新型超短窯的摩擦雙傳動的設(shè)計(jì)研究

尤 立 劉星安 王繼光 馮 雁

（洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，洛陽 417039）

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新型超短窯的摩擦雙傳動的設(shè)計(jì)研究

尤 立 劉星安 王繼光 馮 雁

（洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，洛陽 417039）

摘 要：本題所研究的傳動裝置適用于兩檔支撐的新型超短窯。摩擦雙傳動裝置利用雙托輪來驅(qū)動輪帶，帶動回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動，同時取消傳統(tǒng)的大小齒輪裝置，簡化傳動系統(tǒng)，提高了傳動效率，節(jié)約了制作和安裝成本。

關(guān)鍵詞：摩擦雙傳動 兩檔支承 回轉(zhuǎn)窯

新型超短窯采用兩檔支承方式、預(yù)分解技術(shù)和快速煅燒理論的研究成果，使其無論在工藝、機(jī)械和操作運(yùn)行方面都具有比較突出的優(yōu)點(diǎn)。為與三檔支承的—般新型干法窯相區(qū)別，故稱其為新型超短窯。新型兩檔支承短窯是我國水泥工業(yè)主攻的方向。筆者針對新型超短窯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種先進(jìn)的摩擦雙傳動方式。

1 回轉(zhuǎn)窯摩擦傳動的原理

摩擦傳動是指回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)部分的回轉(zhuǎn)運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)，是通過輪帶與托輪之間的摩擦力進(jìn)行扭矩和功率的傳遞，托輪的轉(zhuǎn)動是由驅(qū)動部分通過托輪軸驅(qū)動。這種傳動方式有別于大小齒輪嚙合傳動，無需設(shè)置大小齒輪，故能很大程度地減少回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)重量，縮短回轉(zhuǎn)窯的制作周期，省去大小齒輪的制造和安裝費(fèi)用，同時無需潤滑開式齒輪副，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。

2 摩擦傳動與開式齒輪傳動的對比分析

開式齒輪傳動的特點(diǎn)：傳動精度高，輪帶與托輪相對運(yùn)動為純滾動，不會有滑移現(xiàn)象，故磨損速度慢。但是，它尚存在以下不足：（1）包括大齒圈裝置、小齒輪裝置，以φ5×60m回轉(zhuǎn)窯為例，大小齒輪裝置重量為88t，而用摩擦傳動可取消該部分重量；（2）大齒圈制作周期長，工藝復(fù)雜；（3）開式齒輪需要潤滑，潤滑油的消耗，潤滑不良造成齒面點(diǎn)蝕、膠合，磨損等形成振動和噪聲，齒面失效后更換周期長，更換備件成本高。

摩擦傳動的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，省略了大小齒輪部件，基礎(chǔ)相對開式齒輪傳動可以減小約1/3，若采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，基礎(chǔ)相對開式齒輪傳動可減少1/2；（2）設(shè)備生產(chǎn)周期較開式齒輪傳動短，但相比開式齒輪傳動方式，摩擦傳動對輪帶與托輪的接觸要求較高，所以通常的多點(diǎn)支承長窯不適合。而新型超短窯無論是支承數(shù)量、支承結(jié)構(gòu)以及筒體和輪帶的聯(lián)接方式，都使得托輪軸兩端的托輪軸承組可以上下移動，以保證輪帶始終100%與托輪接觸，完全適合摩擦傳動方式。

3 摩擦傳動方案選擇

摩擦傳動按驅(qū)動點(diǎn)所在支承擋數(shù)，可分為單擋傳動和兩擋傳動；按驅(qū)動點(diǎn)在支承裝置上的布置，可分為單托輪驅(qū)動和雙托輪驅(qū)動；按驅(qū)動點(diǎn)在托輪軸上的位置，可分為雙側(cè)驅(qū)動和單側(cè)驅(qū)動；按動力源類型，可分為液壓馬達(dá)傳動和電機(jī)減速器傳動。

本方案摩擦傳動采用電機(jī)減速器結(jié)構(gòu)，利用平行軸減速器的布置方案，傳動結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該方案既可保證傳動裝置的可靠性，又在成本控制方面具有一定優(yōu)勢。

圖1 傳動結(jié)構(gòu)圖

以Φ5×60m回轉(zhuǎn)窯為例，摩擦傳動采用4臺CB840-640馬達(dá)并配套液壓站，傳動系統(tǒng)成本大約為600萬。而同規(guī)格窯采用電機(jī)加平行軸減速器傳動方案，傳動系統(tǒng)總成本大約為160萬。可見，較液壓馬達(dá)，它具有明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。

4 電機(jī)選用

由于摩擦傳動回轉(zhuǎn)窯啟動時需要克服很大的慣性力，故啟動力矩較大。為了保證摩擦傳動副不失效，避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，需盡可能降低啟動速度。

