新型超短窯的摩擦雙傳動的設計研究

尤 立 劉星安 王繼光 馮 雁

（洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司，洛陽 417039）

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新型超短窯的摩擦雙傳動的設計研究

尤 立 劉星安 王繼光 馮 雁

（洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司，洛陽 417039）

摘 要：本題所研究的傳動裝置適用于兩檔支撐的新型超短窯。摩擦雙傳動裝置利用雙托輪來驅動輪帶，帶動回轉窯轉動，同時取消傳統的大小齒輪裝置，簡化傳動系統，提高了傳動效率，節約了制作和安裝成本。

關鍵詞：摩擦雙傳動 兩檔支承 回轉窯

新型超短窯采用兩檔支承方式、預分解技術和快速煅燒理論的研究成果，使其無論在工藝、機械和操作運行方面都具有比較突出的優點。為與三檔支承的—般新型干法窯相區別，故稱其為新型超短窯。新型兩檔支承短窯是我國水泥工業主攻的方向。筆者針對新型超短窯的結構特點，設計了一種先進的摩擦雙傳動方式。

1 回轉窯摩擦傳動的原理

摩擦傳動是指回轉窯回轉部分的回轉運動的實現，是通過輪帶與托輪之間的摩擦力進行扭矩和功率的傳遞，托輪的轉動是由驅動部分通過托輪軸驅動。這種傳動方式有別于大小齒輪嚙合傳動，無需設置大小齒輪，故能很大程度地減少回轉窯結構重量，縮短回轉窯的制作周期，省去大小齒輪的制造和安裝費用，同時無需潤滑開式齒輪副，節省了維護費用。

2 摩擦傳動與開式齒輪傳動的對比分析

開式齒輪傳動的特點：傳動精度高，輪帶與托輪相對運動為純滾動，不會有滑移現象，故磨損速度慢。但是，它尚存在以下不足：（1）包括大齒圈裝置、小齒輪裝置，以φ5×60m回轉窯為例，大小齒輪裝置重量為88t，而用摩擦傳動可取消該部分重量；（2）大齒圈制作周期長，工藝復雜；（3）開式齒輪需要潤滑，潤滑油的消耗，潤滑不良造成齒面點蝕、膠合，磨損等形成振動和噪聲，齒面失效后更換周期長，更換備件成本高。

摩擦傳動的特點：（1）結構緊湊，省略了大小齒輪部件，基礎相對開式齒輪傳動可以減小約1/3，若采用液壓馬達驅動，基礎相對開式齒輪傳動可減少1/2；（2）設備生產周期較開式齒輪傳動短，但相比開式齒輪傳動方式，摩擦傳動對輪帶與托輪的接觸要求較高，所以通常的多點支承長窯不適合。而新型超短窯無論是支承數量、支承結構以及筒體和輪帶的聯接方式，都使得托輪軸兩端的托輪軸承組可以上下移動，以保證輪帶始終100%與托輪接觸，完全適合摩擦傳動方式。

3 摩擦傳動方案選擇

摩擦傳動按驅動點所在支承擋數，可分為單擋傳動和兩擋傳動；按驅動點在支承裝置上的布置，可分為單托輪驅動和雙托輪驅動；按驅動點在托輪軸上的位置，可分為雙側驅動和單側驅動；按動力源類型，可分為液壓馬達傳動和電機減速器傳動。

本方案摩擦傳動采用電機減速器結構，利用平行軸減速器的布置方案，傳動結構圖如圖1所示。該方案既可保證傳動裝置的可靠性，又在成本控制方面具有一定優勢。

圖1 傳動結構圖

以Φ5×60m回轉窯為例，摩擦傳動采用4臺CB840-640馬達并配套液壓站，傳動系統成本大約為600萬。而同規格窯采用電機加平行軸減速器傳動方案，傳動系統總成本大約為160萬。可見，較液壓馬達，它具有明顯的經濟性優勢。

