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帶式輸送機(jī)傳動系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用分析

2013-03-11

趙玉良
（中國重型機(jī)械協(xié)會重型基礎(chǔ)件分會）
　　1　帶式輸送機(jī)傳動系統(tǒng)的基本特點
　　帶式輸送機(jī)（以下簡稱皮帶機(jī)）是一類廣泛應(yīng)用于各種散狀物料或成品物件輸送的通用機(jī)械產(chǎn)品，在冶金、礦山、煤炭、電力、建材及化工等行業(yè)均得以普遍應(yīng)用。根據(jù)輸送物料或應(yīng)用環(huán)境的不同，皮帶機(jī)的類型及安裝方式也各不相同，如從安裝方式分有水平輸送、斜坡輸送及長距離輸送等。安裝和應(yīng)用環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性，決定了配套于皮帶機(jī)的傳動系統(tǒng)的多樣化類型及要求。概括起來，對皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)的要求可歸納成如下幾個主要方面：
　?。?）由于皮帶機(jī)常常在帶載狀態(tài)下起動及制動，因此大、中功率皮帶機(jī)一般均應(yīng)有軟起動及軟停車的要求，借此可減緩起動沖擊、降低起動電流、提高系統(tǒng)零部件的壽命及工作的可靠性。同時，采用軟起動及軟停車措施還可降低帶強(qiáng)等級，也有利于降低整機(jī)造價和運行成本。
　?。?）長距離皮帶機(jī)多采用多點驅(qū)動，因而存在各驅(qū)動點的載荷均衡和功率平衡的要求。
　　（3）對井下使用的皮帶機(jī)，一般要求傳動系統(tǒng)的重量盡可能輕、體積盡可能小，即對傳動系統(tǒng)的設(shè)計和類型選擇有更嚴(yán)格的要求。除此之外，傳動系統(tǒng)還要滿足防爆方面的要求。
　　（4）對垂直或斜坡安裝的皮帶機(jī)，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意防逆轉(zhuǎn)及制動的要求，傳動系統(tǒng)還存在因逆轉(zhuǎn)或制動失效而發(fā)生“飛車”的可能性。齒輪箱停機(jī)時也處于受載狀態(tài)，即靜態(tài)受載。系統(tǒng)設(shè)計及零部件選用時應(yīng)充分考慮上述工況及由此所引發(fā)的相關(guān)要求。
　?。?）大、中功率皮帶機(jī)的傳動系統(tǒng)在起動、停機(jī)或緊急制動時常常會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，必要時應(yīng)對傳動系統(tǒng)的動力學(xué)性能進(jìn)行分析和評定。
　?。?）對安裝于野外或寒冷、酷熱環(huán)境下的皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)，應(yīng)充分注意潤滑油品和潤滑系統(tǒng)冷卻散熱等方面的適應(yīng)性。
　?。?）大、中功率或長距離皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)還應(yīng)具有低速運行功能，以適應(yīng)檢修及調(diào)試驗帶時的需要。
　?。?）皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計時尚應(yīng)充分考慮傳動系統(tǒng)的安裝、對中及工作過程中的相關(guān)變形及由此所帶來的影響，底座及聯(lián)軸器設(shè)計選型時應(yīng)注意其良好的適應(yīng)性和安裝調(diào)試的便利性。
　　2　皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)的主要類型
　　目前，應(yīng)用于皮帶機(jī)上的傳動系統(tǒng)構(gòu)成主要有如下幾種類型：
