大型磨機齒輪驅(qū)動的研發(fā)和展望

紅星球磨機廠家從事球磨機研究開發(fā)與生產(chǎn)工作幾十年，隨著球磨機大型化的發(fā)展方向，大型磨機齒輪驅(qū)動機構(gòu)的研發(fā)與未來展望成為紅星近期主要工作目標(biāo)，下面我們就從以下六點具體闡述一下大型磨機齒輪驅(qū)動的發(fā)展。

磨機大齒輪和小齒輪的設(shè)計

基于50多年的鑄造、熱處理、機加工、齒輪制造以及設(shè)備運行反饋經(jīng)驗，紅星機械研發(fā)了滿足不同齒輪所需設(shè)計強度和硬度要求的、3種不同鉻、鎳和鉬成分含量的大齒輪鑄造材料，綜合考慮材料性能、模數(shù)、壓力角和螺旋角、齒寬、齒面接觸壓力、以及軸向力等因素，對磨機大齒輪進行較優(yōu)設(shè)計。對于磨機傳動裝置，選用25°壓力角比選用20°壓力角的磨機能力提高約10%。螺旋角也限制在7.5°以內(nèi)，以保持對軸向力的控制。因同樣直徑的斜齒輪傳動比直齒輪傳動重合度系數(shù)大，彎曲強度和接觸強度得到很大提高，傳動平穩(wěn)、噪聲小，壽命長，大型磨機驅(qū)動裝置不選用直齒輪。根據(jù)多年磨機齒輪設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)出磨機大齒輪齒輪模數(shù)與裝機功率的關(guān)系和磨機大齒輪直徑與裝機功率的關(guān)系。

隨著紅星機械磨機大齒輪加工制造能力的不斷擴大，目前已經(jīng)擁有制造直徑16m以下、模數(shù)可達45的大型齒輪的能力。為滿足磨機的特大型化的發(fā)展，降低用戶的初期投資成本和設(shè)備的維護費用，紅星機械已經(jīng)設(shè)計出兩超大型齒輪傳動的磨機，齒輪質(zhì)量達到150t，齒面更小硬度達到HB300。

齒輪設(shè)計國際標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

紅星機械的齒輪設(shè)計采用AGMA6114—A06—2006設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行計算。1968年頒布的AGMA321.05—1970標(biāo)準(zhǔn)，比較保守，沒有考慮精度等級，已使用30多年，但以此標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的齒輪從未出現(xiàn)失效。1988年頒布的AGMA6004—F88標(biāo)準(zhǔn)，引入精度等級，按Q8精度等級計算，Q10精度等級加工，按此標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的齒輪曾經(jīng)出現(xiàn)過失效。新標(biāo)準(zhǔn)AGMA6114—2006（公制）的規(guī)定比老標(biāo)準(zhǔn)考慮的影響系數(shù)更全面，其計算結(jié)果介于1970和1988標(biāo)準(zhǔn)之間，已被多數(shù)公司認(rèn)可。

磨機啟動和運行時的模態(tài)分析

大型磨機作為回轉(zhuǎn)運動設(shè)備，由于設(shè)備和地基基礎(chǔ)具有相近的固有頻率，且回轉(zhuǎn)運動的載荷較大，在設(shè)計時，必要對設(shè)備與基礎(chǔ)是否產(chǎn)生共振和較大的強迫振動進行檢驗。一旦發(fā)生類似振動，都會嚴(yán)重影響傳動系統(tǒng)的安全，還造成整個設(shè)備的破壞。如圖7～8所示，對磨機與地基基礎(chǔ)的整體結(jié)構(gòu)進行動能學(xué)仿真，利用精良的三維軟件建立基礎(chǔ)與磨機的有限元模型，采用有限元分析軟件對其進行模態(tài)分析及瞬態(tài)響應(yīng)分析，在基礎(chǔ)設(shè)計初期即給出合理的建議和意見，保證傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，從而提高齒輪傳動的運行壽命。

