淺談壓榨機大功率撓性聯軸器的應用

岑 躍，李天毅，傅其軍

（1南寧糖業股份有限公司，廣西南寧530022；2昆明克林輕工機械(集團)股份有限公司，云南昆明650102）

淺談壓榨機大功率撓性聯軸器的應用

岑 躍1，李天毅2，傅其軍1

（1南寧糖業股份有限公司，廣西南寧530022；2昆明克林輕工機械(集團)股份有限公司，云南昆明650102）

闡述壓榨機聯軸器的形式、運用及壓榨機聯軸器的發展情況，對各種聯軸器運用的原理進行分析，介紹大功率撓性聯軸器在糖廠壓榨機上的應用實踐、使用特點。運行表明，應用大功率撓性聯軸器后，提高了壓榨機效能和生產安全率，降低了設備運行故障率，減輕維修強度，且有助于降低能耗。

甘蔗；制糖；壓榨機；榨輥；撓性聯軸器

0 前言

由于甘蔗物料有限的壓縮性（也包括物料中的異物，如石塊、鐵塊等雜物)以及甘蔗物料厚薄的變化，壓榨機一般設計有一個或多個榨輥能夠浮動并使用重物、彈簧、氣動或液壓的方式加載，以使用最大的安全壓力施加至甘蔗物料上，保證甘蔗物料中的蔗汁能被充分壓出。目前的三輥壓榨機通常是允許頂輥浮動，并采用液壓系統來保證施加在甘蔗物料上的壓力。

壓榨機的驅動一般是由傳動系統（電機驅動減速機+傳動齒輪、復合減速機、行星減速機等）通過壓榨機頂輥的三星齒輪帶動前后輥的三星齒輪來實現，由于壓榨機頂輥的上下浮動，而傳動系統為固定安裝，故需要在壓榨機與傳動系統之間使用可撓性聯軸器進行聯接。

甘蔗糖廠現在使用的壓榨機聯軸器一般有方軸聯軸器(Tail bar and couplings)、萬向聯軸器(Universal couplings)和撓性聯軸器(Sling couplings)，下面分別介紹。

1 傳統聯軸器

1 1 方軸聯軸器

壓榨機的頂輥在工作時一般會在其不工作時的位置向上浮升10～15 mm，所以出現傳動系統的末端輸出軸與壓榨機頂輥軸中心不重合的問題。

為解決這個問題，傳統的做法是將壓榨機的頂輥軸和傳動系統的末端軸制作為方形軸頭，兩者之間的聯接一般設置了一件1.5～3 m長的低碳鋼方形連接軸（見圖1），其每一端各用一件方孔尺寸較大

的套接式聯軸節（留有3～6 mm的間隙）與壓榨機的頂輥軸和傳動系統的末端軸聯接。在安裝時，將傳動系統末端軸的中心線高于壓榨機頂輥允許抬升量的1/3或1/2，也就是說，如果壓榨機頂輥的最大抬升量設定為30 mm，則傳動系統末端軸的中心線應該高于壓榨機頂輥最低位置10～15 mm。

圖1 方軸聯軸器

很多糖廠聯接傳動系統末端的方孔聯軸節采用鑄鐵制作，聯接壓榨機頂輥軸端使用鑄鋼制作，在傳動系統驅動壓榨機運行的過程中，由于蔗料的不均衡或有異物進入壓榨機時，會造成壓榨機負荷增加或過載，這時鑄鐵聯軸節會破裂，從而起到保護壓榨機和傳動系統作用。隨著自動控制技術的發展，可以使用電動機的電流過載保護來實現設備的安全運行，故現在一些糖廠從生產安全率及設備運行故障率等方面考慮，已將兩端的方孔聯軸節均制作為鑄鋼。

雖然在方軸聯軸器結構設計時考慮了方孔聯軸節與方形軸之間的偏移，但由于驅動壓榨機的扭矩較大，特別對于大型的壓榨設備，在設備運行過程中方軸與方形孔的接觸最初為線接觸，而后方軸或方形孔發生一定變形，逐漸成為面接觸，所以我們經常可以看到壓榨輥軸、方軸及傳動系統的末端軸被壓潰的現象。而且在傳遞扭矩的過程中，方軸與方形孔是緊緊貼在一起的，在壓榨機頂輥抬升時產生較大的摩擦力，雖然在摩擦副上進行了一定的潤滑，但其靈活性仍會受到極大的影響。

對于這種形式的聯軸器，方形軸越長，其角位移越小，越利于壓榨機頂輥的升降。但由于頂輥抬升而形成的方孔聯軸節與方形軸之間的連接角（≤2°），必然產生徑向力、軸向力及彎矩，這些附加的分力及彎矩對方軸、壓榨機輸入軸及傳動系統（或減速機）的輸入軸將造成磨損，最終導致損壞而不能使用，并且由于分力和磨擦力的存在，增加了功率的消耗。有研究數據表明，當壓榨機的頂輥軸和傳動系統的末端軸之間的距離為2 m，偏移量為10 mm，傳遞的扭矩為950 kN·m時，其產生的軸向力為150 kN。由于允許偏移的量較小，產生的徑向力并不大（約5 kN），但如此大的軸向力，對傳動系統或減速機的軸承勢必產生較大的影響，并降低了軸承的使用壽命。

