辊压机配套大功率行星齿轮箱系列

大功率重载行星齿轮箱系列水泥粉磨辊压机配套Xi’anHeavyMachineryResearchInstitute1

1、相关背景

随着我国新型高效干法水泥工业的快速发展,辊压机作为水泥粉磨作业中的前处理或终端处理手段,对降低单位产品的粉磨能耗,提高粉磨效率有着显著的效果.但与此同时其核心动力传动部件--大功率行星齿轮箱一直难得以开发及形成系列.特别是大功率辊压机行星齿轮箱一直不得不依赖进口,国外产品昂贵的价格及服务的不及时给国内用户带来很大不便,用户迫切需要国产化。中国重型机械研究院股份公司研制的大功率重载行星齿轮箱系列产品彻底改变了依赖进口的历史。2022/12/232

2、产品的主要技术参数1)系列产品的功率：400KW、450KW、500KW、560KW、630KW、710KW、800KW、900KW、1000KW、1120KW、1250KW2)系列产品的速比范围：i=40～833)额定输入转速：n入=994r/min;1483r/min4)传动效率：η=0.97～0.985)齿轮热处理及硬度：渗碳淬火，58～62HRC（内齿调质280～320HB）6)齿轮精度：6级，GB10095-88（内齿7级）7)使用系数：KA≥2.38)寿命：10万小时9)工作噪声：（满负荷，距离1m处）<80dBA10)公称输出转矩：T=82360～650000N.m齿轮箱工况为24小时连续运转，强冲击，强制润滑2022/12/2333、设备的主要功能、工作原理及特点

该系列行星齿轮箱主要为水泥磨辊压机的动力传动装置，动力经两级行星齿轮传动（或加一级平行轴斜齿）传至辊压机的两挤压辊上，将混合物料挤压成所需料饼2022/12/234

采用行星传动，行星传动由于具有功率分流，多点啮合的特点，因此在传递相同功率的情况下较普通定轴传动重量轻（轻1/2～1/3以上）、结构紧凑（体积为定轴传动1/2～1/3），而且传动效率高（单级η=0.98～0.99，两级η=0.96～0.98）。采用硬齿面技术，齿轮材料采用优质、低碳合金钢经渗碳、淬火、齿面磨削，可获得高精度齿轮（5～6级，GB10095-88），因此可大幅度提高齿轮箱的承载能力及传动质量。2022/12/235

采用必要的齿面修形技术，使传动更平稳。采用了合理的均载机构，使数个行星轮载荷均衡。采用鼓形齿联轴器，更有利于浮动、均载。关键部位采用高承载能力的特种轴承，提高了整机的使用寿命。输出方式采用无键联接，即采用锁紧盘将齿轮箱与辊子轴联接在一起，这使拆装方便，易于维护。2022/12/2364、关键技术及创新1)采用硬齿面行星齿轮箱悬挂输出技术，充分满足了水泥磨辊压机的驱动要求，并形成了包括大中功率在内的完善的系列产品，成功替代了同类进口产品。2)根据辊压工况和设备结构特点，齿轮采用了相应的修形方法，使得传动精度更高，传动更平稳，承载能力更高。3)关键承载零部件进行了有限元分析和优化设计，使得齿轮箱具有很高的可靠性和较长的使用寿命。2022/12/2374)采用输出轴部件的分体结构，使得齿轮箱具有良好的加工工艺性和装配工艺性。5)采用组合密封技术，有效解决了重载行星齿轮箱在大粉尘环境下的密封问题。6)关键部位采用了高承载能力的特种轴承，提高了整机的使用寿命。7)多种规格采用了适应性设计，可满足辊压机齿轮箱左、右或对调安装及使用的要求。8)壳体设计采用齿圈直联结构，并采用了巧妙的轴承座与齿圈组合结构，可有效节省优质钢材的消耗，使得整机设计更加经济、合理、轻便。2022/12/238结构原理图2022/12/2396、国内外情况对比国外同类产品主要以德国Flender公司及Renk公司为主，其中尤以Flender公司产品应用最为广泛，其产品特点为系列化，通用性强，覆盖面广。我方相应产品亦成系列化，并已广泛应用，双方在主要技术性能上作一比较。2022/12/2310返回国内外情况对比2022/12/23117关键承载部件有限元分析

