目前德国、美国、瑞士、日本等国的辗轮式混砂机均采用圆锥+二级渐开线圆柱齿轮硬齿面减速机。 这种减速机体积小,寿命长,可满足混砂机传动装置的要求,但存在以下问题:结构复杂,造价高 ,难于制造,安装、调试要求高;由于减速机为立式,圆柱齿轮为水平放置,难于润滑,必须配备 润滑系统。国内使用的混砂机减速机多采用圆锥+二级渐开线圆柱齿轮软齿面减速机。这种减速机 除存在上述问题外,第一级圆锥为螺旋锥齿轮,由于需专用设备制造,安装、调整要求很高,易损 坏,寿命短,整个减速机外廓尺寸和重量都比较大,减速机故障率高,影响生产。混砂机电机输出 轴与减速机连接一般采用弹性联轴器。由于混砂机的辗轮很大,因此转动惯量大,电机启动电流大 ,易过载。为此也有混砂机电机输出轴与减速机连接采用限矩式液力偶合器,实现电机的软启动和 过载保护,但其体积大,成本高,维护不便。针对混砂机传动装置现有技术的不足,本设计提出了 一种新的设计方案,采用平面二次包络环面蜗杆减速机和张力柔性联轴器,不仅满足混砂机传动装 置传动比和承载能力要求,而且减速机结构简单,成本低,易于制造,安装、调整要求低,运行维 护方便,可靠性更强,并且实现了电机的软启动和过载保护,成功应用于生产,开创了混砂机设计 的新途径。1 设计方案的确定及特点如图1所示,混砂机由电机、张力柔性联轴器、减速机、链 条联轴器、立轴、卸砂门、辗轮、弹簧加压装置、底盘、支腿、围圈、底座、加水装置、取样器、 刮板、十字头组成。减速机为平面二次包络环面蜗杆减速机,如图2所示,由蜗杆、蜗轮、箱体、 蜗轮轴、减速机辅件组成。联轴器为张力柔性联轴器(图3)。该设计方案有如下特点:图1 平 面二次包络环面蜗杆传动式Ｓ1120辗轮式混砂机1.电机 2.张力柔性联轴器 3.减速机 4.链条联轴器5.立轴 6.卸砂门 7.辗轮 8.弹簧加压装置 9.底盘10.支腿 11.围圈 12.底座 13.加水装置 14.取样器15.刮板 16.十字头图2 平面 二次包络环面蜗杆减速机1.蜗杆 2.蜗轮 3.箱体 4.蜗轮轴 5.减速机辅件图3 张 力柔性联轴器(1)混砂机减速机采用高效平面二次包络环面蜗杆减速机,仅一级,取代了圆锥+ 二级渐开线圆柱齿轮的多级齿轮减速机。其结构简单,成本低,易于制造,安装、调试要求低,运 行维护方便,可靠性强。(2)采用高效平面二次包络环面蜗杆减速机的混砂机,减速机可油池润 滑,立轴及其它转动件可脂润滑,无需专用的润滑系统。(3)平面二次包络环面蜗杆减速机是一 种新型蜗杆传动装置,其成形过程主要包括两次包络运动。第一次包络运动是以一个平面齿蜗轮的 齿面为母面与蜗杆以一定的相对运动包络出蜗杆的螺旋齿面;第二次包络运动是以第一次包络运动 形成的螺旋曲面为母面与蜗轮通过共轭运动包络出蜗轮齿面,具有承载能力大,效率高等优点。具 体是:①蜗杆为环面蜗杆,与蜗轮同时啮合的齿数多(如图4)。②蜗杆齿面硬化处理后,经精确 磨削而成,齿面硬度高(ＨＲＣ≥50),粗糙度低(Ｒａ≤0.8μｍ),齿形精度高,因此传 动效率高。③齿面接触面积大,并且有瞬时双线接触,接触线长度长(如图5)。④齿面润滑角大 ,蜗杆与蜗轮啮合时容易形成动压油膜,减少齿面磨损。