犁刀式混合機傳動方案分析與研究*

鄒俊偉，宋玉梁，姜方鴻，王勛華

(湖南探索機械科技有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引 言

犁刀式混合機作為物料顆粒混合工序工業生產中的關鍵設備，在飼料工業、食品、制藥、化工、新能源鋰電材料、工程塑料等領域具有非常廣泛的應用[1-4]。犁刀式混合機結構形式一般為臥式圓筒形，主要由腔體組件和安裝于腔體組件內的攪拌軸、飛刀組成[5]。工作時攪拌軸在減速電機驅動下將兩種以上不同物料顆粒經過混合從而達到均勻分布。

犁刀式混合機能適用粒徑范圍為32～840 μm物料顆粒混合，正因如此，所以對其軸端密封性能要求也較高，物料顆粒粒徑越小對其軸端密封性能要求越高。犁刀式混合機一般采用連續式工作制，軸端密封零部件一直與物料顆粒接觸，相較其它零部件更易磨損，其維修頻率一般較高，因此軸端密封零部件維修工作的便利性是犁刀式混合機設計者和使用者一直追求的目標，是評價犁刀式混合機性能優劣的主要指標之一，直接關系到企業的生產效率及利潤，尤其是大型犁刀混合機的維修性對企業的生產效率及利潤影響更大，所以提高犁刀式混合機的維修性對提高犁刀式混合機整體性能具有重要意義。因軸端密封零部件與傳動類零部件直接配合，所以犁刀式混合機的傳動方案設計優劣是影響其維修性的關鍵因素。

筆者以犁刀式混合機傳動方案設計為研究對象，通過設計兩種傳動方案，以軸端密封零部件的維修性為評價指標，分析傳動方案的優缺點并提出缺點解決措施，為犁刀式混合機傳動方案設計提供參考和依據。

1 傳動方案分析

1.1 帶聯軸器傳動方案分析

圖1為帶聯軸器式傳動方案，傳動部件主要由減速電機、聯軸器、軸承、攪拌軸組成。

在圖1的傳動方案中，因軸端密封組件設計在軸承座上，具有結構形式簡單、安裝簡單等優點。但同時也存在以下缺點。

圖1 帶聯軸器傳動方案簡圖

(1) 如要維修減速電機側軸承座時，軸承座從端板組件上往左頂卸出來之前一瞬間，需將攪拌軸支撐起來，不然整個攪拌軸瞬間處于懸臂狀態，沖擊腔體內壁，損壞腔體。尤其是當犁刀混合機安裝在非常緊湊的空間時，支撐攪拌軸的操作非常不方便。

(2) 如要維修減速電機側軸承座時，當軸承座從端板組件往左頂卸出來后，還需要將整個軸承座往左從攪拌軸上推卸下來，這個時候攪拌軸不能處于支撐狀態，否則無法從攪拌軸上推卸出軸承座。

(3) 當維修完成時，將軸承座裝入攪拌軸之前，攪拌軸不能處于支撐狀態，否則軸承座無法裝入攪拌軸上。當軸承座裝入攪拌軸后，攪拌軸又要處于支撐狀態，否則軸承座無法裝入端板組件上的軸承座定位止口，以實現正確配合。可見，維修工作非常不方便。

(4) 維修時首先應將傳動部件從聯軸器處斷開，再將減速電機、聯軸器往左移動，最后將整個軸承座往左推卸出來。可見，整個維修過程復雜且工作量非常大。

帶聯軸器傳動方案安裝簡單，主要是因為聯軸器及軸承具有在垂直和水平方向上的位移補償能力，安裝精度要求較低。因軸承的位移補償能力受軸承座內孔與攪拌軸外圓配合處間隙ζ限制，所以減速電機輸出軸與攪拌軸通過聯軸器連接時，其在垂直和水平方向上的位移補償范圍由聯軸器的位移補償能力決定[6]。

1.2 帶聯軸器傳動方案缺點及解決措施

為解決上述傳動方案中的缺點，經分析，采取如下解決方法。

(1) 從結構設計上，將軸承座和軸端密封組件設計為分離的形式，軸承選用帶座外球面球軸承，軸端密封組件與端板組件連接。見圖2。

(2) 軸承座和軸端密封組件設計成軸向剖分式結構及選用剖分式結構密封件。

(3) 軸端密封組件與帶座外球面球軸承在軸向方向預留長度為L的安裝拆卸空間。見圖2。

圖2 分離形式的聯軸器傳動方案簡圖

采取上述措施后，在維修軸端密封組件時不需要將攪拌軸支撐起來，且也不需要將軸端密封組件從攪拌軸上推卸出來，從而節省維修工作量，提高了維修工作效率，使問題得以解決。但犁刀式混合機軸向長度尺寸將有一定的增加。

