趙玉良
(中國(guó)重型機(jī)械協(xié)會(huì)重型基礎(chǔ)件分會(huì))
1 帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)
帶式輸送機(jī)(以下簡(jiǎn)稱皮帶機(jī))是一類廣泛應(yīng)用于各種散狀物料或成品物件輸送的通用機(jī)械產(chǎn)品,在冶金、礦山、煤炭、電力、建材及化工等行業(yè)均得以普遍應(yīng)用。根據(jù)輸送物料或應(yīng)用環(huán)境的不同,皮帶機(jī)的類型及安裝方式也各不相同,如從安裝方式分有水平輸送、斜坡輸送及長(zhǎng)距離輸送等。安裝和應(yīng)用環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性,決定了配套于皮帶機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的多樣化類型及要求。概括起來(lái),對(duì)皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求可歸納成如下幾個(gè)主要方面:
?。?)由于皮帶機(jī)常常在帶載狀態(tài)下起動(dòng)及制動(dòng),因此大、中功率皮帶機(jī)一般均應(yīng)有軟起動(dòng)及軟停車的要求,借此可減緩起動(dòng)沖擊、降低起動(dòng)電流、提高系統(tǒng)零部件的壽命及工作的可靠性。同時(shí),采用軟起動(dòng)及軟停車措施還可降低帶強(qiáng)等級(jí),也有利于降低整機(jī)造價(jià)和運(yùn)行成本。
?。?)長(zhǎng)距離皮帶機(jī)多采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng),因而存在各驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的載荷均衡和功率平衡的要求。
?。?)對(duì)井下使用的皮帶機(jī),一般要求傳動(dòng)系統(tǒng)的重量盡可能輕、體積盡可能小,即對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和類型選擇有更嚴(yán)格的要求。除此之外,傳動(dòng)系統(tǒng)還要滿足防爆方面的要求。
?。?)對(duì)垂直或斜坡安裝的皮帶機(jī),系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意防逆轉(zhuǎn)及制動(dòng)的要求,傳動(dòng)系統(tǒng)還存在因逆轉(zhuǎn)或制動(dòng)失效而發(fā)生“飛車”的可能性。齒輪箱停機(jī)時(shí)也處于受載狀態(tài),即靜態(tài)受載。系統(tǒng)設(shè)計(jì)及零部件選用時(shí)應(yīng)充分考慮上述工況及由此所引發(fā)的相關(guān)要求。
?。?)大、中功率皮帶機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)在起動(dòng)、停機(jī)或緊急制動(dòng)時(shí)常常會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng),必要時(shí)應(yīng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析和評(píng)定。
?。?)對(duì)安裝于野外或寒冷、酷熱環(huán)境下的皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng),應(yīng)充分注意潤(rùn)滑油品和潤(rùn)滑系統(tǒng)冷卻散熱等方面的適應(yīng)性。
?。?)大、中功率或長(zhǎng)距離皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)具有低速運(yùn)行功能,以適應(yīng)檢修及調(diào)試驗(yàn)帶時(shí)的需要。
?。?)皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)尚應(yīng)充分考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的安裝、對(duì)中及工作過(guò)程中的相關(guān)變形及由此所帶來(lái)的影響,底座及聯(lián)軸器設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)注意其良好的適應(yīng)性和安裝調(diào)試的便利性。
2 皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要類型
目前,應(yīng)用于皮帶機(jī)上的傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成主要有如下幾種類型:
?。?)電機(jī)+減速機(jī),兩者之間用一般聯(lián)軸器連接,這種類型一般用于中、小功率皮帶機(jī)。
?。?)電機(jī)+液力偶合器(或鋼球聯(lián)軸器、液粘離合器等)+減速機(jī),可用于軟起動(dòng)要求不高的中、小功率皮帶機(jī)。