⑤图6为五种蜗杆传动在速比ｉ=40, 中心距ａ=100～500ｍｍ,输入转速ｎ1=1500ｒ/ｍｉｎ条件时热功功率对比,可见 平面二次包络环面蜗杆传动的热功功率最高。图4图5 (4)电机输出轴与减速机采用张力柔 性联轴器连接,可实现电机的软启动和过载保护,其特点为:①启动性能好。可将电机的重载启动 转变为空载启动,实现工作机软启动,降低启动电流,减少启动能耗约65%。②节约电能和设备 费用,可从根本上解决带载启动机器“大马拉小车”的不合理状况,既可节省电机容量,提高电网 功率因数和电机效率,减少无功损耗,节约电能,又可简化电机启动设备,降低设备费用。③传递 的扭矩可调节,容易实现过载安全保护。当工作机过载卡死时,该联轴器就自动打滑,防止电机烧 毁和其它零部件损坏。④除启动制动阶段外,该联轴器两部分无转速差,无磨擦损耗,传动效率不 低于99%。⑤该联轴器中有专门设计的弹性元件,可以补偿被联两轴不可避免的偏移,并具有缓 冲减震作用。⑥该联轴器工作可靠,性能稳定,装拆维修方便。(5)混砂机重量、外形尺寸减小 ,整机性能提高。(6)混砂机减速机无漏油现象。图6减速机输入输出轴采取了如下渗漏治理措 施:减速机输入输出轴漏油是机械行业老大难问题,针对混砂机减速机设计采取相应措施取得了良 好效果。采取措施有:采取合理的密封结构,高速轴采用双刃口压力型双排骨架式旋转轴油封,低 速轴采用单刃口普通型单排骨架式旋转轴油封;选用优质密封件及油封轴套,密封件的寿命长且防 渗漏效果好,配以美国ＣＲ型油封轴套,克服了轴表面加工质量低的缺点,既保护了轴表面不磨损 ,又可防渗漏;增加了润滑油回油槽,避免了由于密封部位憋压而渗漏;对密封部位零件、标准件 表面进行强化处理,降低磨擦系数,减少磨损;对零件密封部位的机加工质量提出较高要求。经用 户生产使用,密封效果很好。2 新型Ｓ1120辗轮式混砂机主要参数的确定2.1 混砂机电 机功率的确定目前混砂机功率的确定多采用类比法。根据现有混砂机的统计数据,对于辗轮式混砂 机每一千克加料量需要的安装功率为0.030～0.035ｋＷ。Ｓ1120辗轮式混砂机的加 砂量为900ｋｇ,则需电机功率为900×(0.030～0.035)=27～31.5(ｋ Ｗ)。因此选电机型号:Ｙ225Ｓ4,功率:37ｋＷ,转速:1480ｒ/ｍｉｎ,可满足混 砂机需要。2.2 混砂机减速机主要参数确定平面二次包络环面蜗杆减速机承载能力(中心距) 由下列公式确定:机械功率:Ｐ1≥Ｐ1Ｗ×ＫＡ×Ｋ1热功功率:Ｐ2≥Ｐ1Ｗ×Ｋ2×Ｋ3× Ｋ4式中 ＫＡ———使用系数,取1.2 Ｋ1———启动频率系数,取1 Ｋ2—— —小时负荷率系数,取0.95 Ｋ3———环境温度系数,取1.14 Ｋ4———冷 却方式系数,取1 Ｐ1Ｗ———电机功率,为37ｋＷ转速ｎ1=1480ｒ/ｍｉｎ,因 工艺要求减速机输出轴转速为37ｒ/ｍｉｎ,则减速机传动比ｉ=1480÷37=40。计算 输入功率:机械功率Ｐ1≥Ｐ1Ｗ×ＫＡ×Ｋ1=37×1.2×1=44.4(ｋＷ)。热功功 率Ｐ2≥Ｐ1Ｗ×Ｋ2×Ｋ3×Ｋ4=37×0.95×1.14×1=40.071ｋＷ。查表 选择减速机中心距ａ=280ｍｍ,ｎ1=1500ｒ/ｍｉｎ,ｉ=40,额定输入功率为46 .8ｋＷ。满足使用要求。