淺談壓榨機(jī)大功率撓性聯(lián)軸器的應(yīng)用

岑 躍，李天毅，傅其軍

（1南寧糖業(yè)股份有限公司，廣西南寧530022；2昆明克林輕工機(jī)械(集團(tuán))股份有限公司，云南昆明650102）

淺談壓榨機(jī)大功率撓性聯(lián)軸器的應(yīng)用

岑 躍1，李天毅2，傅其軍1

（1南寧糖業(yè)股份有限公司，廣西南寧530022；2昆明克林輕工機(jī)械(集團(tuán))股份有限公司，云南昆明650102）

闡述壓榨機(jī)聯(lián)軸器的形式、運(yùn)用及壓榨機(jī)聯(lián)軸器的發(fā)展情況，對(duì)各種聯(lián)軸器運(yùn)用的原理進(jìn)行分析，介紹大功率撓性聯(lián)軸器在糖廠壓榨機(jī)上的應(yīng)用實(shí)踐、使用特點(diǎn)。運(yùn)行表明，應(yīng)用大功率撓性聯(lián)軸器后，提高了壓榨機(jī)效能和生產(chǎn)安全率，降低了設(shè)備運(yùn)行故障率，減輕維修強(qiáng)度，且有助于降低能耗。

甘蔗；制糖；壓榨機(jī)；榨輥；撓性聯(lián)軸器

0 前言

由于甘蔗物料有限的壓縮性（也包括物料中的異物，如石塊、鐵塊等雜物)以及甘蔗物料厚薄的變化，壓榨機(jī)一般設(shè)計(jì)有一個(gè)或多個(gè)榨輥能夠浮動(dòng)并使用重物、彈簧、氣動(dòng)或液壓的方式加載，以使用最大的安全壓力施加至甘蔗物料上，保證甘蔗物料中的蔗汁能被充分壓出。目前的三輥壓榨機(jī)通常是允許頂輥浮動(dòng)，并采用液壓系統(tǒng)來(lái)保證施加在甘蔗物料上的壓力。

壓榨機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般是由傳動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)+傳動(dòng)齒輪、復(fù)合減速機(jī)、行星減速機(jī)等）通過壓榨機(jī)頂輥的三星齒輪帶動(dòng)前后輥的三星齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于壓榨機(jī)頂輥的上下浮動(dòng)，而傳動(dòng)系統(tǒng)為固定安裝，故需要在壓榨機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間使用可撓性聯(lián)軸器進(jìn)行聯(lián)接。

甘蔗糖廠現(xiàn)在使用的壓榨機(jī)聯(lián)軸器一般有方軸聯(lián)軸器(Tail bar and couplings)、萬(wàn)向聯(lián)軸器(Universal couplings)和撓性聯(lián)軸器(Sling couplings)，下面分別介紹。

1 傳統(tǒng)聯(lián)軸器

1 1 方軸聯(lián)軸器

壓榨機(jī)的頂輥在工作時(shí)一般會(huì)在其不工作時(shí)的位置向上浮升10～15 mm，所以出現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的末端輸出軸與壓榨機(jī)頂輥軸中心不重合的問題。

為解決這個(gè)問題，傳統(tǒng)的做法是將壓榨機(jī)的頂輥軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸制作為方形軸頭，兩者之間的聯(lián)接一般設(shè)置了一件1.5～3 m長(zhǎng)的低碳鋼方形連接軸（見圖1），其每一端各用一件方孔尺寸較大

的套接式聯(lián)軸節(jié)（留有3～6 mm的間隙）與壓榨機(jī)的頂輥軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸聯(lián)接。在安裝時(shí)，將傳動(dòng)系統(tǒng)末端軸的中心線高于壓榨機(jī)頂輥允許抬升量的1/3或1/2，也就是說(shuō)，如果壓榨機(jī)頂輥的最大抬升量設(shè)定為30 mm，則傳動(dòng)系統(tǒng)末端軸的中心線應(yīng)該高于壓榨機(jī)頂輥?zhàn)畹臀恢?0～15 mm。

