輥壓機(jī)扭矩支撐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

宋思遠(yuǎn)（中建材（合肥）粉體科技裝備有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

輥壓機(jī)是迄今為止粉碎效率最高的粉磨裝備，可顯著提高粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量、降低能耗。作為一種新型節(jié)能裝備，自上世紀(jì)80年代問世以來，輥壓機(jī)已廣泛用于水泥、鐵礦石、有色金屬礦和非金屬礦等脆性物料的粉碎工藝中。作為粉磨系統(tǒng)的主機(jī)裝備，輥壓機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性是極為重要的。扭矩支撐結(jié)構(gòu)作為輥壓機(jī)的重要組成部分，給予行星減速機(jī)機(jī)殼反作用力，以平衡減速器產(chǎn)生于機(jī)殼上的扭矩及行星減速機(jī)的自重，同時(shí)也承受輥壓機(jī)振動(dòng)及物料粒度波動(dòng)帶來的沖擊，從而保證輥壓機(jī)整機(jī)的平高效穩(wěn)運(yùn)行。

目前，市場上扭矩支撐結(jié)構(gòu)多種多樣，如單臂式、雙臂式和相互作用式。相比于對物料的適用性以及本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，目前相對比較先進(jìn)的是“L型單臂扭矩支撐”結(jié)構(gòu)，該扭矩支撐由扭力矩板、平衡桿、底座、關(guān)節(jié)軸承和銷軸等組成，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）在輥壓機(jī)循環(huán)負(fù)荷大，細(xì)分含量高的工況條件下能有效緩解振動(dòng)；（2）采取柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效降低沖擊載荷對減速機(jī)本體帶來的沖擊，提高減速機(jī)的可靠性。當(dāng)正常工況，輥壓機(jī)輥縫偏差在一定范圍內(nèi)時(shí)，扭力矩板會(huì)隨著輥壓機(jī)左右輥縫的變化進(jìn)行來回?cái)[動(dòng)。但是面對惡劣的工況條件，尤其物料顆粒不均勻所導(dǎo)致輥壓機(jī)偏輥嚴(yán)重且不規(guī)律時(shí)，扭力矩板的擺幅增大和頻次增多。在運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)扭力矩板與平衡桿鉸接處的受力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，會(huì)導(dǎo)致扭力矩板發(fā)生彎曲變形現(xiàn)象；與此同時(shí)，輥壓機(jī)振動(dòng)也會(huì)加速扭力矩板的彎曲變形。

因此，當(dāng)現(xiàn)場工況惡劣時(shí)，扭矩支撐裝置會(huì)出現(xiàn)扭力矩板彎曲、平衡桿倒伏、關(guān)節(jié)軸承、銷軸磨損等問題，增加設(shè)備的維修時(shí)間和備品備件的更換成本；尤其扭力矩板的彎曲變形，導(dǎo)致減速機(jī)不易回位，兩輥軸錯(cuò)位，輥壓機(jī)的有效輥寬尺寸減小，輕則造成系統(tǒng)產(chǎn)量下降，重則造成系統(tǒng)停機(jī)停產(chǎn)。

1 原因分析

以G160-140輥壓機(jī)為例，減速機(jī)輸出扭矩T=9 550kP/n=1440N·m。模擬惡劣工況，即現(xiàn)場輥縫偏差達(dá)到極限值（初步設(shè)置極限值為25mm）且不規(guī)律，分析單臂式扭矩支撐的受力情況：

如圖1所示，取5個(gè)極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)：A/C/E（Δ=0），B（Δ=25 mm）和D（Δ=-25 mm）。尤其觀察B（Δ=25 mm）和D（Δ=-25mm）這兩個(gè)極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)處的受力情況。輥縫偏差：

圖1 扭力矩板和平衡桿在各節(jié)點(diǎn)處的簡化圖

應(yīng)用三維軟件建立輥壓機(jī)減速機(jī)扭力支撐的三維模型，然后應(yīng)用運(yùn)動(dòng)仿真軟件求得扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在各極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)處的受力情況。模擬出其在極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)B和D處的受力狀況，見圖2。

