喂入機(jī)喂入輪對(duì)中跑偏的原因及改進(jìn)措施淺析

戴 國(guó) 安

(邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南 邵陽(yáng) 422000)

設(shè)備與控制

喂入機(jī)喂入輪對(duì)中跑偏的原因及改進(jìn)措施淺析

戴 國(guó) 安

(邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南 邵陽(yáng)422000)

介紹了滌綸短纖維生產(chǎn)中喂入機(jī)的功能、喂入輪的對(duì)中跑偏現(xiàn)象及其對(duì)生產(chǎn)的影響；分析了喂入機(jī)喂入輪出現(xiàn)對(duì)中跑偏現(xiàn)象的原因，并提出改進(jìn)措施。結(jié)果表明：傳動(dòng)系統(tǒng)中鍵聯(lián)接是喂入輪產(chǎn)生對(duì)中跑偏現(xiàn)象的主要影響因素，鍵與鍵槽的配合是關(guān)鍵，必須為過(guò)盈配合；沖擊載荷是另一影響因素，沖擊載荷大可導(dǎo)致聯(lián)接松動(dòng)，破壞鍵聯(lián)接的配合性質(zhì)；通過(guò)改變鍵的配合性質(zhì)、采用選配法的方式以確保配合為過(guò)盈、選用較小的制動(dòng)力矩以降低沖擊載荷等措施，喂入輪對(duì)中跑偏現(xiàn)象明顯減少。

聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維 短纖維 喂入輪 對(duì)中跑偏 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 沖擊載荷

喂入機(jī)是滌綸短纖維紡絲生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，位于滌綸短纖維生產(chǎn)線中處于六輥牽引機(jī)的后方及盛絲桶往復(fù)機(jī)的上方，其作用是將從牽引機(jī)過(guò)來(lái)的絲束水平曳引至喂入機(jī)，經(jīng)喂入機(jī)折成波形并減少絲束的動(dòng)能后以一定的速度經(jīng)甬道垂直送入盛絲桶。喂入機(jī)負(fù)責(zé)將絲束送入盛絲桶的零件是一對(duì)喂入輪，其外形為一對(duì)經(jīng)齒頂?shù)箞A的齒輪。正常工作時(shí)，2只喂入輪輪齒呈嚙合狀，且輪齒的嚙合面間留有合適的間隙便于夾持絲束，輪齒前后的嚙合間隙要求均等即齒在齒槽中是對(duì)中的，絲束夾持在兩齒形的間隙中呈波浪狀被喂入輪牽引送出經(jīng)甬道垂直落入盛絲桶。當(dāng)2只喂入輪的輪齒嚙合不對(duì)中時(shí)，即嚙合齒面兩側(cè)的間隙不一致時(shí)，落絲方向?qū)l(fā)生傾斜，當(dāng)傾斜到一定程度，絲束就會(huì)落出甬道外面而不能正常生產(chǎn)，需要停車處理，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都習(xí)慣稱此現(xiàn)象為喂入輪對(duì)中跑偏。喂入機(jī)為同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)喂入輪旋轉(zhuǎn)，電機(jī)配有制動(dòng)器，喂入機(jī)設(shè)有纏輥檢測(cè)裝置，當(dāng)喂入輪纏輥至一定厚度時(shí)，觸動(dòng)纏輥檢測(cè)裝置，同步電機(jī)停車并制動(dòng)，整機(jī)停車，操作人員處理纏輥。

在滌綸短纖維生產(chǎn)線中，發(fā)生纏輥制動(dòng)后，經(jīng)常出現(xiàn)喂入輪的對(duì)中跑偏現(xiàn)象，需要停車重新校正，且此現(xiàn)象常會(huì)反復(fù)出現(xiàn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)并產(chǎn)生大量廢絲。生產(chǎn)中喂入輪纏輥是不可避免的，喂入輪對(duì)中跑偏現(xiàn)象成了滌綸短纖維生產(chǎn)線中影響生產(chǎn)的一大隱患，因此必須設(shè)法解決。作者根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出原因，并提出改進(jìn)措施。