圖1 方軸聯(lián)軸器

很多糖廠聯(lián)接傳動(dòng)系統(tǒng)末端的方孔聯(lián)軸節(jié)采用鑄鐵制作，聯(lián)接壓榨機(jī)頂輥軸端使用鑄鋼制作，在傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)壓榨機(jī)運(yùn)行的過程中，由于蔗料的不均衡或有異物進(jìn)入壓榨機(jī)時(shí)，會(huì)造成壓榨機(jī)負(fù)荷增加或過載，這時(shí)鑄鐵聯(lián)軸節(jié)會(huì)破裂，從而起到保護(hù)壓榨機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)作用。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，可以使用電動(dòng)機(jī)的電流過載保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全運(yùn)行，故現(xiàn)在一些糖廠從生產(chǎn)安全率及設(shè)備運(yùn)行故障率等方面考慮，已將兩端的方孔聯(lián)軸節(jié)均制作為鑄鋼。

雖然在方軸聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了方孔聯(lián)軸節(jié)與方形軸之間的偏移，但由于驅(qū)動(dòng)壓榨機(jī)的扭矩較大，特別對(duì)于大型的壓榨設(shè)備，在設(shè)備運(yùn)行過程中方軸與方形孔的接觸最初為線接觸，而后方軸或方形孔發(fā)生一定變形，逐漸成為面接觸，所以我們經(jīng)?？梢钥吹綁赫ポ佪S、方軸及傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸被壓潰的現(xiàn)象。而且在傳遞扭矩的過程中，方軸與方形孔是緊緊貼在一起的，在壓榨機(jī)頂輥抬升時(shí)產(chǎn)生較大的摩擦力，雖然在摩擦副上進(jìn)行了一定的潤(rùn)滑，但其靈活性仍會(huì)受到極大的影響。

對(duì)于這種形式的聯(lián)軸器，方形軸越長(zhǎng)，其角位移越小，越利于壓榨機(jī)頂輥的升降。但由于頂輥抬升而形成的方孔聯(lián)軸節(jié)與方形軸之間的連接角（≤2°），必然產(chǎn)生徑向力、軸向力及彎矩，這些附加的分力及彎矩對(duì)方軸、壓榨機(jī)輸入軸及傳動(dòng)系統(tǒng)（或減速機(jī)）的輸入軸將造成磨損，最終導(dǎo)致?lián)p壞而不能使用，并且由于分力和磨擦力的存在，增加了功率的消耗。有研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)壓榨機(jī)的頂輥軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸之間的距離為2 m，偏移量為10 mm，傳遞的扭矩為950 kN·m時(shí)，其產(chǎn)生的軸向力為150 kN。由于允許偏移的量較小，產(chǎn)生的徑向力并不大（約5 kN），但如此大的軸向力，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)或減速機(jī)的軸承勢(shì)必產(chǎn)生較大的影響，并降低了軸承的使用壽命。

由于方軸聯(lián)軸器幾乎為剛性連接，缺乏一定的柔韌性，在運(yùn)行中應(yīng)盡量避免壓榨機(jī)頂輥出現(xiàn)抬升較大的情形，當(dāng)頂輥在最大抬升位置工作時(shí)，由于方軸聯(lián)軸器的約束，壓榨機(jī)輥軸及軸承以及傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸及軸承的負(fù)荷會(huì)有較大的增加，直接影響了軸承及軸的壽命。

1.2 萬(wàn)向聯(lián)軸器[1]

在我國(guó)，自上世紀(jì)80年代初期開始，將萬(wàn)向聯(lián)軸器作為連接壓榨機(jī)的榨輥軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸的聯(lián)軸器，當(dāng)時(shí)主要應(yīng)用于恒比壓榨機(jī)上，為三輸出軸形式，目前也用于頂輥傳動(dòng)的壓榨機(jī)上，由聯(lián)軸節(jié)、連接軸、滑塊及銷軸等構(gòu)成（圖2），聯(lián)軸節(jié)分別固定安裝在壓榨機(jī)的榨輥軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸的方軸頭或扁頭軸上，滑塊通過銷軸與聯(lián)軸節(jié)和

