JLP400型立式磨機(jī)減速機(jī)研制

    2005年8月，重慶齒輪箱有限責(zé)任公司與山西榆次同力達(dá)水泥有限責(zé)任公司成功簽訂了國內(nèi)首臺(tái)4200千瓦立式磨機(jī)減速機(jī)制造合同，打破了在此之前2500千瓦以上大功率立式磨機(jī)減速機(jī)一直被國外同行業(yè)大公司壟斷中國市場(chǎng)的現(xiàn)狀。此后，公司又分別于06年2月與安徽海螺集團(tuán)、于06年3月與山東山水集團(tuán)、于06年6月與日照日廣公司等單位陸續(xù)簽訂4000千瓦及以上大型立式磨機(jī)減速機(jī)共計(jì)8臺(tái)套。4200千瓦立式磨機(jī)減速機(jī)型號(hào)為JLP400，是目前我國自行設(shè)計(jì)、制造的功率最大的立式磨機(jī)減速機(jī)，額定輸入功率4200千瓦，總重量110噸，輸入轉(zhuǎn)速每分鐘993轉(zhuǎn)，傳動(dòng)比分為39.286:1和46.05：1兩種，作為丹麥?zhǔn)访芩构玖⑹侥C(jī)的關(guān)鍵配套設(shè)備，主要用于日產(chǎn)5000噸新型干法水泥生產(chǎn)線。經(jīng)過我公司的不懈努力，目前研制工作進(jìn)展順利，

    將于八月中旬完成首臺(tái)樣機(jī)的制造。JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)的成功研制，標(biāo)志著我公司的立式磨機(jī)減速機(jī)技術(shù)邁上了一個(gè)新臺(tái)階，對(duì)我國在大功率立式磨機(jī)減速機(jī)生產(chǎn)制造國產(chǎn)化具有十分重大的意義。

    一、 JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)的主要技術(shù)特性

    主要由六個(gè)部分構(gòu)成，即錐齒輪傳動(dòng)部分、平行軸傳動(dòng)部分、行星傳動(dòng)部分、止推軸承部分、箱體部分以及潤滑部分。在粉磨過程中由于物料顆粒和硬度不均勻，對(duì)輥?zhàn)赢a(chǎn)生沖擊載荷，且經(jīng)常波動(dòng)。磨輥總在不均勻的料層上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的垂直載荷通過磨盤、止推軸承、箱體力壁傳遞到基礎(chǔ)。

    我公司設(shè)計(jì)制造的JLP400型立磨機(jī)減速機(jī)在部分設(shè)計(jì)中引用了大率船用軍工技術(shù)，錐齒輪傳動(dòng)部分位于減速機(jī)的輸入端，電動(dòng)機(jī)通過高速彈性膜片聯(lián)軸器與輸入錐齒輪聯(lián)接，帶動(dòng)大錐齒輪。為了達(dá)到大傳動(dòng)比要求，JLP400型立式磨機(jī)減速機(jī)比一般立磨減速機(jī)增加了一級(jí)平行軸齒輪傳動(dòng)。平行軸被動(dòng)齒輪通過齒形聯(lián)軸器與行星傳動(dòng)部份的太陽輪相連，并保持太陽輪浮動(dòng)。太陽輪帶動(dòng)行星輪和行星架旋轉(zhuǎn)，磨盤法蘭與行星架連接，從而帶動(dòng)磨盤旋轉(zhuǎn)。在JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)中，行星傳動(dòng)部份的內(nèi)齒圈不再作為箱體的一部份。磨盤法蘭上所承受的重量直接通過止推軸承、箱體傳遞到基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)上，保證了磨盤法蘭、止推軸承、箱體的平均受力直徑相等，使磨機(jī)在工作時(shí)，近千噸的軸向載荷不會(huì)對(duì)箱體產(chǎn)生彎矩。JLP400型立式磨機(jī)減速機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖二。

                圖二、JLP400型立式磨機(jī)減速機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
    JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)在技術(shù)上，既體現(xiàn)了性能指標(biāo)的先進(jìn)性，又保證了高度的可靠性以及良好的工藝性，在使用上具有體積小、生產(chǎn)效率高、單位能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

    二、JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)的主要零部件設(shè)計(jì)

    1、齒輪設(shè)計(jì)

    JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)所有外齒輪全部采用硬齒面齒輪技術(shù)，按無限壽命設(shè)計(jì)。內(nèi)齒圈采用調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)多年來齒輪制造技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)積累，可以用齒輪承載能力指標(biāo)來表征齒輪的強(qiáng)度，這個(gè)指標(biāo)大致反映了目前國內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)和制造技術(shù)所能達(dá)到的實(shí)際水平。