1 喂入輪對(duì)中跑偏的原因

1.1喂入輪的傳動(dòng)裝置

喂入輪傳動(dòng)裝置見(jiàn)圖1，同步電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)進(jìn)軸1和主傳動(dòng)齒輪2，經(jīng)過(guò)橋齒輪3、過(guò)橋齒輪4后分左右兩路傳動(dòng)，右路經(jīng)被動(dòng)齒輪5、喂入輪軸6、輪芯8至右喂入輪9，左路經(jīng)過(guò)橋齒輪11、被動(dòng)齒輪12、喂入輪軸14、輪芯15至左喂入輪16。左喂入輪16與右喂入輪9作反向旋轉(zhuǎn)。喂入輪分別由8個(gè)M16螺釘安裝在輪芯的法蘭上，左喂入輪16的安裝孔為8個(gè)長(zhǎng)圓孔，通過(guò)調(diào)節(jié)左喂入輪16，使2只喂入輪的齒與齒槽保持對(duì)中位置。

圖1 喂入輪傳動(dòng)裝置示意Fig.1 Schematic diagram of feed rotor transmission system1—進(jìn)軸；2—主傳動(dòng)齒輪；3，4，11—過(guò)橋齒輪；5，12—被動(dòng)齒輪；6，14—喂入輪軸；7，10—過(guò)橋軸；8，15—輪芯；9—右喂入輪；13—后平?。?6—左喂入輪；17—前平鍵

為保證喂入輪的齒與齒槽對(duì)中位置的精確，需盡量減少2只喂入輪的自由擺動(dòng)量，因此必須減小傳動(dòng)鏈中嚙合齒輪的嚙合間隙。過(guò)橋軸10、喂入輪軸6和喂入輪軸14各自安裝在偏心套上，調(diào)整偏心套的角度，可以調(diào)整被動(dòng)齒輪12與過(guò)橋齒輪11、過(guò)橋齒輪11與過(guò)橋齒輪4以及過(guò)橋齒輪4與被動(dòng)齒輪5的中心距，從而達(dá)到調(diào)整齒輪側(cè)隙的目的。為使喂入輪齒與齒槽對(duì)中位置最佳，傳動(dòng)齒輪側(cè)隙一般控制在0.05 mm左右，側(cè)隙太小則齒輪的散熱和潤(rùn)滑不好，噪聲大。

1.2喂入輪不對(duì)中原因分析

齒輪嚙合是有間隙的，因此喂入輪有自由擺動(dòng)量，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明允許的自由擺動(dòng)量應(yīng)不大于0.35 mm，若大于0.35 mm，將會(huì)造成落絲偏斜過(guò)大無(wú)法正常生產(chǎn)。由圖1可以看出，左喂入輪至右喂入輪之間的傳動(dòng)鏈中，4個(gè)齒輪嚙合，3處嚙合點(diǎn)，齒輪為高精度齒輪，齒輪的嚙合間隙可以調(diào)至0.05 mm，故齒輪嚙合總間隙為0.15 mm，被動(dòng)齒輪5及被動(dòng)齒輪12的分度圓直徑均為351 mm，喂入輪直徑為600 mm，因此，反映到喂入輪上的自由擺動(dòng)量為0.25 mm，也表明喂入輪理論最小自由擺動(dòng)量為0.25 mm，小于允許值的0.35 mm，可滿足使用要求。

引起喂入輪自由擺動(dòng)量增大導(dǎo)致喂入輪齒與齒槽不對(duì)中，有以下幾方面原因：

(1)齒輪嚙合間隙變大

安裝偏心套時(shí)緊固螺釘沒(méi)有擰緊，在振動(dòng)和沖擊載荷作用下產(chǎn)生松動(dòng)，導(dǎo)致偏心套旋轉(zhuǎn)而引起齒輪中心距變大，嚙合間隙增大。同時(shí)，齒輪齒面磨損也可能使間隙增大，但硬齒面磨損量很小可忽略不計(jì)。