1.3 減速電機與攪拌軸直連傳動方案分析

犁刀式混合機傳動方案還可以采用直連的結構形式，即減速電機輸出空心軸不通過聯軸器直接與攪拌軸連接，軸端密封組件設計在軸承座上。見圖3。

圖3 減速電機與攪拌軸直連傳動方案簡圖

傳動方案采用直連的結構形式的優點是：大大減少軸向尺寸、設備整體重量得到降低、結構簡單，緊湊、成本也相應得到了降低。缺點如下所述。

(1) 因為沒有通過聯軸器連接減速電機輸出軸和攪拌軸，從而沒有了聯軸器在垂直和水平方向上的位移補償能力，如此處軸承選用的是調心滾子軸承，因其允許軸承內圈對外圈軸線有1.5°～2.5°的偏斜量，從而具有較大的位移補償能力。但是由于攪拌軸為雙支點軸承支撐，其補償量由軸承座內孔與攪拌軸外圓配合處間隙ζ決定，而軸端密封處的間隙量ζ一般是2～3 mm，在減速電機支撐座與軸承座不是同一裝配基準(端板組件上軸承座定位止口軸線)的情況下，2～3 mm的補償量用來調整減速電機的位置來保證減速電機輸出軸與攪拌軸之間的同軸度誤差要求顯然是不易操作的，很容易使得減速電機不是由攪拌軸支撐就是支撐攪拌軸，這樣將會增加裝配工藝難度及后續維修難度。

(2) 因軸承座上設計有軸端密封組件，在維修減速電機側軸端密封裝置時，其操作順序為：首先需將減速電機往左推出與攪拌軸斷開，再從端板組件上頂出軸承座，最后將軸承座往左從攪拌軸上推卸出來。可見，整個維修過程也較復雜且工作量大。

(3) 如軸承座內孔與攪拌軸外圓配合處間隙ζ為軸端氣密封通道，在調整減速電機輸出軸與攪拌軸之間的同軸度誤差時，使得軸承內外圈偏斜一定的角度，則軸端氣密封通道寬度沿圓周方向將分布不均勻，將會使得軸端氣密封失效。

1.4 減速電機與攪拌軸直連傳動方案問題及措施

為解決上述傳動方案中的缺點，經分析，采取如下解決方法。

(1) 結構設計上，將減速電機支撐座與軸承座統一為以端板組件上軸承座定位止口軸線l為同一裝配基準，加工尺寸d至大于理論尺寸，最后通過在減速電機底座與減速電機支撐座之間增加調整墊片來保證減速電機輸出軸與攪拌軸之間的同軸度誤差要求。見圖4。還可以在減速電機支撐座上設計螺桿螺母，用來調整減速電機在垂直和水平方向上的位置，以保證同軸度誤差要求。

圖4 減速電機與軸承座為同一裝配基準結構簡圖

(2) 結構設計上，可將軸承座和軸端密封組件設計成軸向剖分式結構及選用剖分式結構密封件。

(3) 結構設計上，還可將軸承座和軸端密封組件設計為分離的形式，軸承選用帶座外球面球軸承，軸端密封組件與端板組件連接，軸端密封組件與帶座外球面球軸承在軸向方向預留長度為L的安裝拆卸空間。見圖5。

(4) 軸端密封組件采用端面密封或機械結構式密封，不采用氣密封結構形式或增加氣密封通道寬度，以降低氣密封通道寬度沿圓周方向分布不均勻對氣密封效果的影響。

采取上述措施后，提高了軸端密封的可靠性，維修時不需要將軸端密封組件從攪拌軸上推卸出來，從而使問題得以解決，但需精確調整減速電機輸出軸與攪拌軸之間的同軸度，而減速電機的重量較其它傳動部件要重得多，可見此種傳動方案增加了裝配工藝難度，如采用圖5傳動方案，其軸向長度尺寸介于圖2傳動方案和圖1傳動方案之間。

2 結 論

(1) 采用軸承座和軸端密封組件分離的帶聯軸器傳動方案，在維修軸端密封組件時不需要將攪拌軸支撐起來，且也不需要將軸端密封組件從攪拌軸上推卸出來，從而節省維修工作量，提高了維修工作效率。但犁刀式混合機軸向長度尺寸將有一定的增加。

(2) 采用軸承座和軸端密封組件為分離形式的直連傳動方案，在維修軸端密封組件時不需要將軸端密封組件從攪拌軸上推卸出來，但需精確調整減速電機輸出軸與攪拌軸之間的同軸度，增加了裝配工藝難度，其軸向長度尺寸介于圖2傳動方案和圖1傳動方案之間。

(3) 采用軸承座和軸端密封組件分離的傳動方案，可大大減少軸端密封組件維修時的工作量，維修工作簡單，維修效率得到了較大提高。