大功率重載行星齒輪箱系列 水泥粉磨輥壓機(jī)配套,Xian Heavy Machinery Research Institute,2020/8/2,共74頁(yè),2,1、相關(guān)背景 隨著我國(guó)新型高效干法水泥工業(yè)的快速發(fā)展,輥壓機(jī)作為水泥粉磨作業(yè)中的前處理或終端處理手段,對(duì)降低單位產(chǎn)品的粉磨能耗,提高粉磨效率有著顯著的效果.但與此同時(shí)其核心動(dòng)力傳動(dòng)部件-大功率行星齒輪箱一直難得以開(kāi)發(fā)及形成系列.特別是大功率輥壓機(jī)行星齒輪箱一直不得不依賴(lài)進(jìn)口,國(guó)外產(chǎn)品昂貴的價(jià)格及服務(wù)的不及時(shí)給國(guó)內(nèi)用戶(hù)帶來(lái)很大不便,用戶(hù)迫切需要國(guó)產(chǎn)化。中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司研制的大功率重載行星齒輪箱系列產(chǎn)品徹底改變了依賴(lài)進(jìn)口的歷史。,2020/8/2,共74頁(yè),3,2、產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù) 1) 系列產(chǎn)品的功率：400KW、450KW、500KW、560KW、630KW、710KW、800KW、900KW 、1000KW 、1120KW 、1250KW 2) 系列產(chǎn)品的速比范圍：i=4083 3) 額定輸入轉(zhuǎn)速：n入=994r/min;1483r/min 4) 傳動(dòng)效率：=0.970.98 5) 齒輪熱處理及硬度：滲碳淬火，5862HRC（內(nèi)齒調(diào)質(zhì)280320HB） 6) 齒輪精度：6級(jí)，GB10095-88（內(nèi)齒7級(jí)） 7) 使用系數(shù)：KA2.3 8) 壽命：10萬(wàn)小時(shí) 9) 工作噪聲：（滿(mǎn)負(fù)荷，距離1m處）<80dBA 10) 公稱(chēng)輸出轉(zhuǎn)矩：T=82360650000N.m 齒輪箱工況為24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，強(qiáng)沖擊，強(qiáng)制潤(rùn)滑,2020/8/2,共74頁(yè),4,3、設(shè)備的主要功能、工作原理及特點(diǎn) 該系列行星齒輪箱主要為水泥磨輥壓機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，動(dòng)力經(jīng)兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)（或加一級(jí)平行軸斜齒）傳至輥壓機(jī)的兩擠壓輥上，將混合物料擠壓成所需料餅,2020/8/2,共74頁(yè),5,采用行星傳動(dòng)，行星傳動(dòng)由于具有功率分流，多點(diǎn)嚙合的特點(diǎn)，因此在傳遞相同功率的情況下較普通定軸傳動(dòng)重量輕（輕1/21/3以上）、結(jié)構(gòu)緊湊（體積為定軸傳動(dòng)1/21/3），而且傳動(dòng)效率高（單級(jí)=0.980.99，兩級(jí)=0.960.98）。 采用硬齒面技術(shù)，齒輪材料采用優(yōu)質(zhì)、低碳合金鋼經(jīng)滲碳、淬火、齒面磨削，可獲得高精度齒輪（56級(jí)，GB10095-88），因此可大幅度提高齒輪箱的承載能力及傳動(dòng)質(zhì)量。,2020/8/2,共74頁(yè),6,采用必要的齒面修形技術(shù)，使傳動(dòng)更平穩(wěn)。 采用了合理的均載機(jī)構(gòu)，使數(shù)個(gè)行星輪載荷均衡。采用鼓形齒聯(lián)軸器，更有利于浮動(dòng)、均載。關(guān)鍵部位采用高承載能力的特種軸承，提高了整機(jī)的使用壽命。 輸出方式采用無(wú)鍵聯(lián)接，即采用鎖緊盤(pán)將齒輪箱與輥?zhàn)虞S聯(lián)接在一起，這使拆裝方便，易于維護(hù)。,2020/8/2,共74頁(yè),7,4、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新 1) 采用硬齒面行星齒輪箱懸掛輸出技術(shù)，充分滿(mǎn)足了水泥磨輥壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求，并形成了包括大中功率在內(nèi)的完善的系列產(chǎn)品，成功替代了同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品。 2) 根據(jù)輥壓工況和設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，齒輪采用了相應(yīng)的修形方法，使得傳動(dòng)精度更高，傳動(dòng)更平穩(wěn)，承載能力更高。 3) 關(guān)鍵承載零部件進(jìn)行了有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得齒輪箱具有很高的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命。