輥壓機(jī)配套大功率行星齒輪箱系列

大功率重載行星齒輪箱系列水泥粉磨輥壓機(jī)配套Xi’anHeavyMachineryResearchInstitute1

1、相關(guān)背景

隨著我國(guó)新型高效干法水泥工業(yè)的快速發(fā)展,輥壓機(jī)作為水泥粉磨作業(yè)中的前處理或終端處理手段,對(duì)降低單位產(chǎn)品的粉磨能耗,提高粉磨效率有著顯著的效果.但與此同時(shí)其核心動(dòng)力傳動(dòng)部件--大功率行星齒輪箱一直難得以開(kāi)發(fā)及形成系列.特別是大功率輥壓機(jī)行星齒輪箱一直不得不依賴進(jìn)口,國(guó)外產(chǎn)品昂貴的價(jià)格及服務(wù)的不及時(shí)給國(guó)內(nèi)用戶帶來(lái)很大不便,用戶迫切需要國(guó)產(chǎn)化。中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司研制的大功率重載行星齒輪箱系列產(chǎn)品徹底改變了依賴進(jìn)口的歷史。2022/12/232

2、產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)1)系列產(chǎn)品的功率：400KW、450KW、500KW、560KW、630KW、710KW、800KW、900KW、1000KW、1120KW、1250KW2)系列產(chǎn)品的速比范圍：i=40～833)額定輸入轉(zhuǎn)速：n入=994r/min;1483r/min4)傳動(dòng)效率：η=0.97～0.985)齒輪熱處理及硬度：滲碳淬火，58～62HRC（內(nèi)齒調(diào)質(zhì)280～320HB）6)齒輪精度：6級(jí)，GB10095-88（內(nèi)齒7級(jí)）7)使用系數(shù)：KA≥2.38)壽命：10萬(wàn)小時(shí)9)工作噪聲：（滿負(fù)荷，距離1m處）<80dBA10)公稱輸出轉(zhuǎn)矩：T=82360～650000N.m齒輪箱工況為24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，強(qiáng)沖擊，強(qiáng)制潤(rùn)滑2022/12/2333、設(shè)備的主要功能、工作原理及特點(diǎn)

該系列行星齒輪箱主要為水泥磨輥壓機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，動(dòng)力經(jīng)兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)（或加一級(jí)平行軸斜齒）傳至輥壓機(jī)的兩擠壓輥上，將混合物料擠壓成所需料餅2022/12/234

采用行星傳動(dòng)，行星傳動(dòng)由于具有功率分流，多點(diǎn)嚙合的特點(diǎn)，因此在傳遞相同功率的情況下較普通定軸傳動(dòng)重量輕（輕1/2～1/3以上）、結(jié)構(gòu)緊湊（體積為定軸傳動(dòng)1/2～1/3），而且傳動(dòng)效率高（單級(jí)η=0.98～0.99，兩級(jí)η=0.96～0.98）。采用硬齒面技術(shù)，齒輪材料采用優(yōu)質(zhì)、低碳合金鋼經(jīng)滲碳、淬火、齒面磨削，可獲得高精度齒輪（5～6級(jí)，GB10095-88），因此可大幅度提高齒輪箱的承載能力及傳動(dòng)質(zhì)量。2022/12/235