圖2 扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)B和D處的受力情況

從圖2中數(shù)據(jù)得到：扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)B處的受力大小FBY=24.9kN，但是其受力方向與鉸接點(diǎn)回位方向（B→C，即Δ=25mm→0）相反，不利于扭力矩板回原位（Δ=0），同時(shí)在一定程度上也會(huì)造成扭力矩板彎曲變形；極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)D處情況也相同。因此，當(dāng)現(xiàn)場工況比較惡劣，即物料顆粒嚴(yán)重不均齊時(shí)，此結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)扭力矩板彎曲變形和平衡桿倒伏等問題。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在保留原有結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，如何改變扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)B和D處的受力方向是扭矩支撐優(yōu)化的重點(diǎn)方向。因此，考慮在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把平衡桿轉(zhuǎn)動(dòng)180°安裝，如圖3所示。與此同時(shí)，平衡桿的運(yùn)動(dòng)也發(fā)生改變，簡圖見圖4。

圖3 扭矩支撐優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 平衡桿在各節(jié)點(diǎn)處的簡化圖

然后在相同扭矩條件下，再模擬惡劣工況，即現(xiàn)場輥縫偏差達(dá)到極限值且不規(guī)律，分析扭矩支撐優(yōu)化后的受力情況：應(yīng)用三維軟件建立輥壓機(jī)減速機(jī)扭力支撐的三維模型，然后應(yīng)用運(yùn)動(dòng)仿真軟件求得扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在各極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)處的受力情況。模擬出其在極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)B和D處的受力狀況，見圖5。

圖5 扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)B和D處的受力情況

從圖5中數(shù)據(jù)得到：扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)B處的受力大小FBY=37.9kN，但是受力方向與鉸接點(diǎn)回位方向（B→C，Δ=25mm→0）相同，有利于扭力矩板回原位（Δ=0）。節(jié)點(diǎn)D處情況也相同。

因此，扭矩支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化后能完美解決扭力矩板與平衡桿鉸鏈點(diǎn)在極限位置處（節(jié)點(diǎn)B/D）的受力情況，使其運(yùn)動(dòng)方向和受力方向相同，避免扭力矩板彎曲變形和平衡桿倒伏等問題。

根據(jù)上述結(jié)論對結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其功能可實(shí)現(xiàn)：（1）平衡桿的受力狀態(tài)改變，避免平衡桿倒伏現(xiàn)象；（2）扭力矩板受力狀態(tài)改變，其與平衡桿聯(lián)接的鉸接點(diǎn)可來回?cái)[動(dòng)，避免扭力矩板憋死受力造成的彎曲變形問題。

圖6 優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)簡圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2020年8月，南方某廠首次使用優(yōu)化后的扭矩支撐結(jié)構(gòu)，將原有扭矩支撐進(jìn)行改造，現(xiàn)場使用照片如圖7所示。目前已經(jīng)連續(xù)使用13個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)任何故障，得到客戶一致認(rèn)可，期間在該集團(tuán)內(nèi)部已得到多次推廣。

圖7 現(xiàn)場使用圖片

4 結(jié)語

優(yōu)化后的扭矩支撐是在原扭矩支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上所進(jìn)行的一個(gè)升級，雖未改變扭力矩板與平衡桿鉸接點(diǎn)在各極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)處的受力值，但是改變了其受力狀態(tài)，完美改善了其在各極限運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)處的受力情況，使其運(yùn)動(dòng)方向和受力方向相同，避免扭力矩板彎曲、平衡桿倒伏、銷軸磨損等問題。

優(yōu)化后的扭矩支撐降低了備品備件損壞的可能性，進(jìn)而提高了其設(shè)備的全生命周期，降低了維修時(shí)間和維修成本，避免了不必要的停機(jī)對系統(tǒng)產(chǎn)量所造成的影響，為水泥企業(yè)避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。