,2020/8/2,共74頁(yè),8,4) 采用輸出軸部件的分體結(jié)構(gòu)，使得齒輪箱具有良好的加工工藝性和裝配工藝性。 5) 采用組合密封技術(shù)，有效解決了重載行星齒輪箱在大粉塵環(huán)境下的密封問(wèn)題。 6) 關(guān)鍵部位采用了高承載能力的特種軸承，提高了整機(jī)的使用壽命。 7) 多種規(guī)格采用了適應(yīng)性設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足輥壓機(jī)齒輪箱左、右或?qū)φ{(diào)安裝及使用的要求。 8) 殼體設(shè)計(jì)采用齒圈直聯(lián)結(jié)構(gòu)，并采用了巧妙的軸承座與齒圈組合結(jié)構(gòu)，可有效節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材的消耗，使得整機(jī)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)、合理、輕便。,2020/8/2,共74頁(yè),9,結(jié) 構(gòu) 原 理 圖,2020/8/2,共74頁(yè),10,6、國(guó) 內(nèi) 外 情 況 對(duì) 比,國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品主要以德國(guó)Flender公司及Renk公司為主，其中尤以Flender公司產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛，其產(chǎn)品特點(diǎn)為系列化，通用性強(qiáng)，覆蓋面廣。我方相應(yīng)產(chǎn)品亦成系列化，并已廣泛應(yīng)用，雙方在主要技術(shù)性能上作一比較。,2020/8/2,共74頁(yè),11,返回,國(guó)內(nèi)外情況對(duì)比,2020/8/2,共74頁(yè),12,7 關(guān)鍵承載部件有限元分析,有限元分析技術(shù)能夠模擬真實(shí)的自然現(xiàn)象，解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題。我們采用大型通用有限元分析程序ANSYS，對(duì)17001000輥壓機(jī)大功率行星減速器（PBZF900-80行星減速器，單臺(tái)傳遞功率900KW）的關(guān)鍵承載件行星架部件和殼體部件進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度有限元計(jì)算分析。,2020/8/2,共74頁(yè),13,分析模型 行星架部件主要由行星架本體、輸出軸及5組行星輪和行星軸等組成。輸出軸與行星架通過(guò)螺栓、銷(xiāo)固聯(lián)，為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。坐標(biāo)系原點(diǎn)取輸出軸左端面中心，x軸與結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)重合，y軸向上，參見(jiàn)圖1,圖1 行星架部件總體坐標(biāo)系,圖2 殼體部件總體坐標(biāo)系,2020/8/2,共74頁(yè),14,殼體部分由前后機(jī)蓋、內(nèi)齒輪、軸承座等部件組成，通過(guò)多個(gè)螺栓固聯(lián)，殼體是平面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。坐標(biāo)系原點(diǎn)取后機(jī)蓋中心，x軸與對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)重合，y軸向上，見(jiàn)圖2。 工作時(shí)，行星架部件裝在殼體內(nèi)部，而殼體等部件的重量均由輸出軸承擔(dān)。五組行星輪對(duì)行星架上所產(chǎn)生的合扭矩分別為：正常工作扭矩472000Nm(工況1)，瞬時(shí)尖峰扭矩1080000Nm(工況2)，通過(guò)行星輪系的齒輪軸作用在行星架上，約86000N的重力作用在輸出軸和行星架的兩軸承處。設(shè)定輸出軸的左端位移被各向約束。 使用自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能，將行星架(裝配)部分共劃分節(jié)點(diǎn)34620個(gè)，三維實(shí)體單元155230個(gè)。殼體部分共劃分節(jié)點(diǎn)51266個(gè)，三維實(shí)體單元201492個(gè)。參見(jiàn)圖3、圖4。,2020/8/2,共74頁(yè),15,圖3 行星架(裝配)部分的網(wǎng)格模型,圖4 殼體(裝配)部分的網(wǎng)格模型,2020/8/2,共74頁(yè),16,結(jié)果分析： 在A(yíng)NSYS中，對(duì)行星架部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，正常工作時(shí)，行星架本體和輸出軸上的變形、應(yīng)力都很小。,圖5 行星架部件位移與應(yīng)力圖,2020/8/2,共74頁(yè),17,從圖5中可以看出，行星架部件的最大應(yīng)力值為27.963 MPa，最大位移值為0.312mm。