采用必要的齒面修形技術(shù)，使傳動(dòng)更平穩(wěn)。采用了合理的均載機(jī)構(gòu)，使數(shù)個(gè)行星輪載荷均衡。采用鼓形齒聯(lián)軸器，更有利于浮動(dòng)、均載。關(guān)鍵部位采用高承載能力的特種軸承，提高了整機(jī)的使用壽命。輸出方式采用無(wú)鍵聯(lián)接，即采用鎖緊盤將齒輪箱與輥?zhàn)虞S聯(lián)接在一起，這使拆裝方便，易于維護(hù)。2022/12/2364、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新1)采用硬齒面行星齒輪箱懸掛輸出技術(shù)，充分滿足了水泥磨輥壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求，并形成了包括大中功率在內(nèi)的完善的系列產(chǎn)品，成功替代了同類進(jìn)口產(chǎn)品。2)根據(jù)輥壓工況和設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，齒輪采用了相應(yīng)的修形方法，使得傳動(dòng)精度更高，傳動(dòng)更平穩(wěn)，承載能力更高。3)關(guān)鍵承載零部件進(jìn)行了有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得齒輪箱具有很高的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命。2022/12/2374)采用輸出軸部件的分體結(jié)構(gòu)，使得齒輪箱具有良好的加工工藝性和裝配工藝性。5)采用組合密封技術(shù)，有效解決了重載行星齒輪箱在大粉塵環(huán)境下的密封問(wèn)題。6)關(guān)鍵部位采用了高承載能力的特種軸承，提高了整機(jī)的使用壽命。7)多種規(guī)格采用了適應(yīng)性設(shè)計(jì)，可滿足輥壓機(jī)齒輪箱左、右或?qū)φ{(diào)安裝及使用的要求。8)殼體設(shè)計(jì)采用齒圈直聯(lián)結(jié)構(gòu)，并采用了巧妙的軸承座與齒圈組合結(jié)構(gòu)，可有效節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材的消耗，使得整機(jī)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)、合理、輕便。2022/12/238結(jié)構(gòu)原理圖2022/12/2396、國(guó)內(nèi)外情況對(duì)比國(guó)外同類產(chǎn)品主要以德國(guó)Flender公司及Renk公司為主，其中尤以Flender公司產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛，其產(chǎn)品特點(diǎn)為系列化，通用性強(qiáng)，覆蓋面廣。我方相應(yīng)產(chǎn)品亦成系列化，并已廣泛應(yīng)用，雙方在主要技術(shù)性能上作一比較。2022/12/2310返回國(guó)內(nèi)外情況對(duì)比2022/12/23117關(guān)鍵承載部件有限元分析

有限元分析技術(shù)能夠模擬真實(shí)的自然現(xiàn)象，解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題。我們采用大型通用有限元分析程序ANSYS，對(duì)Φ1700×1000輥壓機(jī)大功率行星減速器（PBZF900-80行星減速器，單臺(tái)傳遞功率900KW）的關(guān)鍵承載件—行星架部件和殼體部件進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度有限元計(jì)算分析。2022/12/2312分析模型行星架部件主要由行星架本體、輸出軸及5組行星輪和行星軸等組成。輸出軸與行星架通過(guò)螺栓、銷固聯(lián)，為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)。坐標(biāo)系原點(diǎn)取輸出軸左端面中心，x軸與結(jié)構(gòu)對(duì)稱軸線重合，y軸向上，參見(jiàn)圖1圖1行星架部件總體坐標(biāo)系

圖2殼體部件總體坐標(biāo)系

2022/12/2313殼體部分由前后機(jī)蓋、內(nèi)齒輪、軸承座等部件組成，通過(guò)多個(gè)螺栓固聯(lián)，殼體是平面對(duì)稱結(jié)構(gòu)。坐標(biāo)系原點(diǎn)取后機(jī)蓋中心，x軸與對(duì)稱軸線重合，y軸向上，見(jiàn)圖2。工作時(shí)，行星架部件裝在殼體內(nèi)部，而殼體等部件的重量均由輸出軸承擔(dān)。五組行星輪對(duì)行星架上所產(chǎn)生的合扭矩分別為：正常工作扭矩472000Nm(工況1)，瞬時(shí)尖峰扭矩1080000Nm(工況2)，通過(guò)行星輪系的齒輪軸作用在行星架上，約86000N的重力作用在輸出軸和行星架的兩軸承處。設(shè)定輸出軸的左端位移被各向約束。使用自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能，將行星架(裝配)部分共劃分節(jié)點(diǎn)34620個(gè)，三維實(shí)體單元155230個(gè)。殼體部分共劃分節(jié)點(diǎn)51266個(gè)，三維實(shí)體單元201492個(gè)。參見(jiàn)圖3、圖4。2022/12/2314圖3行星架(裝配)部分的網(wǎng)格模型

