喂入機喂入輪對中跑偏的原因及改進措施淺析

戴 國 安

(邵陽紡織機械有限責任公司，湖南 邵陽 422000)

設備與控制

喂入機喂入輪對中跑偏的原因及改進措施淺析

戴 國 安

(邵陽紡織機械有限責任公司，湖南 邵陽422000)

介紹了滌綸短纖維生產中喂入機的功能、喂入輪的對中跑偏現象及其對生產的影響；分析了喂入機喂入輪出現對中跑偏現象的原因，并提出改進措施。結果表明：傳動系統中鍵聯接是喂入輪產生對中跑偏現象的主要影響因素，鍵與鍵槽的配合是關鍵，必須為過盈配合；沖擊載荷是另一影響因素，沖擊載荷大可導致聯接松動，破壞鍵聯接的配合性質；通過改變鍵的配合性質、采用選配法的方式以確保配合為過盈、選用較小的制動力矩以降低沖擊載荷等措施，喂入輪對中跑偏現象明顯減少。

聚對苯二甲酸乙二酯纖維 短纖維 喂入輪 對中跑偏 轉動慣量 沖擊載荷

喂入機是滌綸短纖維紡絲生產線中的關鍵設備，位于滌綸短纖維生產線中處于六輥牽引機的后方及盛絲桶往復機的上方，其作用是將從牽引機過來的絲束水平曳引至喂入機，經喂入機折成波形并減少絲束的動能后以一定的速度經甬道垂直送入盛絲桶。喂入機負責將絲束送入盛絲桶的零件是一對喂入輪，其外形為一對經齒頂倒圓的齒輪。正常工作時，2只喂入輪輪齒呈嚙合狀，且輪齒的嚙合面間留有合適的間隙便于夾持絲束，輪齒前后的嚙合間隙要求均等即齒在齒槽中是對中的，絲束夾持在兩齒形的間隙中呈波浪狀被喂入輪牽引送出經甬道垂直落入盛絲桶。當2只喂入輪的輪齒嚙合不對中時，即嚙合齒面兩側的間隙不一致時，落絲方向將發生傾斜，當傾斜到一定程度，絲束就會落出甬道外面而不能正常生產，需要停車處理，在生產現場都習慣稱此現象為喂入輪對中跑偏。喂入機為同步電機驅動，經齒輪傳動帶動喂入輪旋轉，電機配有制動器，喂入機設有纏輥檢測裝置，當喂入輪纏輥至一定厚度時，觸動纏輥檢測裝置，同步電機停車并制動，整機停車，操作人員處理纏輥。

在滌綸短纖維生產線中，發生纏輥制動后，經常出現喂入輪的對中跑偏現象，需要停車重新校正，且此現象常會反復出現，嚴重影響生產并產生大量廢絲。生產中喂入輪纏輥是不可避免的，喂入輪對中跑偏現象成了滌綸短纖維生產線中影響生產的一大隱患，因此必須設法解決。作者根據生產實際，針對該現象進行分析，找出原因，并提出改進措施。

1 喂入輪對中跑偏的原因

1.1喂入輪的傳動裝置

喂入輪傳動裝置見圖1，同步電機經聯軸器帶動進軸1和主傳動齒輪2，經過橋齒輪3、過橋齒輪4后分左右兩路傳動，右路經被動齒輪5、喂入輪軸6、輪芯8至右喂入輪9，左路經過橋齒輪11、被動齒輪12、喂入輪軸14、輪芯15至左喂入輪16。左喂入輪16與右喂入輪9作反向旋轉。喂入輪分別由8個M16螺釘安裝在輪芯的法蘭上，左喂入輪16的安裝孔為8個長圓孔，通過調節左喂入輪16，使2只喂入輪的齒與齒槽保持對中位置。

圖1 喂入輪傳動裝置示意Fig.1 Schematic diagram of feed rotor transmission system1—進軸；2—主傳動齒輪；3，4，11—過橋齒輪；5，12—被動齒輪；6，14—喂入輪軸；7，10—過橋軸；8，15—輪芯；9—右喂入輪；13—后平健；16—左喂入輪；17—前平鍵