由于方軸聯軸器幾乎為剛性連接，缺乏一定的柔韌性，在運行中應盡量避免壓榨機頂輥出現抬升較大的情形，當頂輥在最大抬升位置工作時，由于方軸聯軸器的約束，壓榨機輥軸及軸承以及傳動系統的末端軸及軸承的負荷會有較大的增加，直接影響了軸承及軸的壽命。

1.2 萬向聯軸器[1]

在我國，自上世紀80年代初期開始，將萬向聯軸器作為連接壓榨機的榨輥軸和傳動系統的末端軸的聯軸器，當時主要應用于恒比壓榨機上，為三輸出軸形式，目前也用于頂輥傳動的壓榨機上，由聯軸節、連接軸、滑塊及銷軸等構成（圖2），聯軸節分別固定安裝在壓榨機的榨輥軸和傳動系統的末端軸的方軸頭或扁頭軸上，滑塊通過銷軸與聯軸節和

連接軸聯接，使得連接軸以銷軸為中心擺動，而滑塊又可以在聯軸節內沿圓弧面滑動，從而可基本達到在各個方向均可位移的作用。在傳遞扭矩過程中整個裝置基本為滑動副運動，避免了方軸聯軸器由于剛性聯接而產生的應力、約束、彎曲及破壞等因素，并可降低功耗，是一種較為靈活的的聯接方式。

圖2 萬向聯軸器

這種結構形式的聯軸器可保證其足夠的徑向位移和所允許的軸向位移，所以產生的軸向力和徑向力相對方軸聯軸器而言減小了很多。由于聯軸節結構的限制，其偏移角相對方軸聯軸器大一些，約為4°左右，而方軸聯軸器的偏移角為2°，也就是說，使用萬向聯軸器可相應縮短壓榨機的榨輥軸和傳動系統的末端軸之間的距離。

隨著使用時間的增加，滑塊會因磨損和擠壓，出現“抱死”而增大動載荷，其軸向力和徑向力也會增加。為了減少摩擦及磨損，使用時需對滑塊處的摩擦副注油進行潤滑。一般情況下，在安裝時或設備運轉之前，可通過設置的潤滑點使用油槍對摩擦副注油，一旦設備開始運行，就只能通過人工使用稀油在摩擦副處以淋浴形式潤滑，存在一定的安全隱患，操作不方便，而且潤滑效果不理想，在運行中會有一些異常的摩擦聲。

2 撓性聯軸器

2.1 撓性聯軸器發展及結構[2]

在糖業界，大家都非常熟悉前面所提到的方軸聯軸器及萬向聯軸器的相關問題，隨著在南非糖廠新的聯軸器的設計出現后，這些問題得到了解決。

最初的設計源于1973年南非一家糖業公司的滲出器擴建項目，由于滲出器的驅動軸在運行過程中會產生熱膨脹，所引起軸端的竄動約10 mm，他們當時將這種設計用于滲出器的驅動聯軸器，避免了軸向力對驅動設備的影響，設計可傳遞的扭矩為2075 kN·m。其形式如圖3所示。

扭矩通過驅動端的驅動支架經2個平行的鏈接傳遞到中間的“壓縮”板，這些鏈接的結合處允許在驅動支架與壓縮板之間上下或徑向位移；另外2個平行鏈接將扭矩從壓縮板傳遞至被驅動端的驅動支架，其結合處同樣允許在被驅動支架與壓縮板之間上下或徑向位移。在各個鏈接處均設置了球面滑動軸承，允許該裝置可以有軸向的位移。

當時安裝的這套聯軸器裝置，其實際的位移量為：軸向位移約150 mm，角位移約5°，徑向位移約100 mm，遠遠超出了預計的要求。從以上達到的位移數據來看，我們可將這種聯軸器裝置稱為“多向位移”聯軸器，也可稱之為真正意義上的萬向聯軸器。

根據以上聯軸器的雛形，出現了目前在壓榨機設備中使用較多的“鋼繩聯軸器”，也稱為“撓性聯軸器”，其主要結構如圖4所示，主要由4部分組成：①驅動支架及被驅動支架；②使用2對鋼繩來傳遞扭矩；③2對彎曲的鋼繩分別嵌入到驅動支架、被驅動支架及壓縮板的溝槽中，這樣就形成了鏈接式

聯軸器的多向位移特征；④1套防止回轉的裝置用于壓榨機停機或維護時防止其反轉。

壓榨機運行時，由于頂輥的浮動，驅動支架隨頂輥軸一起運動，此時具有柔韌性的鋼繩在驅動支架的“引領”下發生變形，該變形隨即引起壓縮板產生徑向、軸向以及角度的位移，僅對被驅動支架的造成一定的徑向力影響，實現了傳遞扭矩過程中的多向位移。

