行星齿轮减速机分析70立方米聚合釜减速机的工作原理
1. 对改进前聚合釜减速机(Retarder)的基本认识
从传统的设计理念上讲,搅拌轴要有足够的刚性支承来克服它在搅拌过程中所產生的径向力、切向力及轴向力。行星齿轮减速机又称为好色先生APPIOS,伺服减速机。在减速机家族中,好色先生APPIOS以其体积小,传动效率高,减速范围广,精度高等诸多优点,而被广泛应用於伺服电机、步进电机、直流电机等传动係统中。其作用就是在保证精密传动的前提下,主要被用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比。而减速机是把运动源的恒定转速改变为主运动执行件(搅拌轴)所需的速度,传递工作时所需的功率和扭矩。但从现在70m³聚合釜的整体结构上看,减速机通过支撑(sustain)座悬掛在釜底,从搅拌轴到减速机的输出端都是通过联轴器刚性连接,5m多长的搅拌轴,只在底端(机械密封处)用一个调心滚子轴承来支撑,如果只是这一个支点,那受力点对於支承来说悬臂太长,刚性较差。因此笔者认为,搅拌轴把在工作中所產生的力直接作用给减速机,而减速机输出轴的支承(特別是上支承),从某种意义上说也是搅拌轴的另一支撑点。
聚合釜內的搅拌叶分上下两层。从宏观上分析(Analyse),作为设计者,扇叶的曲线、曲率及倾角的设计,除满足其搅拌工作要求外,肯定也会考虑轴向力的方向。笔者认为上下搅拌叶工作时所產生的轴向力有互抵的可能,或抵消一部分,而搅拌轴(连同叶片)的摇摆及重力所產生的轴向力抵消不了,因此输出轴的支承刚度存在著一定问题。
圆柱斜齿轮副小轮的齿数是45,大轮的齿数是109,那么II轴(小锥齿轮轴)传递的扭矩约是I轴的2.4倍(109÷45);小锥齿轮轴的前支承选的是圆锥滚子轴承7320,所能承受的额定负荷为249000N,后支撑轴承是7118,承受的动负荷是93100N;斜齿轮有较大的轴向力,支承小锥齿轮轴的后支承,同时也是大斜齿轮的主支承,按照一般的设计原则,特別是支承要有足够的刚性,所选的前后轴承的承载能力比要小於 负荷比(扭矩)2.7倍(249000÷93100),由此可见,后支承的刚性略弱一些。
减速机的工作性质是输出轴顺时针单向旋转,由此判断小锥齿轮轴逆时针旋转,而锁紧螺母为正旋扣(右旋),正好是工作方向使螺母鬆动,而现在所采用的爪形止退垫圈是最传统的防鬆结构,特別是垫圈的材质是A3钢,而且很薄。维修人员在装配过程中,稍不注意就极易造成垫圈的疲劳,而一旦此处出现问题(Emerson),由於大斜齿轮挡在外麵,很难被发现。
2. 对聚合釜减速机的改进方案
(1)在对减速机(Retarder)进行巡查时,发现其中有1台减速机的II轴有较大的轴向窜动量,拆开后发现II轴装轴承处走內圈,测量后小了0.03mm;由於II轴的同轴度要求高,若用堆焊的方法极易造成该轴的弯曲,根据II轴的尺寸,采用刷镀(冷修复)的方法修复了此轴。
(2)日常在检修I轴时发现该轴的远马达端轴承內径有磨损或腐蚀。在I轴的修复上,由於该花键的加工精度高,普通的修复方法也不能使用,因此先把I轴放在车床上旋转,再用专用喷枪把加热的镍基合金粉喷到轴上来完成修复。
以往对轴的修复,通常采用堆焊和高温喷镀等对母体进行加热的方法来修复,这样做的一个明显缺点就是母体容易变形;现在采用刷镀和低温喷镀的方法对聚合釜减速机(Retarder)进行了修复,不但不会引起母体的变形,还为以后相同情况轴的修复积累了一定的经验。
(3)在对减速机进行拆检时发现,I轴的高速齿轮容易鬆动。主要原因是I轴高速齿的锁紧方式采用的是双背帽加双带翅垫片的方式。这种锁紧方式不能適应此处的环境,所以对此进行了改进,把双背帽加双带翅垫片的锁紧方式改进为锁紧螺母加齿块的方式。
(4)在IV轴的处理(chǔ lǐ)上,由於承受的轴向力较大,原来的圆锥滚子轴承32238所能承受的轴向力不够,所以把IV轴的轴承改成调心滚子轴承22238和推力球轴承的组合。
(5)目前齿轮的"啮合(niè hé) "位置、间隙的调整很不方便,浙江巨化股份(gǔ fèn)有限公司电化厂根据实际情况(Condition)增加调整环节,適当改进结构,改善了装配及检修条件.