?。?)電機(jī)+可控起動(dòng)裝置,主要用于大、中功率或多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)。
?。?)變頻電機(jī)+減速機(jī),適用工況同(3)。
此外在進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)于斜坡安裝的皮帶機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)包括有逆止器、制動(dòng)器等部件。為便于安裝對(duì)中,亦有直接將電機(jī)與減速機(jī)置于同一剛性底座上,并設(shè)計(jì)成擺動(dòng)結(jié)構(gòu),成為一相對(duì)獨(dú)立的功能模塊。
應(yīng)用于皮帶機(jī)上的減速機(jī)主要有下面幾種:
?。╝)圓柱齒輪或圓錐圓柱齒輪減速機(jī)。
?。╞)行星齒輪或圓錐齒輪與行星傳動(dòng)的復(fù)合齒輪箱。
?。╟)可控起動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)裝置。
此外還包括了一些其它類型的傳動(dòng)裝置,如電動(dòng)滾筒,因其一般只用于小功率傳動(dòng),不予討論。有關(guān)各類齒輪箱的特點(diǎn)及性能,詳見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn),不再贅述。
3 皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的故障及質(zhì)量影響因素分析
由于各方面的原因,皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)工作過(guò)程中出現(xiàn)的故障也多種多樣,常見(jiàn)的故障主要有:
?。╝)齒輪或軸的斷裂;
?。╞)齒面點(diǎn)蝕、膠合、燒傷;
?。╟)軸承滾道點(diǎn)蝕、剝落或燒傷;
?。╠)齒輪箱振動(dòng)過(guò)大、箱體開(kāi)裂;
?。╡)齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)故障、整機(jī)發(fā)熱;
?。╢)摩擦片燒傷或失效;
?。╣)逆止器、制動(dòng)器失效。
皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障,輕者影響系統(tǒng)正常工作,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得皮帶機(jī)無(wú)法正常工作,這對(duì)于一些連續(xù)生產(chǎn)線或重要應(yīng)用場(chǎng)合如電力、港口、煤礦、冶金等行業(yè),將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。正是基于如上考慮,一些設(shè)計(jì)者或用戶往往不仔細(xì)認(rèn)真地分析失效或引起故障的原因是什么,而簡(jiǎn)單武斷地就認(rèn)為國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量不行,因而把配套傳動(dòng)產(chǎn)品直接選用國(guó)外品牌,認(rèn)為這樣就可以萬(wàn)無(wú)一失。而事實(shí)上,由于未對(duì)故障失效的本質(zhì)問(wèn)題研究透徹,改進(jìn)措施未跟上,許多選用國(guó)外品牌的皮帶機(jī)仍然出現(xiàn)了許多傳動(dòng)系統(tǒng)的故障或失效,因而同樣未能達(dá)到解決問(wèn)題之目的。
那么,影響皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)正常工作的因素究竟有哪些?本文從減速器的自身質(zhì)量、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型及安裝維護(hù)如下幾個(gè)方面進(jìn)行全面分析。
3.1減速器的自身質(zhì)量及影響因素
影響減速器質(zhì)量的因素包括了:
(a)設(shè)計(jì)因素;
?。╞)材料和熱處理;
?。╟)加工制造工藝;
?。╠)裝配及試驗(yàn)。
對(duì)設(shè)計(jì)方面的因素,選用定型系列產(chǎn)品或有著豐富產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的單位開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品一般都均有保障,不會(huì)成為問(wèn)題。
對(duì)材料和熱處理方面的要求,對(duì)較為重要的應(yīng)用場(chǎng)合或?qū)Ξa(chǎn)品可靠性要求較高時(shí),根據(jù)應(yīng)用的具體情況,用戶應(yīng)指定主要零件材料的牌號(hào)、探傷類型及級(jí)別、熱處理質(zhì)量等級(jí)及要求,明確了這些要求,同時(shí)選定好具備相應(yīng)的制造條件,市場(chǎng)信譽(yù)好的企業(yè),這樣連同后面的加工制造工藝和裝配試車要求等一般都不會(huì)成為問(wèn)題了。
