四合一真空旋轉干燥器動力裝置優化設計

俞洪飛，徐立明

（紹興市上虞東星齒輪減速電機有限公司，浙江 紹興 312300）

四合一真空旋轉干燥器動力裝置優化設計

俞洪飛，徐立明

（紹興市上虞東星齒輪減速電機有限公司，浙江 紹興 312300）

四合一真空旋轉干燥器動力裝置是整套干燥器設備的動力源，對其進行優化設計，能更好的提高整套設備的運行可靠性和安全性。通過對其設計結構、彈性柱銷與制動盤結構、傳動軸支撐方式和底板結構優化設計來達到整體優化設計的要求，使得優化后的動力裝置具有運行可靠、安裝方便、加工精度容易控制、維護和保養容易實現等優點。

齒輪；制動盤；柱銷；支撐；底板；KISSSOFT分析

四合一真空旋轉干燥器是將物料進行壓濾、洗滌、干燥和混合四個工藝過程的裝置，具有生產工藝過程簡化、節省廠房和設備、節約項目投資成本等特點，廣泛應用于印染、染料、醫藥、食品、陶瓷和造紙行業。四合一真空旋轉干燥器由干燥器本體和動力裝置兩部分組成，在以往的設計中，只注重了干燥器本體的設計與研究，在動力裝置的設計上缺乏深入細致的研究和持續的改進優化。原有設計中用于干燥器本體的左右軸承、減速設備及動力裝置的固定等方面存在著很多設計不合理的地方，導致動力裝置加工制造困難、安裝維護不易實現、設備運行可靠性不高等問題。經過對動力裝備的持續改進優化，解決了設備在制造和運行中出現的問題，使四合一真空旋轉器動力裝置的可靠性更高，運行穩定性更好，安裝維護容易實現，滿足了動力裝置進行大批量生產的需要。

1 設計結構簡介

四合一真空旋轉干燥器動力裝置主要由雙層底板：（1）電機；（2）連接盤；（3）制動盤；（4）彈性柱銷；（5）電力液壓制動器；（6）減速機；（7）剛性聯軸器；（8）傳動軸；（9）小齒輪；（10）大齒輪；（13）滑動軸承；（11）和干燥器兩側滑動軸承；（12）等構件組成。四合一真空旋轉干燥器動力裝置結構示意圖如圖1所示。

圖1

2 工作過程

三相交流電經防爆電機產生旋轉動能，帶動防爆電機軸上的連接盤轉動，連接盤上設置有彈性柱銷，帶動安放在減速機輸入軸上制動盤轉動，經減速機變速后由剛性聯軸器帶動傳動軸上的小齒輪轉動，再通過小齒輪與大齒輪的嚙合，實現四合一真空干燥器轉動。當制動時，先使三相防爆電機失電，再合上電力液壓制動器的電源，制動器電機工作產生液壓推動制動盤工作，使四合一真空旋轉干燥器停止轉動。

3 設計改進

（1）減速機改進。在減速機的選用上，原來采用JZQ系列減速機，由于此類減速機是軟齒面減速機，內部齒輪是經過翻砂后，直接加工、滾齒而成，在機械強度上不足。由于該干燥器本休為典型的低速（每分鐘8轉）重載（旋轉力矩不小于25000N?m）且帶沖擊載荷（由干燥器本體偏心及物料變化引起的）的容器。所以在減速機的選用上，采用了機械強度更強的ZSY系列減速機，其內部齒輪采用優質合金鋼經滲碳淬火而成，齒面硬度達到HRC54-62，并對該減速機輸出軸、輸入軸進行加強，使減速機的強度、噪聲及設備運行的平穩性得到了改善，增加整個動力裝置的使用壽命。

