配置比較分析

P2SA33的高速級(jí)軸承，采用背對(duì)背安裝的圓錐滾子軸承+圓柱滾子軸承的配置，如圖4所示。此配置特點(diǎn)是承載能力強(qiáng)，特別是承擔(dān)軸向力的能力，但對(duì)軸承的極限轉(zhuǎn)速要求高，通常需要選擇SKF或FAG品牌的進(jìn)口軸承。

圖4 高速級(jí)軸承配置

JGR3240的高速級(jí)軸承，采用兩只圓柱滾子軸承+四點(diǎn)接觸球軸承的配置(圖4)。此配置特點(diǎn)是軸承的極限轉(zhuǎn)速高、拆裝方便，適用于輸入軸直徑大，轉(zhuǎn)速1 500 r/min的場(chǎng)合，但承載軸向力能力較差，在設(shè)計(jì)時(shí)需減小平行軸齒輪副的螺旋角，從而削弱了平行軸齒輪副的強(qiáng)度。

高速級(jí)軸承配置形式具體選擇哪種配置，要根據(jù)企業(yè)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和生產(chǎn)能力進(jìn)行選擇[5]。

2.2.2 出軸密封結(jié)構(gòu)比較分析

P2SA33的出軸采用骨架油封+密封蓋+整體透蓋的密封結(jié)構(gòu)，如圖5所示。此結(jié)構(gòu)在采用浸油潤(rùn)滑，箱體油位較高時(shí)較適用，且防塵效果好，但更換油封時(shí)需要將聯(lián)軸器拆掉，操作不方便。

圖5 減速機(jī)出軸密封結(jié)構(gòu)

JGR3240的出軸采用盤根+哈夫透蓋+甩油環(huán)的機(jī)械迷宮密封結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)適合強(qiáng)制潤(rùn)滑，箱體不存油的場(chǎng)合，同時(shí)省去了更換油封時(shí)需拆聯(lián)軸器的麻煩。出軸密封結(jié)構(gòu)要根據(jù)減速機(jī)潤(rùn)滑方式的不同做出適合的選擇。

2.2.3行星架的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)比

P2SA33一級(jí)行星架不是浮動(dòng)件，只有通過(guò)行星輪中的調(diào)心軸承實(shí)現(xiàn)小范圍的角度偏移，如圖6所示。此結(jié)構(gòu)不足是浮動(dòng)件少所以對(duì)加工精度要求較高。優(yōu)點(diǎn)是齒套處齒形與二級(jí)太陽(yáng)輪齒形一致可一同磨齒加工，所以強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊湊且加工方便。

圖6 減速機(jī)行星架的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)

JGR3240一級(jí)行星架與二級(jí)太陽(yáng)輪采用鼓形齒聯(lián)接，同時(shí)太陽(yáng)輪頭部安裝了球頂(圖6)。優(yōu)點(diǎn)是行星架的浮動(dòng)效果明顯增加，同時(shí)各部件加工精度要求可低于前一種結(jié)構(gòu)。不足是齒式聯(lián)軸器處的強(qiáng)度較薄弱，二級(jí)太陽(yáng)輪兩段齒形需分別加工同時(shí)兩齒形間距需拉長(zhǎng)(磨齒時(shí)退刀空間)。

3 輥壓機(jī)減速機(jī)的優(yōu)化方法

近年來(lái)國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)減速機(jī)的生產(chǎn)能力有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但從表1可見(jiàn)與國(guó)外產(chǎn)品在承載能力、可靠性等方面還有一定的差距，而國(guó)外產(chǎn)品噸位價(jià)是國(guó)產(chǎn)的3倍以上。通常，國(guó)內(nèi)廠家替代進(jìn)口產(chǎn)品的做法是加大規(guī)格；現(xiàn)在，根據(jù)上述分析結(jié)果，并運(yùn)用專業(yè)軟件，對(duì)輥壓機(jī)關(guān)鍵參數(shù)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化配置，可在不增大規(guī)格的前提下，提升產(chǎn)品性能，滿足用戶要求，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.1 整機(jī)承載能力的優(yōu)化

根據(jù)重慶齒輪箱廠的JGR3240外形圖(圖2)，設(shè)定輥壓機(jī)減速機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，運(yùn)用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件設(shè)定約束條件，采用強(qiáng)度系數(shù)逐級(jí)遞減的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，提高整機(jī)的承載能力。

設(shè)定輸入功率P=1 600 kW，輸入轉(zhuǎn)速n=1 490 r/min，速比i=80，使用系數(shù)KA≥2.5，各級(jí)強(qiáng)度逐級(jí)遞減。

平行軸傳動(dòng)件承載能力優(yōu)化：通過(guò)設(shè)定中心距A=400，小齒輪齒數(shù)范圍Z=18～20，螺旋角β=11～13°，齒寬系數(shù)0.4～0.45，速比2～2.5，彎曲強(qiáng)度系數(shù)SF、接觸強(qiáng)度系數(shù)SH等約束條件，篩選出最優(yōu)的齒輪參數(shù)。