    我公司的齒輪承載能力計(jì)算程序是在原引進(jìn)西德技術(shù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室反復(fù)優(yōu)化而形成，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

    目前常用的齒輪承載能力指標(biāo)主要有2個(gè)。
    1）表征表面接觸疲勞強(qiáng)度的K系數(shù)。
    K=Ft（u+1）/b.d.u N/mm2
    式中：Ft—齒輪圓周切向力，N；
    b—齒輪工作齒寬， mm；
    d—主動(dòng)輪節(jié)圓直徑，mm；
    u—減速比

    2）表征輪齒彎曲強(qiáng)度指標(biāo)的U系數(shù)。
　　U= Ft/b.mn  N/mm2
　　式中：mn齒輪法向模數(shù)，mm。
　　系數(shù)K、U國內(nèi)控制水平詳見表1
　　對(duì)于水泥行業(yè)的減速機(jī)，我公司還采用美國AGMA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度校核，其AGMA服務(wù)系數(shù)接觸強(qiáng)度CSF≥2.5，彎曲強(qiáng)度KSF≥3.0。

                                                       表1、K、U水平值

　　所有圓柱外齒輪全部采用高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火處理，齒輪表面硬度HRC58-62，芯部硬度HRC32-42。硬化層深度根據(jù)載荷大小由計(jì)算機(jī)計(jì)算確定。所有齒輪齒面進(jìn)行磨齒加工，其精度均在GB10095標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)以上。齒輪均采用變位齒輪，變位系數(shù)的確定考慮了齒輪嚙合的接觸強(qiáng)度、運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性及運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲等因素，保證齒輪副達(dá)到最佳性能。

　　圓柱齒輪的滾齒加工采用大圓弧沉切留磨滾刀。使用該刀具滾齒時(shí)，齒根受到根切，兩齒面之間產(chǎn)生一個(gè)大圓弧過渡。在后續(xù)的磨齒加工中，可以避免在齒根處產(chǎn)生磨削臺(tái)階。由于齒根不受磨削，其滲碳硬化層得以完全保留。滲碳后，齒溝處進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，增加了硬度。這一齒形技術(shù)的應(yīng)用，輪齒的抗彎曲疲勞極限可提高30%以上。

　　考慮齒輪傳動(dòng)過程中的傳動(dòng)平穩(wěn)性及噪聲，在齒輪設(shè)計(jì)中采用了齒形、齒向修整技術(shù)。我公司的齒輪修整分為齒廓修形、齒向修形兩種。齒廓修形分為齒頂修緣、齒根修緣；齒向修形可分為齒端修薄、螺旋線修形、鼓形修整、曲面修整等。在設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的需要選擇合適的修形方式，以使齒輪的嚙合效果達(dá)到最佳。
JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)圓錐齒輪采用格里森等頂隙收縮弧齒或克林根貝爾格等高齒圓錐齒輪，均采用深層滲碳淬火，磨齒成品。齒輪精度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)以上。

　　JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)內(nèi)齒圈采用高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)處理，并經(jīng)過內(nèi)齒磨削。齒輪精度達(dá)到GB10095標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)以上。

　　2、箱體設(shè)計(jì)

　　JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)箱體除了承受由內(nèi)齒圈傳遞的齒輪嚙合的扭矩外，還要承受由磨輥施加于磨盤的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力。因此箱體的要求是：應(yīng)有足夠的剛性，能夠承受全部的內(nèi)外載荷，并保證齒輪接觸良好；應(yīng)防滲漏、防塵；結(jié)構(gòu)上還應(yīng)便于裝拆、檢查和維護(hù)。

　　本減速機(jī)箱體設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)鋼焊接結(jié)構(gòu)，外觀呈圓柱形，箱體的平均受力直徑與止推軸承平均受力直徑相等，保證了箱體在承受軸力載荷不承受彎矩，使軸向力直接通過箱壁傳遞到基礎(chǔ)。
箱體的設(shè)計(jì)中還著重考慮了減速機(jī)的潤滑及檢測(cè)，使用整個(gè)潤滑系統(tǒng)暢通無阻，檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

　　3、止推軸承設(shè)計(jì)