連接軸聯(lián)接，使得連接軸以銷軸為中心擺動(dòng)，而滑塊又可以在聯(lián)軸節(jié)內(nèi)沿圓弧面滑動(dòng)，從而可基本達(dá)到在各個(gè)方向均可位移的作用。在傳遞扭矩過程中整個(gè)裝置基本為滑動(dòng)副運(yùn)動(dòng)，避免了方軸聯(lián)軸器由于剛性聯(lián)接而產(chǎn)生的應(yīng)力、約束、彎曲及破壞等因素，并可降低功耗，是一種較為靈活的的聯(lián)接方式。

圖2 萬(wàn)向聯(lián)軸器

這種結(jié)構(gòu)形式的聯(lián)軸器可保證其足夠的徑向位移和所允許的軸向位移，所以產(chǎn)生的軸向力和徑向力相對(duì)方軸聯(lián)軸器而言減小了很多。由于聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)的限制，其偏移角相對(duì)方軸聯(lián)軸器大一些，約為4°左右，而方軸聯(lián)軸器的偏移角為2°，也就是說(shuō)，使用萬(wàn)向聯(lián)軸器可相應(yīng)縮短壓榨機(jī)的榨輥軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的末端軸之間的距離。

隨著使用時(shí)間的增加，滑塊會(huì)因磨損和擠壓，出現(xiàn)“抱死”而增大動(dòng)載荷，其軸向力和徑向力也會(huì)增加。為了減少摩擦及磨損，使用時(shí)需對(duì)滑塊處的摩擦副注油進(jìn)行潤(rùn)滑。一般情況下，在安裝時(shí)或設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)之前，可通過設(shè)置的潤(rùn)滑點(diǎn)使用油槍對(duì)摩擦副注油，一旦設(shè)備開始運(yùn)行，就只能通過人工使用稀油在摩擦副處以淋浴形式潤(rùn)滑，存在一定的安全隱患，操作不方便，而且潤(rùn)滑效果不理想，在運(yùn)行中會(huì)有一些異常的摩擦聲。

2 撓性聯(lián)軸器

2.1 撓性聯(lián)軸器發(fā)展及結(jié)構(gòu)[2]

在糖業(yè)界，大家都非常熟悉前面所提到的方軸聯(lián)軸器及萬(wàn)向聯(lián)軸器的相關(guān)問題，隨著在南非糖廠新的聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)出現(xiàn)后，這些問題得到了解決。

最初的設(shè)計(jì)源于1973年南非一家糖業(yè)公司的滲出器擴(kuò)建項(xiàng)目，由于滲出器的驅(qū)動(dòng)軸在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生熱膨脹，所引起軸端的竄動(dòng)約10 mm，他們當(dāng)時(shí)將這種設(shè)計(jì)用于滲出器的驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器，避免了軸向力對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的影響，設(shè)計(jì)可傳遞的扭矩為2075 kN·m。其形式如圖3所示。

扭矩通過驅(qū)動(dòng)端的驅(qū)動(dòng)支架經(jīng)2個(gè)平行的鏈接傳遞到中間的“壓縮”板，這些鏈接的結(jié)合處允許在驅(qū)動(dòng)支架與壓縮板之間上下或徑向位移；另外2個(gè)平行鏈接將扭矩從壓縮板傳遞至被驅(qū)動(dòng)端的驅(qū)動(dòng)支架，其結(jié)合處同樣允許在被驅(qū)動(dòng)支架與壓縮板之間上下或徑向位移。在各個(gè)鏈接處均設(shè)置了球面滑動(dòng)軸承，允許該裝置可以有軸向的位移。