齒輪有限元分析

在大齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計中，利用有限元分析來校核輪緣結(jié)構(gòu)的合理性，評估大小齒輪的撓曲度。紅星機械磨機的大小齒輪均需進行有限元分析和修正。有限元分析過程中，載荷考慮磨機的實際運行過程中筒體的支撐作用，根據(jù)有限元分析結(jié)果確定大齒輪的合理結(jié)構(gòu)，根據(jù)大小齒輪接觸應(yīng)力的大小對小齒輪進行有針對性的修形。

檢查和測試采用國際標(biāo)準(zhǔn)

紅星機械每年要制造超過100套齒輪組，所有的制造過程（包括鑄造、鍛造、熱處理、滲碳處理、機加工、滾齒及工廠裝配）都在本公司完成，然后運至出口港。紅星機械對所有主要部件進行檢查與測試。遵循美國試驗材料學(xué)會與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ASTM&；ISO）標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AGMA2015和GB/T10095—2008，并擁有由無損探傷（NDT）與檢查監(jiān)督員組成的大型團隊，負(fù)責(zé)對所有的制造設(shè)備與零部件進行檢測。大齒輪精加工后，除上述常規(guī)檢查外，還在機床上進行大小齒輪對滾試驗，以檢驗合格的高精度小齒輪（Q12級，磨齒）作為基準(zhǔn)，檢查大小齒輪嚙合精度，在機床上修正，以完全達到設(shè)計要求，保證現(xiàn)場安裝要求。

進行廠內(nèi)預(yù)組裝試車的方式是較好的檢查方法，它模擬了現(xiàn)場安裝時的基本嚙合情況，更有利于提前發(fā)現(xiàn)加工中可能出現(xiàn)的問題。但廠內(nèi)試車費用較高。因為大型磨機所有關(guān)鍵件均在本公司內(nèi)生產(chǎn)，紅星機械是世界上僅有幾個能夠做到在工廠內(nèi)試車的供應(yīng)商之一。

大型齒輪使用中的潤滑、維護和檢修

現(xiàn)場齒輪運轉(zhuǎn)時，潤滑至關(guān)重要，它決定了齒輪的使用壽命。不連續(xù)的噴霧潤滑可在磨機運轉(zhuǎn)期間粘附在齒面上，在2次加油的間隔內(nèi)，形成一層抗擠壓和不被破壞的耐磨油膜，且要求齒根處無積油和硬化。

每次噴霧所用油量和間隔時間主要取決于大齒輪尺寸及所用油品。噴油更佳時間為大齒輪旋轉(zhuǎn)2周時。小齒輪齒面的溫度是其所受載荷的直接體現(xiàn)，反映了小齒輪軸組的安裝調(diào)整情況。小齒輪沿齒寬方向溫度不同說明齒輪嚙合不佳，常發(fā)生在運行初期，其原因有：筒體變形導(dǎo)致大齒輪歪斜，基礎(chǔ)螺栓松動，基礎(chǔ)下沉等。如果小齒輪兩端溫差較大，必須對小齒輪進行再次調(diào)整。齒面溫度分布由安裝在齒輪罩上的紅外線溫度檢測裝置顯現(xiàn)。

另外，小齒輪軸承的震動監(jiān)測也能反映大小齒輪的嚙合情況，若超出正常給定值，則齒輪嚙合發(fā)生變化。對噴油系統(tǒng)和齒輪嚙合情況的定期檢查，可延長齒輪壽命。

隨著磨機大型化的發(fā)展，對大規(guī)格齒輪的制造也提出了更高的要求，齒輪加工技術(shù)的日趨成熟促使磨機直徑不斷擴大。通過環(huán)形電動機和雙驅(qū)齒輪傳動的對比可知，雙驅(qū)齒輪傳動系統(tǒng)在大型磨機上的成功應(yīng)用，以及齒輪傳動和環(huán)形電動機的優(yōu)越性，將會有更多市場應(yīng)用。紅星機械設(shè)計制造的齒輪傳動礦用磨機已正式投產(chǎn)使用，正在研發(fā)的兩齒輪傳動大型礦用磨已經(jīng)具備設(shè)計制造條件。若齒輪傳動系統(tǒng)替代由環(huán)形電動機占有的部分份額，這將是大型磨機傳動系統(tǒng)的重大技術(shù)創(chuàng)新，也將給世界礦業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，詳詢0371—67772626。