　　（1）電機(jī)＋減速機(jī)，兩者之間用一般聯(lián)軸器連接，這種類型一般用于中、小功率皮帶機(jī)。
　　（2）電機(jī)＋液力偶合器（或鋼球聯(lián)軸器、液粘離合器等）＋減速機(jī)，可用于軟起動要求不高的中、小功率皮帶機(jī)。
　?。?）電機(jī)＋可控起動裝置，主要用于大、中功率或多點驅(qū)動的皮帶機(jī)。
　?。?）變頻電機(jī)＋減速機(jī)，適用工況同（3）。
　　此外在進(jìn)行傳動系統(tǒng)設(shè)計時，對于斜坡安裝的皮帶機(jī)，傳動系統(tǒng)還應(yīng)包括有逆止器、制動器等部件。為便于安裝對中，亦有直接將電機(jī)與減速機(jī)置于同一剛性底座上，并設(shè)計成擺動結(jié)構(gòu)，成為一相對獨立的功能模塊。
　　應(yīng)用于皮帶機(jī)上的減速機(jī)主要有下面幾種：
　　（a）圓柱齒輪或圓錐圓柱齒輪減速機(jī)。
　?。╞）行星齒輪或圓錐齒輪與行星傳動的復(fù)合齒輪箱。
　　（c）可控起動行星齒輪傳動裝置。
　　此外還包括了一些其它類型的傳動裝置，如電動滾筒，因其一般只用于小功率傳動，不予討論。有關(guān)各類齒輪箱的特點及性能，詳見有關(guān)文獻(xiàn)，不再贅述。
　　3　皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)的故障及質(zhì)量影響因素分析
　　由于各方面的原因，皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)的故障也多種多樣，常見的故障主要有：
　　（a）齒輪或軸的斷裂；
　?。╞）齒面點蝕、膠合、燒傷；
　?。╟）軸承滾道點蝕、剝落或燒傷；
　?。╠）齒輪箱振動過大、箱體開裂；
　?。╡）齒輪箱潤滑系統(tǒng)故障、整機(jī)發(fā)熱；
　?。╢）摩擦片燒傷或失效；
　　（g）逆止器、制動器失效。
　　皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕者影響系統(tǒng)正常工作，嚴(yán)重時會使得皮帶機(jī)無法正常工作，這對于一些連續(xù)生產(chǎn)線或重要應(yīng)用場合如電力、港口、煤礦、冶金等行業(yè)，將會帶來嚴(yán)重后果。正是基于如上考慮，一些設(shè)計者或用戶往往不仔細(xì)認(rèn)真地分析失效或引起故障的原因是什么，而簡單武斷地就認(rèn)為國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量不行，因而把配套傳動產(chǎn)品直接選用國外品牌，認(rèn)為這樣就可以萬無一失。而事實上，由于未對故障失效的本質(zhì)問題研究透徹，改進(jìn)措施未跟上，許多選用國外品牌的皮帶機(jī)仍然出現(xiàn)了許多傳動系統(tǒng)的故障或失效，因而同樣未能達(dá)到解決問題之目的。
　　那么，影響皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)正常工作的因素究竟有哪些？本文從減速器的自身質(zhì)量、傳動系統(tǒng)設(shè)計、產(chǎn)品選型及安裝維護(hù)如下幾個方面進(jìn)行全面分析。
　　3.1減速器的自身質(zhì)量及影響因素
　　影響減速器質(zhì)量的因素包括了：
　?。╝）設(shè)計因素；
　?。╞）材料和熱處理；
　　（c）加工制造工藝；
　　（d）裝配及試驗。
　　對設(shè)計方面的因素，選用定型系列產(chǎn)品或有著豐富產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗的單位開發(fā)的產(chǎn)品一般都均有保障，不會成為問題。
　　對材料和熱處理方面的要求，對較為重要的應(yīng)用場合或?qū)Ξa(chǎn)品可靠性要求較高時，根據(jù)應(yīng)用的具體情況，用戶應(yīng)指定主要零件材料的牌號、探傷類型及級別、熱處理質(zhì)量等級及要求，明確了這些要求，同時選定好具備相應(yīng)的制造條件，市場信譽好的企業(yè)，這樣連同后面的加工制造工藝和裝配試車要求等一般都不會成為問題了。
