1、前言
回轉(zhuǎn)窯是氧化球團(tuán)、直接還原、水泥焙燒等工藝的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色冶金、化工、礦山、建材等行業(yè)。回轉(zhuǎn)窯采用大型回轉(zhuǎn)筒形結(jié)構(gòu)，主要用于物料焙燒，在1：況條件下，窯內(nèi)溫度一般介于800～1 200 ℃之間。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)窯一般采用固定齒輪傳動(dòng)，由于受簡(jiǎn)體變形、制造、安裝調(diào)整和使用環(huán)境等諸多因素的影響，固定齒輪副嚙合工況十分惡劣，設(shè)備故障多，作業(yè)效率低，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)上述問題，在多年經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，中冶長(zhǎng)天公司機(jī)械設(shè)計(jì)分院成功地開發(fā)出回轉(zhuǎn)窯柔性傳動(dòng)裝置，后又經(jīng)多次完善與改進(jìn)，現(xiàn)已很好地解決了固定齒輪傳動(dòng)存在的問題。
2、固定齒輪傳動(dòng)存在的問題
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中回轉(zhuǎn)窯所采用的固定齒輪傳動(dòng)方式為電動(dòng)機(jī)一減速器一開式齒輪副。開式齒輪副中大齒圈裝在簡(jiǎn)體上，其中心隨簡(jiǎn)體撓度的變化而變化，小齒輪支承在基礎(chǔ)上，其結(jié)構(gòu)見圖1。
由于回轉(zhuǎn)窯的特定結(jié)構(gòu)，使得運(yùn)行過程中大齒圈的回轉(zhuǎn)中心線不固定。如圖2所示，由于回轉(zhuǎn)窯中物料的波動(dòng)、窯內(nèi)溫度的變化等原因，使得運(yùn)行過程中，回轉(zhuǎn)窯簡(jiǎn)體會(huì)發(fā)生撓曲變形，其中心線最大撓度為AD。則大齒圈回轉(zhuǎn)中心發(fā)生變化，齒輪副中心距也隨之發(fā)生變化，從而導(dǎo)致大齒圈與小齒輪之間的齒側(cè)間隙變小，且簡(jiǎn)體撓度越大，齒側(cè)間隙越小。為確保回轉(zhuǎn)窯在極限載荷、極限溫度時(shí)大、小齒輪之間能夠正確嚙合，必須人為增加大、小齒輪的齒側(cè)間隙，這使得正常生產(chǎn)狀態(tài)下，回轉(zhuǎn)窯大小齒輪間的齒側(cè)間隙過大，齒輪運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。
大齒圈在隨簡(jiǎn)體中心線變化的同時(shí)，還產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于安裝平面的偏轉(zhuǎn)角口。大齒圈偏轉(zhuǎn)后，大、小齒輪的軸心線平行度降低，齒面在齒寬方向發(fā)生傾斜（見圖3），由此造成大、小齒輪在相互嚙合時(shí)輪齒之間產(chǎn)生偏載，加劇了齒輪的不均勻磨損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)輪齒折斷。
此外，出于設(shè)備維護(hù)的需要，回轉(zhuǎn)窯需定期竄窯，竄窯時(shí)簡(jiǎn)體將在回轉(zhuǎn)窯軸向方向產(chǎn)生約±60 mm的位移，窯內(nèi)溫度的變化也使得回轉(zhuǎn)窯筒體產(chǎn)生一定的軸向位移，軸向位移帶動(dòng)大齒圈沿軸向移動(dòng)，造成大齒圈與小齒輪之間在嚙合面上產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，加速輪齒的磨損。
3、BF型柔性傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用
針對(duì)固定齒輪傳動(dòng)所存在的問題，結(jié)合回轉(zhuǎn)窯的工況特點(diǎn)，中冶長(zhǎng)天公司研發(fā)出了一套BF型回轉(zhuǎn)窯柔性傳動(dòng)裝置。該裝置主要由大齒輪、高速齒輪軸、低速齒輪軸、壓桿、箱體、掛輪及彈簧支承桿等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖4。
該柔性傳動(dòng)的傳動(dòng)方式為動(dòng)力源一高速小齒輪軸一大齒輪一低速小齒輪軸一大齒圈。工作狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)力矩由萬向聯(lián)軸器或直接由液壓馬達(dá)傳遞至高速齒輪軸1的軸端，高速齒輪軸通過齒輪副帶動(dòng)大齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪2與低速齒輪軸5同軸，并通過鍵聯(lián)接帶動(dòng)低速齒輪軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，低速齒輪軸5與大齒圈嚙合，通過齒輪副將動(dòng)力傳遞至大齒圈。高速齒輪軸1、低速齒輪軸5均安裝在箱體4上，箱體4通過掛輪3直接掛在大齒圈上，從而將大齒圈與低速小齒輪軸的嚙合力的徑向分力傳遞給大齒圈，成為系統(tǒng)內(nèi)力，嚙合的切向分力則通過壓桿6、壓桿底座7傳遞給基礎(chǔ)。
掛輪相對(duì)于掛輪軸的相位角是可調(diào)的，相位角不同，低速齒i輪與大齒圈的嚙合中心距就不同。低速齒輪軸與大齒圈之間的嚙合中心距由掛輪的相對(duì)位置確定，掛輪的調(diào)節(jié)范圍可滿足制造、安裝誤差的要求，并留有大、小齒輪齒面磨損后調(diào)整中心距的余地。在這種傳動(dòng)形式上，所有傳動(dòng)齒輪都掛在大齒圈上，可隨大齒圈一起移動(dòng)，當(dāng)大齒圈的位置發(fā)生變化時(shí)，傳動(dòng)裝置的位置也隨之變化，而所有齒輪的相對(duì)位置卻不會(huì)變化，從而確保了在大齒圈位置發(fā)生細(xì)微變化時(shí)，低速小齒輪軸與大齒圈的中心距不變，確保了齒輪副處于正確的嚙合狀態(tài)。
