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大型磨机齿轮驱动的研发和展望

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发布时间:2015-03-03 16:34:59修改时间:2017-08-12 09:14:38

红星球磨机厂家从事球磨机研究开发与生产工作几十年,随着球磨机大型化的发展方向,大型磨机齿轮驱动机构的研发与未来展望成为红星近期主要工作目标,下面我们就从以下六点具体阐述一下大型磨机齿轮驱动的发展。

磨机齿轮

磨机大齿轮和小齿轮的设计

基于50多年的铸造、热处理、机加工、齿轮制造以及设备运行反馈经验,红星机械研发了满足不同齿轮所需设计强度和硬度要求的、3种不同铬、镍和钼成分含量的大齿轮铸造材料,综合考虑材料性能、模数、压力角和螺旋角、齿宽、齿面接触压力、以及轴向力等因素,对磨机大齿轮进行较优设计。对于磨机传动装置,选用25°压力角比选用20°压力角的磨机能力提高约10%。螺旋角也限制在7.5°以内,以保持对轴向力的控制。因同样直径的斜齿轮传动比直齿轮传动重合度系数大,弯曲强度和接触强度得到很大提高,传动平稳、噪声小,寿命长,大型磨机驱动装置不选用直齿轮。根据多年磨机齿轮设计经验,总结出磨机大齿轮齿轮模数与装机功率的关系和磨机大齿轮直径与装机功率的关系。

随着红星机械磨机大齿轮加工制造能力的不断扩大,目前已经拥有制造直径16m以下、模数可达45的大型齿轮的能力。为满足磨机的特大型化的发展,降低用户的初期投资成本和设备的维护费用,红星机械已经设计出两超大型齿轮传动的磨机,齿轮质量达到150t,齿面更小硬度达到HB300。

齿轮设计国际标准的应用

红星机械的齿轮设计采用AGMA6114—A06—2006设计标准进行计算。1968年颁布的AGMA321.05—1970标准,比较保守,没有考虑精度等级,已使用30多年,但以此标准生产的齿轮从未出现失效。1988年颁布的AGMA6004—F88标准,引入精度等级,按Q8精度等级计算,Q10精度等级加工,按此标准生产的齿轮曾经出现过失效。新标准AGMA6114—2006(公制)的规定比老标准考虑的影响系数更全面,其计算结果介于1970和1988标准之间,已被多数公司认可。

磨机设备

磨机启动和运行时的模态分析

大型磨机作为回转运动设备,由于设备和地基基础具有相近的固有频率,且回转运动的载荷较大,在设计时,必要对设备与基础是否产生共振和较大的强迫振动进行检验。一旦发生类似振动,都会严重影响传动系统的安全,还造成整个设备的破坏。如图7~8所示,对磨机与地基基础的整体结构进行动能学仿真,利用精良的三维软件建立基础与磨机的有限元模型,采用有限元分析软件对其进行模态分析及瞬态响应分析,在基础设计初期即给出合理的建议和意见,保证传动系统的稳定运行,从而提高齿轮传动的运行寿命。

齿轮有限元分析

在大齿轮结构设计中,利用有限元分析来校核轮缘结构的合理性,评估大小齿轮的挠曲度。红星机械磨机的大小齿轮均需进行有限元分析和修正。有限元分析过程中,载荷考虑磨机的实际运行过程中筒体的支撑作用,根据有限元分析结果确定大齿轮的合理结构,根据大小齿轮接触应力的大小对小齿轮进行有针对性的修形。

磨机齿轮有限元分析

检查和测试采用国际标准

红星机械每年要制造超过100套齿轮组,所有的制造过程(包括铸造、锻造、热处理、渗碳处理、机加工、滚齿及工厂装配)都在本公司完成,然后运至出口港。红星机械对所有主要部件进行检查与测试。遵循美国试验材料学会与国际标准化组织(ASTM&;ISO)标准ANSI/AGMA2015和GB/T10095—2008,并拥有由无损探伤(NDT)与检查监督员组成的大型团队,负责对所有的制造设备与零部件进行检测。大齿轮精加工后,除上述常规检查外,还在机床上进行大小齿轮对滚试验,以检验合格的高精度小齿轮(Q12级,磨齿)作为基准,检查大小齿轮啮合精度,在机床上修正,以完全达到设计要求,保证现场安装要求。

进行厂内预组装试车的方式是较好的检查方法,它模拟了现场安装时的基本啮合情况,更有利于提前发现加工中可能出现的问题。但厂内试车费用较高。因为大型磨机所有关键件均在本公司内生产,红星机械是世界上仅有几个能够做到在工厂内试车的供应商之一。

大型齿轮使用中的润滑、维护和检修

现场齿轮运转时,润滑至关重要,它决定了齿轮的使用寿命。不连续的喷雾润滑可在磨机运转期间粘附在齿面上,在2次加油的间隔内,形成一层抗挤压和不被破坏的耐磨油膜,且要求齿根处无积油和硬化。

磨机齿轮作业中的润滑及维护

每次喷雾所用油量和间隔时间主要取决于大齿轮尺寸及所用油品。喷油更佳时间为大齿轮旋转2周时。小齿轮齿面的温度是其所受载荷的直接体现,反映了小齿轮轴组的安装调整情况。小齿轮沿齿宽方向温度不同说明齿轮啮合不佳,常发生在运行初期,其原因有:筒体变形导致大齿轮歪斜,基础螺栓松动,基础下沉等。如果小齿轮两端温差较大,必须对小齿轮进行再次调整。齿面温度分布由安装在齿轮罩上的红外线温度检测装置显现。

另外,小齿轮轴承的震动监测也能反映大小齿轮的啮合情况,若超出正常给定值,则齿轮啮合发生变化。对喷油系统和齿轮啮合情况的定期检查,可延长齿轮寿命。

随着磨机大型化的发展,对大规格齿轮的制造也提出了更高的要求,齿轮加工技术的日趋成熟促使磨机直径不断扩大。通过环形电动机和双驱齿轮传动的对比可知,双驱齿轮传动系统在大型磨机上的成功应用,以及齿轮传动和环形电动机的优越性,将会有更多市场应用。红星机械设计制造的齿轮传动矿用磨机已正式投产使用,正在研发的两齿轮传动大型矿用磨已经具备设计制造条件。若齿轮传动系统替代由环形电动机占有的部分份额,这将是大型磨机传动系统的重大技术创新,也将给世界矿业带来巨大的经济效益,详询0371—67772626。

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