新型Ｓ1120辗轮式混砂机技术参数如下:盘径2000ｍｍ加料量 900ｋｇ生产率20ｔ/ｈ主电机功率37ｋＷ主轴转速37ｒ/ｍ一个辗轮压力9000Ｎ出 砂门尺寸(长×宽)650ｍｍ×240ｍｍ机器总重6ｔ外形尺寸3025ｍｍ×2192ｍｍ ×2700ｍｍ联轴器ＳＬ707张力柔性联轴器平面二次包络环面蜗杆减速机技术参数:中心距 280ｍｍ传动比40额定输入功率46.8ｋＷ额定输出扭矩9651Ｎｍ单台减速机重量75 0ｋｇ3 结语该混砂机于1996年7月完成调试,在河北肃宁铸造厂使用良好,满足生产要求 。与已有的齿轮减速机式混砂机相比,整机重量下降;采用张力柔性联轴器取代液力偶合器,体积 小,价格减少3/4,易维护保养;通过对减速机输入输出轴渗漏治理,解决了混砂机减速机漏油 问题,从而减少停机时间、减轻了维护中的劳动强度,减轻了环境污染,提高设备寿命,效益显著 。采用平面二次包络环面蜗杆传动的S1120辗轮式混砂机@颉建新$首钢机电设计研究院!北 京市:100043.辗轮式混砂机;;传动装置;;改进采用高效平面二次包络环面蜗杆减速机作为混砂机的减速机,采用张力柔性联轴器连接电机输出轴,实现了电机的软启动和过载保护,其结构简单、成本更低、维护方便。本设计获国家实用新型专利(专利号:ZL98205077.1)。1 铸造生产机械化.北京 :国防工业出版社 ,1 979,1 0 .
2 董 超 .铸造设备设计 .北京 :机械工业出版社 ,1 980 ,7.范ǘ嗖捎美啾确ā８菹钟谢焐盎耐臣剖?对于辗轮式混砂机每一千克加料量需要的安装 功率为0.030～0.035ｋＷ。Ｓ1120辗轮式混砂机的加砂量为900ｋｇ,则需电机 功率为900×(0.030～0.035)=27～31.5(ｋＷ)。因此选电机型号:Ｙ2 25Ｓ4,功率:37ｋＷ,转速:1480ｒ/ｍｉｎ,可满足混砂机需要。2.2 混砂机减 速机主要参数确定平面二次包络环面蜗杆减速机承载能力(中心距)由下列公式确定:机械功率: Ｐ1≥Ｐ1Ｗ×ＫＡ×Ｋ1热功功率:Ｐ2≥Ｐ1Ｗ×Ｋ2×Ｋ3×Ｋ4式中 ＫＡ———使用系 数,取1.2 Ｋ1———启动频率系数,取1 Ｋ2———小时负荷率系数,取0.9 5 Ｋ3———环境温度系数,取1.14 Ｋ4———冷却方式系数,取1 Ｐ1 Ｗ———电机功率,为37ｋＷ转速ｎ1=1480ｒ/ｍｉｎ,因工艺要求减速机输出轴转速为 37ｒ/ｍｉｎ,则减速机传动比ｉ=1480÷37=40。计算输入功率:机械功率Ｐ1≥Ｐ 1Ｗ×ＫＡ×Ｋ1=37×1.2×1=44.4(ｋＷ)。热功功率Ｐ2≥Ｐ1Ｗ×Ｋ2×Ｋ3 ×Ｋ4=37×0.95×1.14×1=40.071ｋＷ。查表选择减速机中心距ａ=280 ｍｍ,ｎ1=1500ｒ/ｍｉｎ,ｉ=40,额定输入功率为46.8ｋＷ。满足使用要求。新 型Ｓ1120辗轮式混砂机技术参数如下:盘径2000ｍｍ加料量900ｋｇ生产率20ｔ/ｈ 主电机功率37ｋＷ主轴转速37ｒ/ｍ一个辗轮压力9000Ｎ出砂门尺寸(长×宽)650ｍｍ×240ｍｍ机器总重6ｔ外形尺寸3025ｍｍ×2192ｍｍ×2700ｍｍ联轴器ＳＬ707张力柔性联轴
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