　　一般地，對應(yīng)用于皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)的齒輪材料及相關(guān)要求，可參見下表示。
　　
表1   齒輪材料及相關(guān)要求
　　3.2傳動系統(tǒng)設(shè)計方面的問題
　　合理的傳動系統(tǒng)設(shè)計對整機(jī)，也包括齒輪箱在內(nèi)的各個零部件的工作可靠性有著決定性的影響。不同類型及應(yīng)用環(huán)境下的皮帶機(jī)，其傳動系統(tǒng)應(yīng)按本文前面述及的要求，首先選擇類型和結(jié)構(gòu)型式，然后再進(jìn)行系統(tǒng)的整體設(shè)計和零部件設(shè)計或選型。一個科學(xué)合理的傳動系統(tǒng)是在結(jié)構(gòu)功能性、經(jīng)濟(jì)性和安全性方面綜合考慮平衡的結(jié)果。一般地，傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)重點關(guān)注下述幾個方面的問題：
　?。?）合理進(jìn)行系統(tǒng)軟啟動及軟停車方式的設(shè)計選擇。合理的軟起動及停車方式對減緩系統(tǒng)沖擊、降低動載荷、延長零部件壽命有著決定性的影響。對皮帶機(jī)而言，目前采用的軟起動方式，如變頻調(diào)速、液控軟起動、液力偶合器及鋼球聯(lián)軸器等分別適用于不同的工況和條件。如對大功率長距離的多點驅(qū)動皮帶機(jī)，考慮到軟起動和多驅(qū)動點功率均衡的要求，應(yīng)選用可控軟起動系統(tǒng)，如液控軟起動裝置。選用時起動加速度曲線及起動時間和加速度的限定值應(yīng)按照對皮帶機(jī)的動態(tài)特性分析一并進(jìn)行，并滿足有關(guān)規(guī)范要求，以實現(xiàn)整機(jī)優(yōu)異的動力學(xué)性能。常見軟起動技術(shù)的類型、特點及選用可參見有關(guān)文獻(xiàn)，不再詳述。
　　（2）對傾斜安裝的上、下行帶式輸送機(jī)，其制動系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意采取措施控制制動時間和制動加速度，以減緩制動過程中對包括齒輪箱在內(nèi)的系統(tǒng)沖擊。應(yīng)盡量采用分級制動、可控制動及低速制動，應(yīng)力求避免高速制動。
　　（3）采用電機(jī)和液力偶合器或調(diào)速型液力偶合器的組合傳動型式，選型時要進(jìn)行電機(jī)外特性曲線和液力偶合器特性曲線的匹配性檢驗，應(yīng)保證系統(tǒng)工作時的工作點位于高效工作區(qū)間。
　　（4）對大功率或高可靠性要求的皮帶機(jī)，應(yīng)對其傳動系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)建模分析，并滿足以下動力學(xué)設(shè)計準(zhǔn)則：
　?。╝）系統(tǒng)工作頻率及其它特征頻率應(yīng)遠(yuǎn)離各階固有頻率；
　?。╞）第二階固有頻率應(yīng)為階固有頻率的二倍以上，以后各相鄰固有頻率之比≥1.3，分布要合理；
　?。╟）振型圖的節(jié)點不能位于齒輪上；
　?。╠）Z大轉(zhuǎn)矩與其平均值之比不大于2.5。
　　當(dāng)分析評定結(jié)果不符合上述要求時，應(yīng)通過改變傳動鏈的相關(guān)設(shè)計參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，必要時需更換相關(guān)聯(lián)接零部件的類型，以力爭實現(xiàn)上述目標(biāo)，并由此使系統(tǒng)獲取良好的動態(tài)性能，進(jìn)而保證皮帶機(jī)安全可靠工作。