圖3 鏈接式聯軸器

圖4 撓性聯軸器

2.2 撓性聯軸器的特點

（1）“撓性聯軸器”在正常使用的情況下，僅在榨季結束后對其進行檢查維護，主要是檢查鋼繩是否有斷絲，其余基本免維護。

（2）由于“撓性聯軸器”的驅動支架及被驅動支架與壓榨機輸入軸及傳動設備或減速機的輸出軸的聯接為小間隙安裝，不會出現像方軸聯軸器那樣對方軸的破壞和損傷現象。

（3）“撓性聯軸器”基本消除了壓榨機與傳動系統或減速機之間的軸向力，使得壓榨機及傳動系統或減速機軸承的使用壽命得到極大的改善。

（4）“撓性聯軸器”與“多向聯軸器”相比較，在傳動扭矩的過程中為單向旋轉，且只能滿足約60 mm的徑向位移及約1°的角位移，但由于其類似分段式的設計，壓榨機頂輥產生的徑向位移和角位移并不會傳遞至傳動系統或減速機而影響其正常工作。

（5）“撓性聯軸器”對于不斷變化的壓榨機負荷而引起的扭矩變化來說，不會出現“卡死”現象，而“卡死”現象也是引起壓榨機輥軸斷裂的一個因素。

（6）“撓性聯軸器”使得壓榨機輸入軸與傳動設備或減速機輸出軸之間的距離可以變得更短。在一個糖廠的改造項目中，車間廠房不能進行大的變動，其壓榨機規格為1000×2000 mm，壓榨機輸入軸與減速機輸出軸之間的距離僅為1000 mm，而正常情況下，這個距離一般為2000 mm[3]。也就是說，使用“撓性聯軸器”可以大大縮短壓榨機輸入軸與減速機輸出軸之間的距離，實際上也就可以減少廠房的跨距。

另外，有一個觀念值得我們研究和注意，由于“柔性聯軸器”在壓榨機頂輥浮動時產生位移比較容易，而不像剛性聯軸器那樣生成各種附加力的約束，對壓榨輥軸而言，減少了這些附加力對其產生應力的影響，降低了發生壓榨輥軸斷裂的幾率。同時，對傳動系統或減速機而言，其輸出端軸承也因這些約束的減少，大大延長了其使用壽命。

2.3 大功率撓性聯軸器在糖廠壓榨機的應用實踐

南寧糖業股份有限公司伶俐糖廠日榨甘蔗6000 t。在以前的榨季生產中，壓榨機聯軸器采用方軸聯軸器。為了消除糖廠安全生產隱患，降低設備運行故障率，減輕維修強度，提高壓榨機效能，提高生產安全率，實現節能降耗，2014/15年榨季，南寧糖業股份有限公司伶俐糖廠引進2套撓性聯軸器應用于壓榨機上，投入運行后，設備運行正常，提高了壓榨機效能，提高了生產安全率，降低了設備運行故障率，減輕維修強度，有利于榨季均衡持續生產，可降低能耗，效果顯著。

3 結語

大功率撓性聯軸器在伶俐糖廠壓榨機上應用后，根據2014/15年榨季的運行經驗，提高了壓榨機效能，提高了生產安全率，降低了設備運行故障率，減輕維修強度，有利于榨季均衡持續生產，可降低能耗，取得較好的經濟和社會效益，值得在制糖、化工等行業推廣。

[1] PETER R. Cane Sugar Engineering[M]. Berlin：Verlag Dr. Albert Bartens KG：Bartens, 2007.

[2] TOSIO C T. A New Sugar Mill Drive Coupling[C]∥South African：Proceedings of The South African Sugar Technologists' Association. 1988.

[3] 甘蔗壓榨機設計與計算編寫組. 甘蔗壓榨機設計與計算[M]. 北京：輕工業出版社，1987.

(本篇責任編校：朱滌荃)

Introduction to the Application of High-Power Squeezer with Flexible Coupling

CEN Yue1, LI Tian-yi2, FU Qi-jun1
(1Nanning Sugar Co., Ltd., Nanning, Guangxi 530022;2Kunming Kling Light Industrial Machinery (Group) Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650102)

The squeezer coupling form, application, and development of the squeezer coupling were presented; the principle of various coupling were analyzed; the operation and feature of high-power flexible coupling in sugar mill were introduced. The operation running showed that the application of high-power flexible coupling can increase the efficiency of the squeezer, improve the production rate, reduce the failure rate of equipment operation, reduce maintenance intensity, and help to reduce energy consumption.

Sugarcane; Sugar; Squeezer; Pressing roller; Flexible coupling

TS243+.1

B

1005-9695(2015)05-0058-05

2015-07-29；

2015-09-29

岑躍(1958-)，男，南寧糖業股份有限公司副總工程師，高級工程師，主要從事制糖的生產技術管理工作；E-mail: cenyue58@126.com

岑躍，李天毅，傅其軍. 淺談壓榨機大功率撓性聯軸器的應用[J]. 甘蔗糖業，2015(5)：58-62.