有限元分析技术能够模拟真实的自然现象，解决从简单到复杂的工程实际问题。我们采用大型通用有限元分析程序ANSYS，对Φ1700×1000辊压机大功率行星减速器（PBZF900-80行星减速器，单台传递功率900KW）的关键承载件—行星架部件和壳体部件进行了强度、刚度有限元计算分析。2022/12/2312分析模型行星架部件主要由行星架本体、输出轴及5组行星轮和行星轴等组成。输出轴与行星架通过螺栓、销固联，为旋转对称结构。坐标系原点取输出轴左端面中心，x轴与结构对称轴线重合，y轴向上，参见图1图1行星架部件总体坐标系

图2壳体部件总体坐标系

2022/12/2313壳体部分由前后机盖、内齿轮、轴承座等部件组成，通过多个螺栓固联，壳体是平面对称结构。坐标系原点取后机盖中心，x轴与对称轴线重合，y轴向上，见图2。工作时，行星架部件装在壳体内部，而壳体等部件的重量均由输出轴承担。五组行星轮对行星架上所产生的合扭矩分别为：正常工作扭矩472000Nm(工况1)，瞬时尖峰扭矩1080000Nm(工况2)，通过行星轮系的齿轮轴作用在行星架上，约86000N的重力作用在输出轴和行星架的两轴承处。设定输出轴的左端位移被各向约束。使用自动网格划分功能，将行星架(装配)部分共划分节点34620个，三维实体单元155230个。壳体部分共划分节点51266个，三维实体单元201492个。参见图3、图4。2022/12/2314图3行星架(装配)部分的网格模型

图4壳体(装配)部分的网格模型2022/12/2315结果分析：在ANSYS中，对行星架部件进行静力学分析，正常工作时，行星架本体和输出轴上的变形、应力都很小。图5行星架部件位移与应力图2022/12/2316从图5中可以看出，行星架部件的最大应力值为27.963MPa，最大位移值为0.312mm。最大应力值远小于材料的屈服极限（σs=345MPa）。因此，5行星轮的行星架主要是提高整体的抗变形能力，采用合理的结构设计，增加整体的刚性。对于壳体部件，通过内齿轮传递载荷，求解结果显示壳体所受应力很小，最大应力将发生在齿根部，均安全。图6显示，最大应力将发生在齿根部，其值为31.534MPa，远小于内齿圈的屈服强度460MPa，从图中也可以看出前后机盖、轴承座等应力较小，其作用主要在于支撑减速器整体结构。2022/12/2317图6壳体部件应力图2022/12/2318以上为900KW大功率行星减速器的主要承载部件的应力、应变云图。从图5中可以看出，行星架部件的最大应力值为27.963MPa，最大位移值为0.312mm。最大应力值远小于材料的屈服极限（σs=345MPa）。因此，5行星轮的行星架主要是提高整体的抗变形能力，采用合理的结构设计，增加整体的刚性。对于壳体部件，通过内齿轮传递载荷，求解结果显示壳体所受应力很小，最大应力将发生在齿根部，均安全。图6显示，最大应力将发生在齿根部，其值为31.534MPa，远小于内齿圈的屈服强度460MPa，从图中也可以看出前后机盖、轴承座等应力较小，其作用主要在于支撑减速器整体结构。2022/12/2319泾阳声威水泥公司1200X800辊压机现场装机功率2X500KW速比71

定辊减速机出厂照片功率500KW速比712022/12/2320台湾嘉薪水泥江苏镇江现场1400X800辊压机装机功率2X560KW速比45台湾嘉薪水泥江苏镇江现场1400X800辊压机装机功率2X560KW速比452022/12/2321山东水泥集团有限公司1500X800辊压机装机功率2X630KW速比452022/12/2322华润水泥（山西星源）710KW辊压机减速机出厂照片装机功率2x710KW速比71华润水泥（山西星源）710KW辊压机减速机出厂照片装机功率2x710KW速比712022/12/2323陕西药王山水泥有限公司1700X1000辊压机现场装机功率2X1000KW速比802022/12/23249、应用情况及经济效益分析

中国重型机械研究所院股份公司设计、制造的水泥磨辊压机用大功率行星齿轮箱系列产品是为适应我国新型、高效节能干法水泥生产的快速发展而开发的新产品。系列产品具有体积小、重量轻、结构紧凑、效率高、承载能力大等优点，彻底改变了该类产品依赖进口的历史。系列产品首单560KW两台于2003年9月在台湾嘉鑫镇江水泥股份公司投产，产能