一級(jí)、二級(jí)行星承載的優(yōu)化：兩級(jí)行星的設(shè)計(jì)必須相互協(xié)調(diào)，否則容易出現(xiàn)兩級(jí)行星強(qiáng)度差距大、外形不匹配等問(wèn)題。首先應(yīng)分配好兩級(jí)行星的速比，再根據(jù)減速機(jī)的外形尺寸優(yōu)化各級(jí)行星傳動(dòng)的中心距、齒數(shù)、模數(shù)等。

具體優(yōu)化方法：一級(jí)行星傳動(dòng)速比i=7左右，二級(jí)行星傳動(dòng)速比i=5左右；一級(jí)行星由于轉(zhuǎn)速較高，均載要求高，所以行星輪采用3分流，二級(jí)行星由于速度較低，承載高，空間狹小，所以行星輪采用4分流；二級(jí)行星傳動(dòng)壓力角由20°改為25°，可進(jìn)一步提高末級(jí)齒輪強(qiáng)度約10%。

通過(guò)以上優(yōu)化過(guò)程，減速機(jī)的齒輪強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果：平行軸傳動(dòng)KA=2.5，SF=2.1、一級(jí)太陽(yáng)輪KA=2.5，SF=1.8、二級(jí)太陽(yáng)輪KA=2.5，SF=1.4，SF由高速級(jí)到低速級(jí)逐級(jí)減小，達(dá)到承載能力加強(qiáng)的優(yōu)化目標(biāo)。

3.2 高速級(jí)軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

已知輸入功率1 600 kW，輸入轉(zhuǎn)速為1 490 c/min，輸入軸直徑為160 mm，選擇軸承時(shí)既要考慮軸承的承載能力又要考慮軸承的極限轉(zhuǎn)速，綜上情況輸入軸軸承配置選用：調(diào)心滾子軸承+圓柱滾子軸承(圖7)。調(diào)心滾子軸承可承擔(dān)較大的齒輪軸向力，高速級(jí)齒輪可選擇10°～13°的較大螺旋角，可有效提高高速級(jí)齒輪強(qiáng)度；此配置對(duì)兩軸承孔的同軸度誤差不敏感；設(shè)計(jì)時(shí)齒輪軸的齒部最大直徑必須小于左端軸承外圈的臺(tái)階，以方便拆裝。

圖7 高速齒輪軸軸承結(jié)構(gòu)

除以上優(yōu)化方法，再運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)輥壓機(jī)減速機(jī)的重要部件進(jìn)行分析并優(yōu)化；運(yùn)用精確齒輪修形技術(shù)對(duì)各級(jí)齒輪的齒廓和齒向修形，都可提升輥壓機(jī)減速機(jī)的綜合性能。

4 總結(jié)及展望

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)常見(jiàn)的兩種外形尺寸及重量相當(dāng)?shù)妮亯簷C(jī)減速機(jī)，德國(guó)進(jìn)口Flender的

P2SA33和國(guó)內(nèi)重慶齒輪箱廠生產(chǎn)的JGR3240兩種機(jī)型，分析其承載能力和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，比較其優(yōu)缺點(diǎn)。再運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，在不改變外形尺寸前提下優(yōu)化齒輪設(shè)計(jì)，從而使整機(jī)承載性能提升40%。目的是進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)減速機(jī)的性能，使其更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 田桂萍，杜鑫，崔源聲.國(guó)內(nèi)外水泥粉磨工藝和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[A]//2014第六屆國(guó)內(nèi)外水泥粉磨新技術(shù)交流大會(huì)論文集[C].杭州，2014.

[2] 王宇航，趙玉良．輥壓機(jī)行星減速器的使用[J]．水泥技術(shù)，2010(05) ．

[3] SIEMENS. PLANUREX2系列行星齒輪箱[M/OL]．www.siemens.com.cn．

[4] 中國(guó)建材標(biāo)委會(huì)．JC/T878.5-2010 泥工業(yè)用硬齒面第五部分：輥壓機(jī)用減速機(jī)[S]．北京：中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部，2010.

[5] 趙銅劍，龐杭州.輥壓機(jī)行星減速器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].水泥工程，2016(04).

[6] 齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)(2版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Analysis on rolling press reducer of home and abroad

LUO Fang,WANG Kun

(Jiangsu Jinxiang Transmission Equipment Co.,Ltd.,Huaian 223001,China)

This paper compared the load capacity and structure features of the Germany imported rolling press P2SA33 with home one JGR3240.It proposed a series of optimized home-made reducer method, such as decreasing strength coefficient as its design criterion to get a better whole carrying capacity.The bearing structure was better through self-aligning roller bearing+cylindrical one.The method further enhanced the performance of homemade rolling press reducer up to 140%,which made it more competitive.

rolling press reducer;P2SA33;JGR3240

TG457

A

1001-196X(2017)05-0055-04

2017-01-06；

2017-02-09

羅方(1983-)，男，江蘇淮安人，碩士研究生，江蘇省金象傳動(dòng)設(shè)備股份有限公司主任工程師。