（2）支承軸承的改進。原有四合一真空旋轉干燥器的支撐方式采用圓柱滾子軸承作為旋轉支撐，圓柱滾子軸承在重載沖擊載荷作用下很容易受到損傷，而這種損傷隨著次數和時間的增加，產生的裂紋會越來越大，最終導致軸承失效。由于圓柱滾子軸承作為一個易損件，使用一段時間后就要更換，四合一真空旋轉干燥器是一個焊接起來的釜體，左右兩根支撐軸上焊接著各種法蘭和進、出口管道，如果要更換軸承就必須要切割掉這些法蘭和管道，這給設備的維護和保養帶來了很大的難題。而采用了滑動軸承后，使支撐釜體的左右兩根軸受力面積增加。用滑動軸承來代替圓柱滾子軸承使設備的承載能力大為提高，同時也方便了整套四合一真空旋轉干燥器的安裝和維護。

（3）齒輪的優化設計。傳動用的小齒輪（10）和大齒輪（13）是整個四合一干燥釜動力裝置向釜體傳送動力的關鍵零件，齒輪的強度和齒輪嚙合時的平穩性，對整個傳動的輸出有著十分重要的影響。在原來的齒輪設計上，采用了不變位的直齒輪，小齒輪的齒面安全系數為1.618，大齒輪的齒面安全系數為1.985。在小齒輪采用變位齒輪后的齒面安全系數提升為1.718，大齒輪的齒面安全系數為1.949，經過這樣的整合后，有效提升了小齒輪齒面安全系數。由于齒輪的重合度較低，對齒輪的修形能很好的提升齒輪的接觸應力的平滑度。齒輪經過KISSSFOT軟件的計算，得出在齒輪修形前的齒輪接觸應力曲線如圖2所示，圖中所示齒輪的接觸應力表現出沖擊特征，這樣的嚙合是對傳動不利的。經過對齒面的修形后，齒輪的接觸應力曲線過渡平順，降低了齒輪的沖擊，齒輪的接觸應力曲線如圖3所示。

（4）彈性柱銷與制動盤結構改進。彈性柱銷作為一種柔性的傳動元件，在整個傳動過程中起到了緩沖、傳動力矩和吸震的作用。原有的設計是采用錐軸的連接形式，這種結構裝拆方便，但質量方面不容易受控，而且在大批量生產時，這個問題更為突出。由于與錐軸配套的制動盤錐孔上難以進行磨削，在這種情況下錐軸與制動盤配合，并不是面與面的結合，而是點線的結合，使錐軸與配合不緊密從而影響傳動的效果，也會使得錐軸的損壞速度提高。改進后采用了柱銷式的連接，加工精度容易保證，加工的工序更加簡單，柱銷與制動盤采用過盈配合，并用螺母壓緊。在圓周定位上采用坐標定位的方法，保證了每個孔的角度精度。

（5）底板結構改進。此外還對底板進行了加厚、加高，使整套裝置被可靠地焊接在牢固的平臺上，減小焊接所引起的變形量，增加了整套四合一真空旋轉干燥器動力裝置傳動穩定性。底板上面的焊接件采用了整體加工技術，統一了基準，使各個部件的相對位置得到了精確保證。底板與建筑采用了預埋技術，在動力裝置安裝、調試完成后，往預埋孔內注入水泥漿使動力裝置與建筑平臺結合成一體，使動力裝置的安裝可靠性增加。

圖2

圖3

4 結語

此次四合一真空旋轉干燥器動力裝置的優化設計，是根據以往積累的產品運行數據和設備運行中的不足之處加以改進的，通過對其設計結構、彈性柱銷與制動盤結構、傳動軸支撐方式、齒輪修形和底板結構等方面進行優化設計，經過長時間的測試與實際應用，達到優化設計的要求。產品成功的應用于湖北宜化集團，取得了很好的應用效果，并取得了實用新型專利證書（專利號：ZL 2014 2 0123616.3）。

[1]董大勤等.壓力容器設計手冊[M].北京：化工工業出版社，2014.

[2]張黎華鄭嚴.新編機械設計手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

TH12

M

1671-0711（2016）12（下）-0045-02