　　一般情況下，止推軸承的最佳止推瓦數(shù)為8-15塊，隨著止推瓦個(gè)數(shù)的增加，止推軸承軸向載荷分布的不均勻性也增大，而止推瓦個(gè)數(shù)偏少將會(huì)失去均衡載荷能力的優(yōu)點(diǎn)。
止推瓦一般采用扇形結(jié)構(gòu)，止推瓦的平均弧長與寬度（內(nèi)外半徑之差）的比值應(yīng)控制在0.6-2.0之間。止推瓦的間距應(yīng)不小于平均弧長的25%,外徑D1與內(nèi)徑D2的比值應(yīng)控制在1.5-2.5范圍內(nèi)。所有止推瓦的表面積與內(nèi)外徑圍成的環(huán)形面積之比在0.7-0.85之間。另外，還必須保證止推瓦的平均受力直徑與箱體的平均受力直徑一致。
軸承表面材料通常有兩種：一種是巴氏合金耐磨材料；另一種是彈性金屬塑料耐磨材料。巴氏合金軸承承受比壓控制在20Kgf/cm2以內(nèi)，金屬塑料軸承承受比壓可以達(dá)到45 Kgf/cm2。本減速機(jī)采用第二種材料。

　　4、軸承設(shè)計(jì)

　　    軸承設(shè)計(jì)是JLP400減速機(jī)設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的內(nèi)容。在本減速機(jī)中集中了螺旋圓錐齒輪傳動(dòng)、圓柱斜齒輪傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)，加上大部分零件為立式安裝，零件本身自重極大，造成軸承載荷大，受力條件惡劣，為軸承的選用增加了很大的難度。在本減速機(jī)中，有效的結(jié)合使用了圓錐滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、圓柱滾子軸承、軸向推力軸承等，起到了很好的效果。

　　5、潤滑和監(jiān)控

　　減速機(jī)的潤滑是非常重要的，對(duì)齒輪的承載能力和使用壽命都會(huì)產(chǎn)生極大的影響。JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)的潤滑是非常復(fù)雜的，既有低壓潤滑，還有高壓潤滑。齒輪嚙合及滾動(dòng)軸承采用低壓潤滑，止推軸承采用高壓潤滑。所有潤滑均利用全靜壓油站強(qiáng)制供油。潤滑油采用粘度等級(jí)為N220-N320中負(fù)荷極壓工業(yè)齒輪油，低壓流量為1000L/min，壓力為0.2-0.4Mpa，高壓流量為250L/min，壓力為10-16Mpa。為保證減速機(jī)的運(yùn)行安全，所有潤滑油都必須經(jīng)過高精度的過濾器過濾后方能供給到各個(gè)潤滑點(diǎn)。

　　為保證整減速機(jī)的絕對(duì)運(yùn)行安全，必須對(duì)整個(gè)減速機(jī)和潤滑系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。包括各個(gè)潤滑點(diǎn)的油壓、油溫、過濾器兩端的壓差等。當(dāng)測(cè)試值偏離標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值時(shí)，就是發(fā)出報(bào)警信號(hào)。潤滑系統(tǒng)和主電機(jī)實(shí)行電氣聯(lián)鎖，有效的保證了減速機(jī)的運(yùn)行安全。

　　本產(chǎn)品還對(duì)減速機(jī)的機(jī)殼振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證整機(jī)的正常運(yùn)行。