　　（5）傳動系統(tǒng)選用的聯(lián)軸器應(yīng)滿足相應(yīng)工況要求，同時亦要考慮對中、拆卸及維修的便利性。如對長距離大功率傳動，應(yīng)選用傳遞轉(zhuǎn)矩大、對中心及角向偏差補(bǔ)償能力強(qiáng)、吸振性能好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的蛇形彈簧聯(lián)軸器、鼓形齒聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器等。一般傳動可選用彈性柱銷聯(lián)軸器、彈性塊聯(lián)軸器等。當(dāng)選用具有軟起動性能的鋼球聯(lián)軸器時，可將起聯(lián)接和軟起動功能的兩類聯(lián)軸器復(fù)合為一體，以取得更為優(yōu)異的綜合性能。
　　3.3正確選型
　　選型即為正確選定所用齒輪箱的類型及規(guī)格。齒輪箱的類型主要是由應(yīng)用的具體環(huán)境和布置方式所決定。如軟起動要求較高時可選用具有可控起動功能的產(chǎn)品；要求體積小、結(jié)構(gòu)緊湊時，一般應(yīng)選用行星齒輪減速器，亦可選用軸裝式圓錐圓柱齒輪減速器等。
　　在決定齒輪箱的規(guī)格時，應(yīng)綜合考慮載荷狀況，如Z大負(fù)載、沖擊情況、反向制動要求等，此外還要考慮起動頻率、應(yīng)用環(huán)境條件等，據(jù)此按產(chǎn)品選型要求認(rèn)真計算選定規(guī)格，注意選定的機(jī)械功率、熱功率均要滿足使用要求。
為達(dá)到選型既經(jīng)濟(jì)又安全，準(zhǔn)確了解皮帶機(jī)的載荷及工況至關(guān)重要。選型前應(yīng)對工作載荷進(jìn)行準(zhǔn)確的分析計算和評估，即應(yīng)對皮帶機(jī)的載荷譜有一個全面準(zhǔn)確的評定。因此主機(jī)設(shè)計制造單位、傳動件供應(yīng)商及用戶要充分溝通、交流，以使Z終的選型準(zhǔn)確、可靠。必要時也要對原動機(jī)的工作狀況，如起動力矩、Z大過載力矩、工作特性曲線等進(jìn)行全面了解，以充分保證系統(tǒng)工作的匹配和合理。
　　3.4精心安裝及維護(hù)
　　對一個傳動系統(tǒng)而言，合理的安裝方式和精度對正常工作有著重大影響，尤其是在對中誤差較大時會有很大的附加載荷，會影響相關(guān)軸系如軸承及軸的工作壽命及可靠性，同時在設(shè)備工作過程中也要隨時對軸系偏差進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及早處理，以防發(fā)生不利的變化時導(dǎo)致事故。
　　傳動系統(tǒng)的潤滑冷卻裝置也要時刻處于正常狀態(tài)，注意使用產(chǎn)品說明書規(guī)定的油品并定期更換，或者按照油品分析結(jié)果決定何時更換。冷卻器結(jié)垢后要及時清理，以免影響冷卻效果。極端應(yīng)用環(huán)境下的油品一定要與之相適應(yīng)，如極低溫度或高溫時應(yīng)選用合成油等。
　　對應(yīng)用可靠性較高的皮帶機(jī)，傳動系統(tǒng)應(yīng)配置在線振動、潤滑、溫度等方面的監(jiān)測裝置，以隨時對系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時，可報警并提醒及時對發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行處理。
　　4　國內(nèi)減速機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及評價
　　我國的減速機(jī)行業(yè)是六十年代開始起步，改革開放后得以高速發(fā)展的。特別是在近二十多年來，隨著許多大型國企及民營企業(yè)的介入，行業(yè)技術(shù)水平得以迅速提升，許多過去依賴進(jìn)口的減速機(jī)產(chǎn)品已逐步被國產(chǎn)化產(chǎn)品所替代?？傮w來講，國內(nèi)主流廠家減速機(jī)產(chǎn)品的性能已基本與國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平相當(dāng)。