一般地,對(duì)應(yīng)用于皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪材料及相關(guān)要求,可參見(jiàn)下表示。
表1 齒輪材料及相關(guān)要求
3.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題
合理的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī),也包括齒輪箱在內(nèi)的各個(gè)零部件的工作可靠性有著決定性的影響。不同類型及應(yīng)用環(huán)境下的皮帶機(jī),其傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)按本文前面述及的要求,首先選擇類型和結(jié)構(gòu)型式,然后再進(jìn)行系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)或選型。一個(gè)科學(xué)合理的傳動(dòng)系統(tǒng)是在結(jié)構(gòu)功能性、經(jīng)濟(jì)性和安全性方面綜合考慮平衡的結(jié)果。一般地,傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下述幾個(gè)方面的問(wèn)題:
?。?)合理進(jìn)行系統(tǒng)軟啟動(dòng)及軟停車方式的設(shè)計(jì)選擇。合理的軟起動(dòng)及停車方式對(duì)減緩系統(tǒng)沖擊、降低動(dòng)載荷、延長(zhǎng)零部件壽命有著決定性的影響。對(duì)皮帶機(jī)而言,目前采用的軟起動(dòng)方式,如變頻調(diào)速、液控軟起動(dòng)、液力偶合器及鋼球聯(lián)軸器等分別適用于不同的工況和條件。如對(duì)大功率長(zhǎng)距離的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī),考慮到軟起動(dòng)和多驅(qū)動(dòng)點(diǎn)功率均衡的要求,應(yīng)選用可控軟起動(dòng)系統(tǒng),如液控軟起動(dòng)裝置。選用時(shí)起動(dòng)加速度曲線及起動(dòng)時(shí)間和加速度的限定值應(yīng)按照對(duì)皮帶機(jī)的動(dòng)態(tài)特性分析一并進(jìn)行,并滿足有關(guān)規(guī)范要求,以實(shí)現(xiàn)整機(jī)優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)性能。常見(jiàn)軟起動(dòng)技術(shù)的類型、特點(diǎn)及選用可參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn),不再詳述。
?。?)對(duì)傾斜安裝的上、下行帶式輸送機(jī),其制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意采取措施控制制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)加速度,以減緩制動(dòng)過(guò)程中對(duì)包括齒輪箱在內(nèi)的系統(tǒng)沖擊。應(yīng)盡量采用分級(jí)制動(dòng)、可控制動(dòng)及低速制動(dòng),應(yīng)力求避免高速制動(dòng)。
?。?)采用電機(jī)和液力偶合器或調(diào)速型液力偶合器的組合傳動(dòng)型式,選型時(shí)要進(jìn)行電機(jī)外特性曲線和液力偶合器特性曲線的匹配性檢驗(yàn),應(yīng)保證系統(tǒng)工作時(shí)的工作點(diǎn)位于高效工作區(qū)間。
?。?)對(duì)大功率或高可靠性要求的皮帶機(jī),應(yīng)對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模分析,并滿足以下動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:
(a)系統(tǒng)工作頻率及其它特征頻率應(yīng)遠(yuǎn)離各階固有頻率;
?。╞)第二階固有頻率應(yīng)為階固有頻率的二倍以上,以后各相鄰固有頻率之比≥1.3,分布要合理;
?。╟)振型圖的節(jié)點(diǎn)不能位于齒輪上;
?。╠)Z大轉(zhuǎn)矩與其平均值之比不大于2.5。
當(dāng)分析評(píng)定結(jié)果不符合上述要求時(shí),應(yīng)通過(guò)改變傳動(dòng)鏈的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,必要時(shí)需更換相關(guān)聯(lián)接零部件的類型,以力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),并由此使系統(tǒng)獲取良好的動(dòng)態(tài)性能,進(jìn)而保證皮帶機(jī)安全可靠工作。