最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料的屈服極限（s=345MPa）。因此，5行星輪的行星架主要是提高整體的抗變形能力，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加整體的剛性。 對(duì)于殼體部件，通過(guò)內(nèi)齒輪傳遞載荷，求解結(jié)果顯示殼體所受應(yīng)力很小，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，均安全。 圖6顯示，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，其值為31.534 MPa，遠(yuǎn)小于內(nèi)齒圈的屈服強(qiáng)度460MPa，從圖中也可以看出前后機(jī)蓋、軸承座等應(yīng)力較小，其作用主要在于支撐減速器整體結(jié)構(gòu)。,2020/8/2,共74頁(yè),18,圖6 殼體部件應(yīng)力圖,2020/8/2,共74頁(yè),19,以上為900KW大功率行星減速器的主要承載部件的應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D。 從圖5中可以看出，行星架部件的最大應(yīng)力值為27.963 MPa，最大位移值為0.312mm。最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料的屈服極限（s=345MPa）。因此，5行星輪的行星架主要是提高整體的抗變形能力，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加整體的剛性。 對(duì)于殼體部件，通過(guò)內(nèi)齒輪傳遞載荷，求解結(jié)果顯示殼體所受應(yīng)力很小，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，均安全。 圖6顯示，最大應(yīng)力將發(fā)生在齒根部，其值為31.534 MPa，遠(yuǎn)小于內(nèi)齒圈的屈服強(qiáng)度460MPa，從圖中也可以看出前后機(jī)蓋、軸承座等應(yīng)力較小，其作用主要在于支撐減速器整體結(jié)構(gòu)。,2020/8/2,共74頁(yè),20,涇陽(yáng)聲威水泥公司1200X800輥壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng) 裝機(jī)功率 2X500KW 速比 71,定輥減速機(jī)出廠(chǎng)照片 功率500KW 速比 71,2020/8/2,共74頁(yè),21,臺(tái)灣嘉薪水泥江蘇鎮(zhèn)江現(xiàn)場(chǎng) 1400X800輥壓機(jī) 裝機(jī)功率 2X560KW 速比 45,臺(tái)灣嘉薪水泥江蘇鎮(zhèn)江現(xiàn)場(chǎng) 1400X800輥壓機(jī)裝機(jī)功率 2X560KW 速比45,2020/8/2,共74頁(yè),22,山東水泥集團(tuán)有限公司 1500X800輥壓機(jī) 裝機(jī)功率 2X630KW 速比 45,2020/8/2,共74頁(yè),23,華潤(rùn)水泥（山西星源）710KW輥壓機(jī)減速機(jī)出廠(chǎng)照片 裝機(jī)功率 2x710KW 速比 71,華潤(rùn)水泥（山西星源）710KW輥壓機(jī)減速機(jī)出廠(chǎng)照片 裝機(jī)功率 2x710KW 速比 71,2020/8/2,共74頁(yè),24,陜西藥王山水泥有限公司 1700X1000輥壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng) 裝機(jī)功率 2X1000KW 速比 80,2020/8/2,共74頁(yè),25,9、應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益分析,中國(guó)重型機(jī)械研究所院股份公司設(shè)計(jì)、制造的水泥磨輥壓機(jī)用大功率行星齒輪箱系列產(chǎn)品是為適應(yīng)我國(guó)新型、高效節(jié)能干法水泥生產(chǎn)的快速發(fā)展而開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品。系列產(chǎn)品具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，徹底改變了該類(lèi)產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口的歷史。 系列產(chǎn)品首單560KW兩臺(tái)于2003年9月在臺(tái)灣嘉鑫鎮(zhèn)江水泥股份公司投產(chǎn)，產(chǎn)能由原球磨機(jī)100余噸/小時(shí)增至200噸/小時(shí)，每小時(shí)可節(jié)電約2000KWh，每年節(jié)約電費(fèi)800余萬(wàn)元，截止目前已累計(jì)增產(chǎn)500余萬(wàn)噸，目前運(yùn)轉(zhuǎn)良好。 系列產(chǎn)品共12種規(guī)格：220KW、400KW、450KW、500KW、560KW、630KW、710KW、800KW、900KW 、1000KW 、1120KW 、1250KW.,