4 電機選用

由于摩擦傳動回轉窯啟動時需要克服很大的慣性力，故啟動力矩較大。為了保證摩擦傳動副不失效，避免出現打滑現象，需盡可能降低啟動速度。

對于電機減速器，尤其是電機帶動平行軸減速器的傳動形式，為了得到較低的輸出轉速，要求減速器速比較大，或者電機額定轉速足夠低。但是，這兩點要求都增大了設備的重量。

摩擦傳動從低速啟動到正常速度運轉，用變頻電機進行調節，既能產生大的啟動力矩，又能降低啟動后的電耗，可滿足傳動的要求。

5 摩擦傳動回轉窯功率計算

回轉窯的主傳動功率：N=（N1+N2+N3+N4/2）/η

傳動功率分為以下幾個部分：摩擦傳動、翻轉物料消耗功率、摩擦消耗功率（托輪軸承組摩擦、擋輪軸承組摩擦、非傳動端輪帶與托輪摩擦）。

5.1 翻轉物料需要功率

摩擦傳動利用輪帶與托輪的摩擦做動力，非傳動支承處的輪帶與托輪摩擦仍為阻力。

式中，GM為窯內物料總重；vV為物料重心線速度的豎直分量，m/s。

5.2 摩擦消耗功率

5.2.1 托輪軸承組摩擦消耗功率托輪軸承組摩擦消耗功率：

式中，Pf為每擋托輪軸頸上的摩擦力，kg；V為托輪軸頸線速度，m/s。

5.2.2 擋輪軸承組摩擦消耗功率

擋輪軸承組摩擦消耗功率：

式中，G’為回轉部分下滑力，kg；f3為軸承摩擦系數；v為軸頸處線速度，m/s。

5.2.3 輪帶與托輪摩擦消耗功率

輪帶與托輪摩擦消耗功率：

6 傳動設計

6.1 電機選型

由于摩擦傳動回轉窯轉速需調整，故選取變頻調速三相異步交流電機。以Φ5×60m回轉窯為例進行設計。經過計算，主電機功率N為710kW。因為是雙傳動，所以選取兩臺YSNP450L1-6型號電機，功率為355kW，額定轉矩3390NM，轉矩倍率為3.8倍，50Hz時同步轉速為990r/ min，重量4400kg。

6.2 主減速器選型

Φ5X60m回轉窯輪帶外徑為6220mm，托輪外徑為2000mm，托輪輪帶摩擦副的傳動比為：

窯主傳動額定轉速為4r/min，故主減速器速比為：

根據主電機功率及主減速器減速比，選用3級齒輪減速器。這里選擇JH800C-80型號減速器，許用功率為627kW，實際速比為78.217。復核窯轉速，可以滿足回轉窯轉速要求。

7 托輪輪帶摩擦安全系數計算

由于選用兩點傳動，為保證回轉窯正常運轉，每個托輪軸上的所需轉矩為：

Φ5×60m回轉窯二擋支承的計算支反力Q為600t。輪帶重量Gr取60t，托輪到輪帶中心線與豎直方向的夾角為30°。

沿托輪輪帶中心線上的輪帶對托輪的正壓力為：

根據輪帶對托輪的正壓力，托輪與輪帶的摩擦力矩為T=4118400N。

根據鐵路系統車輪外圓與軌道間的摩擦系數0.242，若摩擦系數取0.242，則

則安全系數為3.7，可以滿足回轉窯轉矩需求。

8 結論

本設計利用托輪和輪帶的摩擦傳動方式，徹底拋開了制造加工復雜、安裝困難、造價昂貴的大小齒輪，既減輕了設備重量，降低了造價，又方便于安裝和維護，同時還節省了大量的潤滑成本，且特別適合新型超短窯使用。與同樣產能設備相比，總重量大大降低，且降低了設備投資成本。

參考文獻

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Design and Research on Friction Double Transmission of A New Type of Ultra Short Kiln

YOU Li，LIU Xingan，WANG Jiguang，FENG Yan
（Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co. Ltd.，Luoyang 417039）

Abstract:The transmission device of new type of s hort kiln in two file support. Double friction drive device using double roller to drive the wheel， to drive the rotation of the rotary kiln. At the same time the abolition of the s ize of the traditional gear device， simplify the driving system and improve the transmission efficiency， saves the production and installation costs.

Key words:double friction transmission， two supporting，rotary kiln