?。?)傳動(dòng)系統(tǒng)選用的聯(lián)軸器應(yīng)滿足相應(yīng)工況要求,同時(shí)亦要考慮對(duì)中、拆卸及維修的便利性。如對(duì)長(zhǎng)距離大功率傳動(dòng),應(yīng)選用傳遞轉(zhuǎn)矩大、對(duì)中心及角向偏差補(bǔ)償能力強(qiáng)、吸振性能好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的蛇形彈簧聯(lián)軸器、鼓形齒聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器等。一般傳動(dòng)可選用彈性柱銷聯(lián)軸器、彈性塊聯(lián)軸器等。當(dāng)選用具有軟起動(dòng)性能的鋼球聯(lián)軸器時(shí),可將起聯(lián)接和軟起動(dòng)功能的兩類聯(lián)軸器復(fù)合為一體,以取得更為優(yōu)異的綜合性能。
3.3正確選型
選型即為正確選定所用齒輪箱的類型及規(guī)格。齒輪箱的類型主要是由應(yīng)用的具體環(huán)境和布置方式所決定。如軟起動(dòng)要求較高時(shí)可選用具有可控起動(dòng)功能的產(chǎn)品;要求體積小、結(jié)構(gòu)緊湊時(shí),一般應(yīng)選用行星齒輪減速器,亦可選用軸裝式圓錐圓柱齒輪減速器等。
在決定齒輪箱的規(guī)格時(shí),應(yīng)綜合考慮載荷狀況,如Z大負(fù)載、沖擊情況、反向制動(dòng)要求等,此外還要考慮起動(dòng)頻率、應(yīng)用環(huán)境條件等,據(jù)此按產(chǎn)品選型要求認(rèn)真計(jì)算選定規(guī)格,注意選定的機(jī)械功率、熱功率均要滿足使用要求。
為達(dá)到選型既經(jīng)濟(jì)又安全,準(zhǔn)確了解皮帶機(jī)的載荷及工況至關(guān)重要。選型前應(yīng)對(duì)工作載荷進(jìn)行準(zhǔn)確的分析計(jì)算和評(píng)估,即應(yīng)對(duì)皮帶機(jī)的載荷譜有一個(gè)全面準(zhǔn)確的評(píng)定。因此主機(jī)設(shè)計(jì)制造單位、傳動(dòng)件供應(yīng)商及用戶要充分溝通、交流,以使Z終的選型準(zhǔn)確、可靠。必要時(shí)也要對(duì)原動(dòng)機(jī)的工作狀況,如起動(dòng)力矩、Z大過(guò)載力矩、工作特性曲線等進(jìn)行全面了解,以充分保證系統(tǒng)工作的匹配和合理。
3.4精心安裝及維護(hù)
對(duì)一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)而言,合理的安裝方式和精度對(duì)正常工作有著重大影響,尤其是在對(duì)中誤差較大時(shí)會(huì)有很大的附加載荷,會(huì)影響相關(guān)軸系如軸承及軸的工作壽命及可靠性,同時(shí)在設(shè)備工作過(guò)程中也要隨時(shí)對(duì)軸系偏差進(jìn)行監(jiān)控,一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及早處理,以防發(fā)生不利的變化時(shí)導(dǎo)致事故。
傳動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑冷卻裝置也要時(shí)刻處于正常狀態(tài),注意使用產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)定的油品并定期更換,或者按照油品分析結(jié)果決定何時(shí)更換。冷卻器結(jié)垢后要及時(shí)清理,以免影響冷卻效果。極端應(yīng)用環(huán)境下的油品一定要與之相適應(yīng),如極低溫度或高溫時(shí)應(yīng)選用合成油等。
對(duì)應(yīng)用可靠性較高的皮帶機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)配置在線振動(dòng)、潤(rùn)滑、溫度等方面的監(jiān)測(cè)裝置,以隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí),可報(bào)警并提醒及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行處理。
4 國(guó)內(nèi)減速機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)
我國(guó)的減速機(jī)行業(yè)是六十年代開(kāi)始起步,改革開(kāi)放后得以高速發(fā)展的。特別是在近二十多年來(lái),隨著許多大型國(guó)企及民營(yíng)企業(yè)的介入,行業(yè)技術(shù)水平得以迅速提升,許多過(guò)去依賴進(jìn)口的減速機(jī)產(chǎn)品已逐步被國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品所替代。總體來(lái)講,國(guó)內(nèi)主流廠家減速機(jī)產(chǎn)品的性能已基本與國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平相當(dāng)。