當(dāng)時(shí)安裝的這套聯(lián)軸器裝置，其實(shí)際的位移量為：軸向位移約150 mm，角位移約5°，徑向位移約100 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了預(yù)計(jì)的要求。從以上達(dá)到的位移數(shù)據(jù)來(lái)看，我們可將這種聯(lián)軸器裝置稱為“多向位移”聯(lián)軸器，也可稱之為真正意義上的萬(wàn)向聯(lián)軸器。

根據(jù)以上聯(lián)軸器的雛形，出現(xiàn)了目前在壓榨機(jī)設(shè)備中使用較多的“鋼繩聯(lián)軸器”，也稱為“撓性聯(lián)軸器”，其主要結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由4部分組成：①驅(qū)動(dòng)支架及被驅(qū)動(dòng)支架；②使用2對(duì)鋼繩來(lái)傳遞扭矩；③2對(duì)彎曲的鋼繩分別嵌入到驅(qū)動(dòng)支架、被驅(qū)動(dòng)支架及壓縮板的溝槽中，這樣就形成了鏈接式

聯(lián)軸器的多向位移特征；④1套防止回轉(zhuǎn)的裝置用于壓榨機(jī)停機(jī)或維護(hù)時(shí)防止其反轉(zhuǎn)。

壓榨機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于頂輥的浮動(dòng)，驅(qū)動(dòng)支架隨頂輥軸一起運(yùn)動(dòng)，此時(shí)具有柔韌性的鋼繩在驅(qū)動(dòng)支架的“引領(lǐng)”下發(fā)生變形，該變形隨即引起壓縮板產(chǎn)生徑向、軸向以及角度的位移，僅對(duì)被驅(qū)動(dòng)支架的造成一定的徑向力影響，實(shí)現(xiàn)了傳遞扭矩過程中的多向位移。

圖3 鏈接式聯(lián)軸器

圖4 撓性聯(lián)軸器

2.2 撓性聯(lián)軸器的特點(diǎn)

（1）“撓性聯(lián)軸器”在正常使用的情況下，僅在榨季結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行檢查維護(hù)，主要是檢查鋼繩是否有斷絲，其余基本免維護(hù)。

（2）由于“撓性聯(lián)軸器”的驅(qū)動(dòng)支架及被驅(qū)動(dòng)支架與壓榨機(jī)輸入軸及傳動(dòng)設(shè)備或減速機(jī)的輸出軸的聯(lián)接為小間隙安裝，不會(huì)出現(xiàn)像方軸聯(lián)軸器那樣對(duì)方軸的破壞和損傷現(xiàn)象。

（3）“撓性聯(lián)軸器”基本消除了壓榨機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)或減速機(jī)之間的軸向力，使得壓榨機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)或減速機(jī)軸承的使用壽命得到極大的改善。

（4）“撓性聯(lián)軸器”與“多向聯(lián)軸器”相比較，在傳動(dòng)扭矩的過程中為單向旋轉(zhuǎn)，且只能滿足約60 mm的徑向位移及約1°的角位移，但由于其類似分段式的設(shè)計(jì)，壓榨機(jī)頂輥產(chǎn)生的徑向位移和角位移并不會(huì)傳遞至傳動(dòng)系統(tǒng)或減速機(jī)而影響其正常工作。

（5）“撓性聯(lián)軸器”對(duì)于不斷變化的壓榨機(jī)負(fù)荷而引起的扭矩變化來(lái)說(shuō)，不會(huì)出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象，而“卡死”現(xiàn)象也是引起壓榨機(jī)輥軸斷裂的一個(gè)因素。

（6）“撓性聯(lián)軸器”使得壓榨機(jī)輸入軸與傳動(dòng)設(shè)備或減速機(jī)輸出軸之間的距離可以變得更短。在一個(gè)糖廠的改造項(xiàng)目中，車間廠房不能進(jìn)行大的變動(dòng)，其壓榨機(jī)規(guī)格為1000×2000 mm，壓榨機(jī)輸入軸與減速機(jī)輸出軸之間的距離僅為1000 mm，而正常情況下，這個(gè)距離一般為2000 mm[3]。也就是說(shuō)，使用“撓性聯(lián)軸器”可以大大縮短壓榨機(jī)輸入軸與減速機(jī)輸出軸之間的距離，實(shí)際上也就可以減少?gòu)S房的跨距。