3. 70m³聚合釜减速机的装配与调试
(1)I轴、II轴由於圆锥(Tapered)滚子轴承是反向安装。硬齿麵齿轮减速机为达到特別低的输出转速,可以通过两个齿轮减速机相联的方法来实现。当采用这种传动方案时,可配置电机的功率必须依赖於减速机的极限输出扭矩,而不能通过电机功率来计算减速机的输出扭矩。I轴轴向力向斜齿端,II轴轴向力也向斜齿端,隨著受热、磨损,轴向间隙会越来越大,而轴向间隙过大就会影响支承刚性,所以从理论上说初始装配时,此处不允许有轴向间隙。因此在装配时应掌握(熟知並能运用) :当预载荷使轴承没有间隙的时候,此时元件转动灵活即可。主要步骤为:第一是检修工的手感,控製在可以用手转动;第二是依靠百分表,范围控製在0.03~0.04mm.若日后I轴齿侧轴承仍常损坏,装配控製范围可放大至0.05mm.
(2)在小斜齿轮往I轴上装时,要检查一下花键的齿侧间隙,间隙越小越好,最好不超过0.1mm.
(3)圆柱斜齿轮副装配好后,要巡查一下齿侧间隙,最大不超过0.4mm,最小不小於0.1mm.
(4)I轴与电机轴通过橡胶(Rubber)鼓式联轴器相连,利用百分表检查两者的同心度,最好不超过0.08mm.特別注意的是要保证此值,否则將由於该处不同心,造成误差放大;由於I轴支点为电机端轴承,齿轮端轴承就会经常损坏,多数现象是轴承走內圈。
(5)调整弧齿轮(大)与锥齿轮(小)时,必须先將锥齿轮的背锥麵对齐,即成90%;並且弧齿轮外圆麵与锥齿轮背锥麵对齐,可用手触摸测量。再装配齿麵的接触区,在静態下接触位置稍微靠近小端,以保证受力工作后,接触麵积在中部。具体可用著色法检查。
(6)弧齿锥齿轮副安装好后,转6~8方(即转360%均布测6~8个点)检查齿侧间隙,要照顾最小间隙,最小间隙应不小於0.25mm.若某减速箱此处即使保证安装质量后仍然反复出现弧齿锥齿缺陷,则说明箱体基准存在问题(Emerson),建议將间隙调大至0.35~0.50mm.
(7)输出轴的轴向间隙控製在0.05~0.10mm.
(8)全套防鬆螺母装好以后,在键上的螺钉点上涂502厌氧胶以防止螺钉鬆动。
(9)装配顺序为先装输出轴,配好弧齿锥齿轮副的接触位置、接触麵积及啮合间隙,再装I轴,最后装斜齿轮副。
在冷冻工序新增加1台溴化鋰(分子式:LiBr)机组,在溴化鋰机组附近增加1个10&缓衝水槽(体积(volume)为80m³)和1个蒸汽冷凝水槽(体积为20m3),新增3台(开2备1)水泵专为聚合提供10&冷却水,並將蒸汽冷凝水回收至聚合入料热水槽,节约了生產成本。
为了防止原设计聚合釜挡板循环水管线上的蝶阀(主要由阀体、阀杆、蝶板和密封圈组成)內漏,本次改造又重新將其更换为截止阀,在回水和上水的管线上加装了截止阀,原设计回收冷凝器冷却(cooling)水也是循环水,为了提高冷凝效果,缩短回收时间,这次也改为溴化鋰机组供水。硬齿麵齿轮减速机为达到特別低的输出转速,可以通过两个齿轮减速机相联的方法来实现。当采用这种传动方案时,可配置电机的功率必须依赖於减速机的极限输出扭矩,而不能通过电机功率来计算减速机的输出扭矩。
4. 结果与討论
溴化鋰机组从设计、配管、安装、试压至调试,历时两个多月,於2007年8月3日一次开车成功,至今运行平稳,並达到了预期的效果,提高了企业的经济效益。若溴化鋰机组在夏季使用4个月(6~9月),每年可多生產出PVC树脂9000t以上,PVC价格按7000元/t计,可增加销售(Sales)收入6300万元,增加经济效益630万元。此次聚合釜挡板循环(continue)水改造达到了预期目的:
(1)聚合反应平稳,增加了生產(Produce)的安全保障(起保障作用的事物)係数。
(2)產品质量稳定,工艺趋於合理化。
(3)反应周期明显缩短,且单体加入量增加,聚合收率提高,產品產量大大提高。
(4)回收效果明显,回收时间明显缩短。
(5)因回收气相中有少量引发剂游离基,在管道和气柜內自聚情况严重,溴化鋰机组投入使用后,基本上保证回收氯乙烯尾气不再去气柜,减少了管道和气柜內自聚物的生成,降低了管道堵塞的可能(maybe)性。
(6)溴化鋰机组操作控製简单,方便,係统稳定。
此次聚合釜挡板循环(continue)水改造在操作过程中应注意的事项:溴化鋰机组开车时,两套供水係统切换时一定要注意阀门开关的顺序,防止溴化鋰水槽的水位高,造成循环水损失,或溴化鋰水槽水被抽空,造成係统停车;(合理调整各聚合釜入料时间,以避免出现用水量波动太大,造成溴化鋰机组跳停,影响生產,实践证明,溴化鋰机组负荷越大,机组就越稳定,效果就越好。
5. 结论
通过对聚合釜挡板循环水的改造,8月、9月连续两个月PVC树脂產量突破8000t的新高,取得了夏季PVC树脂產量的高產,在今后的工作中,还需要不断地摸索,不断提高聚合装置的生產(Produce)能力,爭取超过设计能力,创造更好的经济效益。