　　三、JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)研制保障條件介紹

　　1、先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)是保證產(chǎn)品先進(jìn)性的前提

　　我公司早在七十年代末期就引進(jìn)了德國羅曼公司的齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)。多年來，我公司集引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)和自己的科研成果為一體，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)不斷開發(fā)創(chuàng)新，形成自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在高精度硬齒面齒輪設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面保持國內(nèi)領(lǐng)先，并達(dá)到世界發(fā)達(dá)國家同等水平，具備了參與國際競爭的能力。2004年，公司與德加沃特曼技術(shù)咨詢公司簽訂了齒輪箱技術(shù)咨詢協(xié)議，以便及時(shí)掌握齒輪箱技術(shù)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)?！笆濉逼陂g，我公司完成新產(chǎn)品開發(fā)和科技創(chuàng)新近500項(xiàng)，申報(bào)并取得國家專利21項(xiàng)，制定國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)18項(xiàng)，獲得國家和省部級(jí)科技進(jìn)步一、二、三等獎(jiǎng)共29項(xiàng)。公司技術(shù)中心即將通過“國家級(jí)技術(shù)中心”評(píng)定。一直以來，我公司始終緊跟齒輪箱先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展步伐，不斷追求創(chuàng)新和技術(shù)積累，始終保持齒輪箱技術(shù)的領(lǐng)先地位。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制上，主要體現(xiàn)了程序文件化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、手段先進(jìn)化等幾方面的特點(diǎn)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，從設(shè)計(jì)輸入開始，直至發(fā)布設(shè)計(jì)輸出文件為止的技術(shù)管理全過程都形成了文件化的程序加以控制，以保證能為采購、制造、檢驗(yàn)、使用等提供清晰、準(zhǔn)確的技術(shù)文件。設(shè)計(jì)的先進(jìn)性也同時(shí)體現(xiàn)在引用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性，我公司一貫采用國際先進(jìn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，公司的產(chǎn)品均具有較高的“雙標(biāo)”采標(biāo)率，確保了產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能和質(zhì)量水平，始終處于國內(nèi)領(lǐng)先。手段的先進(jìn)性是保證設(shè)計(jì)先進(jìn)性的重要條件。我公司多年來一直采用先進(jìn)的CAD/CAEE、CAPP、CAM等輔助手段，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。在JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)的設(shè)計(jì)中，采用了先進(jìn)的SOLIDWORK輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，并對(duì)產(chǎn)品的重要部件進(jìn)行有限元分析，模擬產(chǎn)品實(shí)際使用工況條件，檢驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度等指標(biāo)，有力的保證了JLP400立式磨機(jī)減速機(jī)設(shè)計(jì)上的先進(jìn)性和使用上的可靠性。

　　2、強(qiáng)大的設(shè)備保證能力是保證產(chǎn)品先進(jìn)性的基礎(chǔ)

　　一流的產(chǎn)品除了體現(xiàn)于一流的設(shè)計(jì)水平外，還需要先進(jìn)的設(shè)備來予以保證。我公司一貫注意設(shè)備保障條件的建設(shè)，僅在“十五”期間，就投巨資四億元進(jìn)行裝備水平和生產(chǎn)能力改造，已經(jīng)具備年產(chǎn)單重50t 以上的大型齒輪箱400-500臺(tái)的能力。我公司現(xiàn)有型號(hào)不同、功能齊全、控制先進(jìn)的大型高精度硬齒面齒輪的冷熱加工、檢測(cè)、試驗(yàn)設(shè)備近百臺(tái)（套）。在冷加工方面，擁有能夠加工DIN3級(jí)精度的NILES公司成形磨齒機(jī)7臺(tái)（套），加工規(guī)格從φ800mm至φ4000mm不等，該磨齒機(jī)可進(jìn)行內(nèi)齒輪磨削加工；擁有HOFLER公司φ4000mm、φ3000mm、φ2500mm、φ2000mm、φ1000mm全數(shù)控展成磨齒機(jī)，可加工DIN3級(jí)精度齒輪；擁有西班牙RACEM公司NC801數(shù)控落地鏜銑床，鏜桿直徑φ200mm，水平行程8000mm，垂直行程4500mm；擁有捷克斯柯達(dá)公司HCW3-225NC數(shù)控落地鏜銑床，鏜桿直徑φ225mm，水平行程11500mm，垂直行程4500mm；擁有CK61250數(shù)控制臥車、CK5250數(shù)控立車等先進(jìn)的設(shè)備。在熱加工方面，擁有德國IVA公司φ4000滲碳淬火生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線是國內(nèi)加工規(guī)格最大、技術(shù)最先進(jìn)、配套最齊全的熱處理生產(chǎn)線，包括φ4000×2000滲碳爐、φ4000×2000淬火爐、φ4000×3000回火爐、φ4000淬火油槽、淬火水槽、緩冷槽等。在檢測(cè)方面，擁有德國LEITZ公司PMM303010A高精度三座檢測(cè)儀，可對(duì)3000×3000×1000范圍內(nèi)的齒輪、箱體、螺傘、蝸輪、蝸桿等零件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)精度可達(dá)到DIN3級(jí)；擁有德國產(chǎn)PFSV1600綜合齒輪檢測(cè)儀，可以M25、φ1800、DIN4級(jí)精度的齒輪進(jìn)行檢測(cè)。在試驗(yàn)方面，擁有德國西門子1580KW×2交流變頻調(diào)速試驗(yàn)臺(tái)、芬蘭ABB公司800KW×2交流變頻調(diào)速試驗(yàn)臺(tái)以及即將裝備到位的3300KW×2交流變頻調(diào)速試驗(yàn)臺(tái)等。我公司部分關(guān)鍵重點(diǎn)設(shè)備參見表一至表七。