對于電機(jī)減速器，尤其是電機(jī)帶動平行軸減速器的傳動形式，為了得到較低的輸出轉(zhuǎn)速，要求減速器速比較大，或者電機(jī)額定轉(zhuǎn)速足夠低。但是，這兩點(diǎn)要求都增大了設(shè)備的重量。

摩擦傳動從低速啟動到正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)，用變頻電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，既能產(chǎn)生大的啟動力矩，又能降低啟動后的電耗，可滿足傳動的要求。

5 摩擦傳動回轉(zhuǎn)窯功率計(jì)算

回轉(zhuǎn)窯的主傳動功率：N=（N1+N2+N3+N4/2）/η

傳動功率分為以下幾個部分：摩擦傳動、翻轉(zhuǎn)物料消耗功率、摩擦消耗功率（托輪軸承組摩擦、擋輪軸承組摩擦、非傳動端輪帶與托輪摩擦）。

5.1 翻轉(zhuǎn)物料需要功率

摩擦傳動利用輪帶與托輪的摩擦做動力，非傳動支承處的輪帶與托輪摩擦仍為阻力。

式中，GM為窯內(nèi)物料總重；vV為物料重心線速度的豎直分量，m/s。

5.2 摩擦消耗功率

5.2.1 托輪軸承組摩擦消耗功率托輪軸承組摩擦消耗功率：

式中，Pf為每擋托輪軸頸上的摩擦力，kg；V為托輪軸頸線速度，m/s。

5.2.2 擋輪軸承組摩擦消耗功率

擋輪軸承組摩擦消耗功率：

式中，G’為回轉(zhuǎn)部分下滑力，kg；f3為軸承摩擦系數(shù)；v為軸頸處線速度，m/s。

5.2.3 輪帶與托輪摩擦消耗功率

輪帶與托輪摩擦消耗功率：

6 傳動設(shè)計(jì)

6.1 電機(jī)選型

由于摩擦傳動回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速需調(diào)整，故選取變頻調(diào)速三相異步交流電機(jī)。以Φ5×60m回轉(zhuǎn)窯為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過計(jì)算，主電機(jī)功率N為710kW。因?yàn)槭请p傳動，所以選取兩臺YSNP450L1-6型號電機(jī)，功率為355kW，額定轉(zhuǎn)矩3390NM，轉(zhuǎn)矩倍率為3.8倍，50Hz時同步轉(zhuǎn)速為990r/ min，重量4400kg。

6.2 主減速器選型

Φ5X60m回轉(zhuǎn)窯輪帶外徑為6220mm，托輪外徑為2000mm，托輪輪帶摩擦副的傳動比為：

窯主傳動額定轉(zhuǎn)速為4r/min，故主減速器速比為：

根據(jù)主電機(jī)功率及主減速器減速比，選用3級齒輪減速器。這里選擇JH800C-80型號減速器，許用功率為627kW，實(shí)際速比為78.217。復(fù)核窯轉(zhuǎn)速，可以滿足回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速要求。

7 托輪輪帶摩擦安全系數(shù)計(jì)算

由于選用兩點(diǎn)傳動，為保證回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)，每個托輪軸上的所需轉(zhuǎn)矩為：

Φ5×60m回轉(zhuǎn)窯二擋支承的計(jì)算支反力Q為600t。輪帶重量Gr取60t，托輪到輪帶中心線與豎直方向的夾角為30°。

沿托輪輪帶中心線上的輪帶對托輪的正壓力為：

根據(jù)輪帶對托輪的正壓力，托輪與輪帶的摩擦力矩為T=4118400N。

根據(jù)鐵路系統(tǒng)車輪外圓與軌道間的摩擦系數(shù)0.242，若摩擦系數(shù)取0.242，則

則安全系數(shù)為3.7，可以滿足回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)矩需求。

8 結(jié)論

本設(shè)計(jì)利用托輪和輪帶的摩擦傳動方式，徹底拋開了制造加工復(fù)雜、安裝困難、造價昂貴的大小齒輪，既減輕了設(shè)備重量，降低了造價，又方便于安裝和維護(hù)，同時還節(jié)省了大量的潤滑成本，且特別適合新型超短窯使用。與同樣產(chǎn)能設(shè)備相比，總重量大大降低，且降低了設(shè)備投資成本。

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Design and Research on Friction Double Transmission of A New Type of Ultra Short Kiln

YOU Li，LIU Xingan，WANG Jiguang，F(xiàn)ENG Yan
（Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co. Ltd.，Luoyang 417039）

Abstract:The transmission device of new type of s hort kiln in two file support. Double friction drive device using double roller to drive the wheel， to drive the rotation of the rotary kiln. At the same time the abolition of the s ize of the traditional gear device， simplify the driving system and improve the transmission efficiency， saves the production and installation costs.

Key words:double friction transmission， two supporting，rotary kiln