(2)喂入輪安裝位置發(fā)生變動(dòng)

在振動(dòng)和沖擊載荷作用下，由于喂入輪的安裝螺釘緊固不良導(dǎo)致螺釘松動(dòng)，喂入輪位置發(fā)生變化而引起喂入輪輪齒對(duì)中位置偏移。

(3)鍵的配合間隙的影響

1.3鍵的擠壓強(qiáng)度校核

根據(jù)圖1，左喂入輪16比右喂入輪9要寬，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，故選擇后平鍵13進(jìn)行校核，后平鍵13尺寸為鍵寬14 mm、鍵長(zhǎng)50 mm。為便于計(jì)算說(shuō)明，對(duì)喂入輪傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)化，見(jiàn)圖2。

圖2 簡(jiǎn)化后的喂入輪傳動(dòng)裝置Fig.2 Simplified feed rotor transmission system1—左喂入輪軸；2—右喂入輪軸；3，4—過(guò)橋軸；5—電機(jī)傳動(dòng)軸；6—同步電機(jī)動(dòng)

已知： 電機(jī)功率為15 kW，電機(jī)制動(dòng)力矩(M)為250 N·m，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.045 kg·m2，喂入輪角速度(ω1)為83.3 rad/s，左喂入輪軸1、右喂入輪軸2與電機(jī)傳動(dòng)軸5的傳動(dòng)比即i1和i2均為1.9，過(guò)橋軸3和過(guò)橋軸4與電機(jī)傳動(dòng)軸5的傳動(dòng)比即i3，i4均為1.19。

(1)確定制動(dòng)時(shí)間(t)

制動(dòng)時(shí)，根據(jù)動(dòng)量矩定理按式(1)計(jì)算t：

j(ωt-ω0)=Mt

(1)

式中:j為旋轉(zhuǎn)零件推算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωt為電機(jī)軸制動(dòng)前角速度；ω0為電機(jī)軸制動(dòng)后角速度。

設(shè)軸1～5上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為：j1，j2，j3，j4，j5，經(jīng)計(jì)算可得j1，j2，j3，j4，j5分別為3.583，2.950，0.062，0.232，0.163 kg·m2。

已知ω0為0，則由式(2)，(3)，(4)可計(jì)算得到t為1.38 s。

(2)

ωt=ω1i1=158.27 rad/s

(3)

(4)

(2)后平鍵13承受的沖擊載荷(T)的確定

后平鍵13承受的T可按式(5)，(6)計(jì)算：

(j1-j12)ω1=Tt

(5)

(6)

式中:j12是被動(dòng)齒輪12(見(jiàn)圖1)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

經(jīng)計(jì)算，j12為0.34 kg·m2，則根據(jù)式(6)計(jì)算可得T為195 N·m。

(3)后平鍵13的擠壓應(yīng)力校核

鍵聯(lián)接的主要失效形式是鍵、軸和輪轂上的鍵槽三者當(dāng)中最弱的工作面被壓潰，因此，只需進(jìn)行擠壓應(yīng)力校核。

已知后平鍵13側(cè)面中心處半徑(r)為22.5 mm，其側(cè)面受擠壓力(F)為：

F=T/r=8 697 N

(7)

平鍵13的尺寸寬為14 mm，厚為9 mm，長(zhǎng)為50 mm，則側(cè)面所受擠壓面的最小面積(A)為126 mm2，擠壓應(yīng)力(σp)則為：

σp=F/A=69 N/mm2

(8)

喂入輪軸14的材料為42CrMo，被動(dòng)齒輪12的材料為20CrMnTi，鍵為標(biāo)準(zhǔn)平鍵，核查標(biāo)準(zhǔn)可知沖擊載荷下的鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力([σp])為65 N/mm2[3]，顯然，σp大于[σp]，不能滿足強(qiáng)度要求。