另外，有一個(gè)觀念值得我們研究和注意，由于“柔性聯(lián)軸器”在壓榨機(jī)頂輥浮動(dòng)時(shí)產(chǎn)生位移比較容易，而不像剛性聯(lián)軸器那樣生成各種附加力的約束，對(duì)壓榨輥軸而言，減少了這些附加力對(duì)其產(chǎn)生應(yīng)力的影響，降低了發(fā)生壓榨輥軸斷裂的幾率。同時(shí)，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)或減速機(jī)而言，其輸出端軸承也因這些約束的減少，大大延長(zhǎng)了其使用壽命。

2.3 大功率撓性聯(lián)軸器在糖廠壓榨機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐

南寧糖業(yè)股份有限公司伶俐糖廠日榨甘蔗6000 t。在以前的榨季生產(chǎn)中，壓榨機(jī)聯(lián)軸器采用方軸聯(lián)軸器。為了消除糖廠安全生產(chǎn)隱患，降低設(shè)備運(yùn)行故障率，減輕維修強(qiáng)度，提高壓榨機(jī)效能，提高生產(chǎn)安全率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，2014/15年榨季，南寧糖業(yè)股份有限公司伶俐糖廠引進(jìn)2套撓性聯(lián)軸器應(yīng)用于壓榨機(jī)上，投入運(yùn)行后，設(shè)備運(yùn)行正常，提高了壓榨機(jī)效能，提高了生產(chǎn)安全率，降低了設(shè)備運(yùn)行故障率，減輕維修強(qiáng)度，有利于榨季均衡持續(xù)生產(chǎn)，可降低能耗，效果顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

大功率撓性聯(lián)軸器在伶俐糖廠壓榨機(jī)上應(yīng)用后，根據(jù)2014/15年榨季的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提高了壓榨機(jī)效能，提高了生產(chǎn)安全率，降低了設(shè)備運(yùn)行故障率，減輕維修強(qiáng)度，有利于榨季均衡持續(xù)生產(chǎn)，可降低能耗，取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，值得在制糖、化工等行業(yè)推廣。

[1] PETER R. Cane Sugar Engineering[M]. Berlin：Verlag Dr. Albert Bartens KG：Bartens, 2007.

[2] TOSIO C T. A New Sugar Mill Drive Coupling[C]∥South African：Proceedings of The South African Sugar Technologists' Association. 1988.

[3] 甘蔗壓榨機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算編寫組. 甘蔗壓榨機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京：輕工業(yè)出版社，1987.

(本篇責(zé)任編校：朱滌荃)

Introduction to the Application of High-Power Squeezer with Flexible Coupling

CEN Yue1, LI Tian-yi2, FU Qi-jun1
(1Nanning Sugar Co., Ltd., Nanning, Guangxi 530022;2Kunming Kling Light Industrial Machinery (Group) Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650102)

The squeezer coupling form, application, and development of the squeezer coupling were presented; the principle of various coupling were analyzed; the operation and feature of high-power flexible coupling in sugar mill were introduced. The operation running showed that the application of high-power flexible coupling can increase the efficiency of the squeezer, improve the production rate, reduce the failure rate of equipment operation, reduce maintenance intensity, and help to reduce energy consumption.

Sugarcane; Sugar; Squeezer; Pressing roller; Flexible coupling

TS243+.1

B

1005-9695(2015)05-0058-05

2015-07-29；

2015-09-29

岑躍(1958-)，男，南寧糖業(yè)股份有限公司副總工程師，高級(jí)工程師，主要從事制糖的生產(chǎn)技術(shù)管理工作；E-mail: cenyue58@126.com

岑躍，李天毅，傅其軍. 淺談壓榨機(jī)大功率撓性聯(lián)軸器的應(yīng)用[J]. 甘蔗糖業(yè)，2015(5)：58-62.