圖4殼體(裝配)部分的網(wǎng)格模型2022/12/2315結(jié)果分析：在ANSYS中，對(duì)行星架部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，正常工作時(shí)，行星架本體和輸出軸上的變形、應(yīng)力都很小。圖5行星架部件位移與應(yīng)力圖2022/12/2316從圖5中可以看出，行星架部件的最大應(yīng)力值為27.963MPa，最大位移值為0.312mm。最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料的屈服極限（σs=345MPa）。因此，5行星輪的行星架主要是提高整體的抗變形能力，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加整體的剛性。對(duì)于殼體部件，通過(guò)內(nèi)齒輪傳遞載荷，求解結(jié)果顯示殼體所受應(yīng)力很小，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，均安全。圖6顯示，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，其值為31.534MPa，遠(yuǎn)小于內(nèi)齒圈的屈服強(qiáng)度460MPa，從圖中也可以看出前后機(jī)蓋、軸承座等應(yīng)力較小，其作用主要在于支撐減速器整體結(jié)構(gòu)。2022/12/2317圖6殼體部件應(yīng)力圖2022/12/2318以上為900KW大功率行星減速器的主要承載部件的應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D。從圖5中可以看出，行星架部件的最大應(yīng)力值為27.963MPa，最大位移值為0.312mm。最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料的屈服極限（σs=345MPa）。因此，5行星輪的行星架主要是提高整體的抗變形能力，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加整體的剛性。對(duì)于殼體部件，通過(guò)內(nèi)齒輪傳遞載荷，求解結(jié)果顯示殼體所受應(yīng)力很小，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，均安全。圖6顯示，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，其值為31.534MPa，遠(yuǎn)小于內(nèi)齒圈的屈服強(qiáng)度460MPa，從圖中也可以看出前后機(jī)蓋、軸承座等應(yīng)力較小，其作用主要在于支撐減速器整體結(jié)構(gòu)。2022/12/2319涇陽(yáng)聲威水泥公司1200X800輥壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)裝機(jī)功率2X500KW速比71

定輥減速機(jī)出廠照片功率500KW速比712022/12/2320臺(tái)灣嘉薪水泥江蘇鎮(zhèn)江現(xiàn)場(chǎng)1400X800輥壓機(jī)裝機(jī)功率2X560KW速比45臺(tái)灣嘉薪水泥江蘇鎮(zhèn)江現(xiàn)場(chǎng)1400X800輥壓機(jī)裝機(jī)功率2X560KW速比452022/12/2321山東水泥集團(tuán)有限公司1500X800輥壓機(jī)裝機(jī)功率2X630KW速比452022/12/2322華潤(rùn)水泥（山西星源）710KW輥壓機(jī)減速機(jī)出廠照片裝機(jī)功率2x710KW速比71華潤(rùn)水泥（山西星源）710KW輥壓機(jī)減速機(jī)出廠照片裝機(jī)功率2x710KW速比712022/12/2323陜西藥王山水泥有限公司1700X1000輥壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)裝機(jī)功率2X1000KW速比802022/12/23249、應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益分析

中國(guó)重型機(jī)械研究所院股份公司設(shè)計(jì)、制造的水泥磨輥壓機(jī)用大功率行星齒輪箱系列產(chǎn)品是為適應(yīng)我國(guó)新型、高效節(jié)能干法水泥生產(chǎn)的快速發(fā)展而開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品。系列產(chǎn)品具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，徹底改變了該類產(chǎn)品依賴進(jìn)口的歷史。系列產(chǎn)品首單560KW兩臺(tái)于2003年9月在臺(tái)灣嘉鑫鎮(zhèn)江水泥股份公司投產(chǎn)，產(chǎn)能