　　對帶式輸送機(jī)上采用的液控軟起動裝置，亦即常說的CST傳動，多年來國內(nèi)許多單位也都進(jìn)行了大量研究和開發(fā)。中重院有限公司早在2000年就已對其傳動機(jī)理、控制特性、摩擦散熱特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計及系列化問題進(jìn)行過系統(tǒng)分析，并完成了多個規(guī)格的方案設(shè)計。
　　對采用通用系列減速機(jī)的皮帶機(jī)，多采用ZLY、ZSY、DBY、DCY系列產(chǎn)品，由于上述產(chǎn)品均為二十多年前開發(fā)設(shè)計的，無論是產(chǎn)品性能還是外觀造型，均已陳舊落后。因此中重院有限公司又相繼開發(fā)了MP、MR系列模塊化齒輪減速器（JB/ZQ6101-2001），以及可和國外產(chǎn)品互換的P系列齒輪減速器。此外國內(nèi)許多其它廠家也陸續(xù)開發(fā)了多種類型的大、中功率通用系列產(chǎn)品為皮帶機(jī)配套，目前國內(nèi)能夠為皮帶機(jī)產(chǎn)品提供高可靠性產(chǎn)品的廠家已有許多，可供用戶進(jìn)行充分選擇。
　　多年來許多行業(yè)的關(guān)鍵傳動件產(chǎn)品的應(yīng)用實踐已充分證明國內(nèi)減速機(jī)行業(yè)有足夠的實力為各行業(yè)提供高端的傳動設(shè)備，國內(nèi)目前傳動件的整體技術(shù)水平已基本達(dá)到國外同類技術(shù)先進(jìn)水平，并具有穩(wěn)定批量提供高可靠性產(chǎn)品的能力。但應(yīng)說明的是，如同國內(nèi)許多行業(yè)一樣，減速機(jī)行業(yè)也存在企業(yè)數(shù)目眾多，水平參差不齊。不同層次的主機(jī)產(chǎn)品應(yīng)選用不同性能級別的傳動件產(chǎn)品，選對合作伙伴這才是使用者應(yīng)首先予以考慮的問題。
　　5　小結(jié)
　　基于皮帶機(jī)對與其配套的傳動系統(tǒng)的要求，本文從技術(shù)設(shè)計、產(chǎn)品選型、使用與維護(hù)及行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀幾個方面討論了相關(guān)聯(lián)的一些問題，充分肯定了國內(nèi)有能力為皮帶機(jī)提供適用的配套傳動件產(chǎn)品，用戶不必盲目迷信國外品牌，至少應(yīng)將兩者置于對等地位，公平進(jìn)行競爭、評判。
　　對國內(nèi)產(chǎn)品，除正確進(jìn)行傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計和產(chǎn)品選型及安裝、使用、維護(hù)得當(dāng)外，在確定產(chǎn)品的采購價格時，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)給出一個公平合理的訂貨價格，而不應(yīng)對國外產(chǎn)品可給出一個很高的采購價格，而對國內(nèi)產(chǎn)品則拼命壓價，造成國內(nèi)外同一產(chǎn)品價格相差很大，卻要求產(chǎn)品品質(zhì)一樣，這顯然也有失公允。一個公平、公正的競爭環(huán)境方能準(zhǔn)確合理地對中外品牌進(jìn)行評判、比較，這同時對制造商和用戶都是有利的。
　　綜上述，概括起來，一個安全及運行可靠的皮帶機(jī)傳動系統(tǒng)應(yīng)從如下六個方面得以保證，這就是：系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)；產(chǎn)品選型正確；成交價格公道；安裝使用合理；維護(hù)保養(yǎng)得當(dāng) ；安全監(jiān)控到位。
　　認(rèn)真遵從上述原則，通過主機(jī)廠、傳動件供應(yīng)商及使用方的密切配合和通力合作，就一定能達(dá)到皮帶機(jī)安全、可靠運行之目的。