為保證喂入輪的齒與齒槽對中位置的精確，需盡量減少2只喂入輪的自由擺動量，因此必須減小傳動鏈中嚙合齒輪的嚙合間隙。過橋軸10、喂入輪軸6和喂入輪軸14各自安裝在偏心套上，調整偏心套的角度，可以調整被動齒輪12與過橋齒輪11、過橋齒輪11與過橋齒輪4以及過橋齒輪4與被動齒輪5的中心距，從而達到調整齒輪側隙的目的。為使喂入輪齒與齒槽對中位置最佳，傳動齒輪側隙一般控制在0.05 mm左右，側隙太小則齒輪的散熱和潤滑不好，噪聲大。

1.2喂入輪不對中原因分析

齒輪嚙合是有間隙的，因此喂入輪有自由擺動量，實踐經驗表明允許的自由擺動量應不大于0.35 mm，若大于0.35 mm，將會造成落絲偏斜過大無法正常生產。由圖1可以看出，左喂入輪至右喂入輪之間的傳動鏈中，4個齒輪嚙合，3處嚙合點，齒輪為高精度齒輪，齒輪的嚙合間隙可以調至0.05 mm，故齒輪嚙合總間隙為0.15 mm，被動齒輪5及被動齒輪12的分度圓直徑均為351 mm，喂入輪直徑為600 mm，因此，反映到喂入輪上的自由擺動量為0.25 mm，也表明喂入輪理論最小自由擺動量為0.25 mm，小于允許值的0.35 mm，可滿足使用要求。

引起喂入輪自由擺動量增大導致喂入輪齒與齒槽不對中，有以下幾方面原因：

(1)齒輪嚙合間隙變大

安裝偏心套時緊固螺釘沒有擰緊，在振動和沖擊載荷作用下產生松動，導致偏心套旋轉而引起齒輪中心距變大，嚙合間隙增大。同時，齒輪齒面磨損也可能使間隙增大，但硬齒面磨損量很小可忽略不計。

(2)喂入輪安裝位置發生變動

在振動和沖擊載荷作用下，由于喂入輪的安裝螺釘緊固不良導致螺釘松動，喂入輪位置發生變化而引起喂入輪輪齒對中位置偏移。

(3)鍵的配合間隙的影響

1.3鍵的擠壓強度校核

根據圖1，左喂入輪16比右喂入輪9要寬，其轉動慣量大，故選擇后平鍵13進行校核，后平鍵13尺寸為鍵寬14 mm、鍵長50 mm。為便于計算說明，對喂入輪傳動裝置簡化，見圖2。

圖2 簡化后的喂入輪傳動裝置Fig.2 Simplified feed rotor transmission system1—左喂入輪軸；2—右喂入輪軸；3，4—過橋軸；5—電機傳動軸；6—同步電機動

已知： 電機功率為15 kW，電機制動力矩(M)為250 N·m，電機轉動慣量為0.045 kg·m2，喂入輪角速度(ω1)為83.3 rad/s，左喂入輪軸1、右喂入輪軸2與電機傳動軸5的傳動比即i1和i2均為1.9，過橋軸3和過橋軸4與電機傳動軸5的傳動比即i3，i4均為1.19。

(1)確定制動時間(t)

制動時，根據動量矩定理按式(1)計算t：

j(ωt-ω0)=Mt

(1)

式中:j為旋轉零件推算到電機軸上的轉動慣量；ωt為電機軸制動前角速度；ω0為電機軸制動后角速度。

設軸1～5上的轉動慣量分別為：j1，j2，j3，j4，j5，經計算可得j1，j2，j3，j4，j5分別為3.583，2.950，0.062，0.232，0.163 kg·m2。

已知ω0為0，則由式(2)，(3)，(4)可計算得到t為1.38 s。

(2)

ωt=ω1i1=158.27 rad/s

(3)

(4)

(2)后平鍵13承受的沖擊載荷(T)的確定

后平鍵13承受的T可按式(5)，(6)計算：

(j1-j12)ω1=Tt

(5)

(6)

式中:j12是被動齒輪12(見圖1)的轉動慣量。

經計算，j12為0.34 kg·m2，則根據式(6)計算可得T為195 N·m。

(3)后平鍵13的擠壓應力校核

鍵聯接的主要失效形式是鍵、軸和輪轂上的鍵槽三者當中最弱的工作面被壓潰，因此，只需進行擠壓應力校核。

已知后平鍵13側面中心處半徑(r)為22.5 mm，其側面受擠壓力(F)為：

F=T/r=8 697 N

(7)