考慮到柔性傳動(dòng)裝置懸掛于大齒圈上，造成大齒圈和回轉(zhuǎn)窯簡(jiǎn)體的附加載荷增大，也使掛輪的輪壓增大，會(huì)影響其使用壽命。因此設(shè)置了彈簧支承桿8來平衡柔性傳動(dòng)裝置懸掛部分的重量，消除附加載荷對(duì)回轉(zhuǎn)窯的不利影響。
回轉(zhuǎn)窯柔性傳動(dòng)裝置自1997年問世以來，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各種規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯上。第一套柔性傳動(dòng)裝置1997年投入使用，應(yīng)用于北京密云10萬t/a直接還原回轉(zhuǎn)窯，現(xiàn)已使用11年，設(shè)備性能良好。相繼采用柔性傳動(dòng)裝置的有柳鋼，武鋼程潮、昆鋼、江陰、新疆直還、銅陵等數(shù)十家冶金礦山企業(yè)。從這些企業(yè)的使用情況來看，采用了柔性傳動(dòng)裝置的回轉(zhuǎn)窯，故障率明顯降低，作業(yè)率大幅提升，設(shè)備使用壽命普遍延長(zhǎng)。柔性傳動(dòng)裝置的使用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以120萬t/a球團(tuán)生產(chǎn)線為例，采用柔性傳動(dòng)可為企業(yè)節(jié)省土建投資約35萬元，年節(jié)省維修費(fèi)用20萬元左右，因回轉(zhuǎn)窯作業(yè)率提高創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
4、柔性傳動(dòng)裝置的性能優(yōu)勢(shì)
柔性傳動(dòng)裝置從根本上克服了固定齒輪傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)缺陷，與固定齒輪傳動(dòng)裝置相比，傳動(dòng)性能明顯改善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)改善了傳動(dòng)齒輪的嚙合狀況。由于柔性傳動(dòng)裝置直接掛在大齒圈上，運(yùn)行過程中，雖然大齒圈的位置不斷變化，但與其配對(duì)的齒輪副的中心距保持不變，確保了正常的嚙合側(cè)隙，使得齒輪副運(yùn)行平穩(wěn)。，通過掛輪還可對(duì)齒側(cè)隙進(jìn)行適當(dāng)微調(diào)，當(dāng)側(cè)隙偏大或偏小時(shí)，可調(diào)整掛輪裝置達(dá)到較好的嚙合側(cè)隙。因此柔性傳動(dòng)比傳統(tǒng)固定齒輪傳動(dòng)的接觸精度高得多，大大改善了齒輪的嚙合偏載，降低了接觸應(yīng)力，提高了齒輪的壽命。
(2)軸承的承載能力增強(qiáng)。采用柔性傳動(dòng)裝置，大齒圈的位置變化不會(huì)給配對(duì)齒輪產(chǎn)生附加載荷，低速小齒輪軸只受嚙合力作用，軸承的工作載荷下降，運(yùn)行工況得到改善，使用壽命延長(zhǎng)。
(3)根除了輪齒折斷現(xiàn)象。由于柔性傳動(dòng)裝置隨大齒圈一起移動(dòng)，大齒圈與配對(duì)嚙合齒輪之間不會(huì)出現(xiàn)偏載，消除了因嚴(yán)重偏載而折斷輪齒的現(xiàn)象。
(4)齒面磨損減輕，齒輪使用壽命延長(zhǎng)。柔性傳動(dòng)中消除了沖擊載荷，對(duì)齒輪副齒側(cè)間隙也采取了有效的保證措施，使齒輪副的嚙合條件得到改善。整套柔性傳動(dòng)裝置與大齒圈隨動(dòng)，當(dāng)大齒函隨簡(jiǎn)體產(chǎn)生軸向位移時(shí)，大、小齒輪齒面不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，齒面磨損明顯減小，可有效延長(zhǎng)齒輪的使用壽命。
5、結(jié)語(yǔ)
隨著液壓馬達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，我公司設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)窯柔性傳動(dòng)已全部采用液壓馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備。與傳統(tǒng)的電機(jī)相比，它能夠提供較低的輸入轉(zhuǎn)速，因此，設(shè)計(jì)中已逐漸開始采用單級(jí)柔性傳動(dòng)代替雙級(jí)柔性傳動(dòng)。單級(jí)柔性傳動(dòng)裝置進(jìn)一步降低了回轉(zhuǎn)窯的懸掛重量，結(jié)構(gòu)更為緊湊。此外，隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，傳動(dòng)方式也由單驅(qū)動(dòng)發(fā)展到雙驅(qū)動(dòng)。
回轉(zhuǎn)窯BF型柔性傳動(dòng)裝置以其獨(dú)創(chuàng)的懸掛技術(shù)，成功地解決了回轉(zhuǎn)窯及其類似設(shè)備的驅(qū)動(dòng)問題，進(jìn)一步完善與提升了回轉(zhuǎn)窯的裝備水平。隨著技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和改進(jìn)，它必將在鋼鐵、冶金、礦山、建材、有色、化工等行業(yè)獲得更加廣泛的應(yīng)用。
三門峽富通新能源銷售回轉(zhuǎn)窯、烘干機(jī)、干燥機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