對(duì)帶式輸送機(jī)上采用的液控軟起動(dòng)裝置,亦即常說(shuō)的CST傳動(dòng),多年來(lái)國(guó)內(nèi)許多單位也都進(jìn)行了大量研究和開(kāi)發(fā)。中重院有限公司早在2000年就已對(duì)其傳動(dòng)機(jī)理、控制特性、摩擦散熱特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系列化問(wèn)題進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)分析,并完成了多個(gè)規(guī)格的方案設(shè)計(jì)。
對(duì)采用通用系列減速機(jī)的皮帶機(jī),多采用ZLY、ZSY、DBY、DCY系列產(chǎn)品,由于上述產(chǎn)品均為二十多年前開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的,無(wú)論是產(chǎn)品性能還是外觀造型,均已陳舊落后。因此中重院有限公司又相繼開(kāi)發(fā)了MP、MR系列模塊化齒輪減速器(JB/ZQ6101-2001),以及可和國(guó)外產(chǎn)品互換的P系列齒輪減速器。此外國(guó)內(nèi)許多其它廠家也陸續(xù)開(kāi)發(fā)了多種類型的大、中功率通用系列產(chǎn)品為皮帶機(jī)配套,目前國(guó)內(nèi)能夠?yàn)槠C(jī)產(chǎn)品提供高可靠性產(chǎn)品的廠家已有許多,可供用戶進(jìn)行充分選擇。
多年來(lái)許多行業(yè)的關(guān)鍵傳動(dòng)件產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)踐已充分證明國(guó)內(nèi)減速機(jī)行業(yè)有足夠的實(shí)力為各行業(yè)提供高端的傳動(dòng)設(shè)備,國(guó)內(nèi)目前傳動(dòng)件的整體技術(shù)水平已基本達(dá)到國(guó)外同類技術(shù)先進(jìn)水平,并具有穩(wěn)定批量提供高可靠性產(chǎn)品的能力。但應(yīng)說(shuō)明的是,如同國(guó)內(nèi)許多行業(yè)一樣,減速機(jī)行業(yè)也存在企業(yè)數(shù)目眾多,水平參差不齊。不同層次的主機(jī)產(chǎn)品應(yīng)選用不同性能級(jí)別的傳動(dòng)件產(chǎn)品,選對(duì)合作伙伴這才是使用者應(yīng)首先予以考慮的問(wèn)題。
5 小結(jié)
基于皮帶機(jī)對(duì)與其配套的傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,本文從技術(shù)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型、使用與維護(hù)及行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀幾個(gè)方面討論了相關(guān)聯(lián)的一些問(wèn)題,充分肯定了國(guó)內(nèi)有能力為皮帶機(jī)提供適用的配套傳動(dòng)件產(chǎn)品,用戶不必盲目迷信國(guó)外品牌,至少應(yīng)將兩者置于對(duì)等地位,公平進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)、評(píng)判。
對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品,除正確進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選型及安裝、使用、維護(hù)得當(dāng)外,在確定產(chǎn)品的采購(gòu)價(jià)格時(shí),應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)給出一個(gè)公平合理的訂貨價(jià)格,而不應(yīng)對(duì)國(guó)外產(chǎn)品可給出一個(gè)很高的采購(gòu)價(jià)格,而對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品則拼命壓價(jià),造成國(guó)內(nèi)外同一產(chǎn)品價(jià)格相差很大,卻要求產(chǎn)品品質(zhì)一樣,這顯然也有失公允。一個(gè)公平、公正的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境方能準(zhǔn)確合理地對(duì)中外品牌進(jìn)行評(píng)判、比較,這同時(shí)對(duì)制造商和用戶都是有利的。
綜上述,概括起來(lái),一個(gè)安全及運(yùn)行可靠的皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)從如下六個(gè)方面得以保證,這就是:系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué);產(chǎn)品選型正確;成交價(jià)格公道;安裝使用合理;維護(hù)保養(yǎng)得當(dāng) ;安全監(jiān)控到位。
認(rèn)真遵從上述原則,通過(guò)主機(jī)廠、傳動(dòng)件供應(yīng)商及使用方的密切配合和通力合作,就一定能達(dá)到皮帶機(jī)安全、可靠運(yùn)行之目的。