平鍵13的尺寸寬為14 mm，厚為9 mm，長為50 mm，則側面所受擠壓面的最小面積(A)為126 mm2，擠壓應力(σp)則為：

σp=F/A=69 N/mm2

(8)

喂入輪軸14的材料為42CrMo，被動齒輪12的材料為20CrMnTi，鍵為標準平鍵，核查標準可知沖擊載荷下的鍵聯接的許用擠壓應力([σp])為65 N/mm2[3]，顯然，σp大于[σp]，不能滿足強度要求。

2 改進措施

(1)確保傳動齒輪嚙合間隙。調整偏心套，使傳動齒輪的嚙合間隙盡量小，不大于0.05 mm，確保偏心套的緊固螺釘緊固可靠。

(2)確保喂入輪在輪芯上安裝牢固。為保證喂入輪安裝后位置不變，在喂入輪輪齒位置調好后，在喂入輪上打定位銷，并確保安裝螺釘緊固。

(4)選用較小的制動力矩。根據對鍵的校核計算，平鍵在沖擊載荷的作用下有可能壓潰，由于結構尺寸的限制，零件尺寸不能改動，可用降低制動力矩來延長制動時間的方法降低沖擊載荷。根據前面的計算公式，選用同步電機制動器M為160 N·m，則可計算得到t為2.15 s，σp為44.3 N/mm2，σp小于[σp]，可滿足要求。

3 結論

a. 在喂入機的傳動系統中，平鍵的聯接非常重要，鍵與鍵槽的配合，必須保證是過盈，這樣才能使喂入輪自由擺動量最小，避免喂入輪對中跑偏現象的發生。

b. 喂入機制動停車所引起的沖擊載荷對機器本身影響大，不僅會引起各聯接鍵松動，而且當載荷過大時，會造成零件失效。改變制動力矩，延長制動時間，能有效降低沖擊載荷大小，合理選擇制動力矩，能使設備保持最佳工作狀態，避免故障發生。

c. 經改進，傳動齒輪嚙合間隙不大于0.05 mm，后平鍵13選用較小的制動力矩，鍵與鍵槽的配合為過盈配合，喂入機喂入輪輪齒對中跑偏現象大大減少，效果明顯。

[1] 華中工學院標準化與計量測試教研室.互換性與技術測量[M].武漢:華中工學院出版社,1982:115-116.

Department of standardization and measurement of Huazhong College of Technology.Exchange ability measurement technology[M].Wuhan:Huazhong College of Technology Press,1982:115-116.

[2] 張英會.機械零件[M].北京：機械工業出版社,1986:87.

Zhang Yinghui.Machine Part[M].Beijing:China Machine Press,1986:87.

Preliminaryanalysisofreasonsformiddledistancerunningoffeedrotoroffeedingmachineandimprovementmeasures

Dai Guoan

(ShaoyangTextileMachineryCo.,Ltd.,Shaoyang422000)

The function of feeding machine was introduced for polyester staple fiber production, as were the middle distance running phenomenon of feed rotor and its effect on the production. The reasons for the middle distance running of feed rotor were analyzed. And the improvement measures were suggested. The results showed that the key joint was the dominant influential factor bearing upon the middle distance running of feed rotor, especially the fit of key and key seat; the interference fit of key and key seat must be applied in the key joint; the impact load was another influential factor; the heavy impact load could lead to the loose key joint which could damage the fit mode of key joint; and the middle distance running phenomenon of the feed rotor was obviously depressed by changing the fit mode of keys, guaranteeing the interference fit through incomplete interchange method, setting the relatively low braking torque to decrease the impact load.

polyethylene terephthalate fiber; staple fiber; feed rotor; middle distance running; rotational inertia; impact load

2017- 03-21；修改稿收到日期2017- 08-11。

戴國安(1964—)，男，工程師，主要從事化纖機械設計工作。E-mail：dgamail@sina.com 。

TQ340.5

B

1001- 0041(2017)05- 0068- 03