2 改進(jìn)措施

(1)確保傳動(dòng)齒輪嚙合間隙。調(diào)整偏心套，使傳動(dòng)齒輪的嚙合間隙盡量小，不大于0.05 mm，確保偏心套的緊固螺釘緊固可靠。

(2)確保喂入輪在輪芯上安裝牢固。為保證喂入輪安裝后位置不變，在喂入輪輪齒位置調(diào)好后，在喂入輪上打定位銷，并確保安裝螺釘緊固。

(4)選用較小的制動(dòng)力矩。根據(jù)對(duì)鍵的校核計(jì)算，平鍵在沖擊載荷的作用下有可能壓潰，由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，零件尺寸不能改動(dòng)，可用降低制動(dòng)力矩來(lái)延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間的方法降低沖擊載荷。根據(jù)前面的計(jì)算公式，選用同步電機(jī)制動(dòng)器M為160 N·m，則可計(jì)算得到t為2.15 s，σp為44.3 N/mm2，σp小于[σp]，可滿足要求。

3 結(jié)論

a. 在喂入機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，平鍵的聯(lián)接非常重要，鍵與鍵槽的配合，必須保證是過(guò)盈，這樣才能使喂入輪自由擺動(dòng)量最小，避免喂入輪對(duì)中跑偏現(xiàn)象的發(fā)生。

b. 喂入機(jī)制動(dòng)停車所引起的沖擊載荷對(duì)機(jī)器本身影響大，不僅會(huì)引起各聯(lián)接鍵松動(dòng)，而且當(dāng)載荷過(guò)大時(shí)，會(huì)造成零件失效。改變制動(dòng)力矩，延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間，能有效降低沖擊載荷大小，合理選擇制動(dòng)力矩，能使設(shè)備保持最佳工作狀態(tài)，避免故障發(fā)生。

c. 經(jīng)改進(jìn)，傳動(dòng)齒輪嚙合間隙不大于0.05 mm，后平鍵13選用較小的制動(dòng)力矩，鍵與鍵槽的配合為過(guò)盈配合，喂入機(jī)喂入輪輪齒對(duì)中跑偏現(xiàn)象大大減少，效果明顯。

[1] 華中工學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量測(cè)試教研室.互換性與技術(shù)測(cè)量[M].武漢:華中工學(xué)院出版社,1982:115-116.

Department of standardization and measurement of Huazhong College of Technology.Exchange ability measurement technology[M].Wuhan:Huazhong College of Technology Press,1982:115-116.

[2] 張英會(huì).機(jī)械零件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1986:87.

Zhang Yinghui.Machine Part[M].Beijing:China Machine Press,1986:87.

Preliminaryanalysisofreasonsformiddledistancerunningoffeedrotoroffeedingmachineandimprovementmeasures

Dai Guoan

(ShaoyangTextileMachineryCo.,Ltd.,Shaoyang422000)

The function of feeding machine was introduced for polyester staple fiber production, as were the middle distance running phenomenon of feed rotor and its effect on the production. The reasons for the middle distance running of feed rotor were analyzed. And the improvement measures were suggested. The results showed that the key joint was the dominant influential factor bearing upon the middle distance running of feed rotor, especially the fit of key and key seat; the interference fit of key and key seat must be applied in the key joint; the impact load was another influential factor; the heavy impact load could lead to the loose key joint which could damage the fit mode of key joint; and the middle distance running phenomenon of the feed rotor was obviously depressed by changing the fit mode of keys, guaranteeing the interference fit through incomplete interchange method, setting the relatively low braking torque to decrease the impact load.

polyethylene terephthalate fiber; staple fiber; feed rotor; middle distance running; rotational inertia; impact load

2017- 03-21；修改稿收到日期2017- 08-11。

戴國(guó)安(1964—)，男，工程師，主要從事化纖機(jī)械設(shè)計(jì)工作。E-mail：dgamail@sina.com 。

TQ340.5

B

1001- 0041(2017)05- 0068- 03