滾筒式減速器(加載)試車方案的研究與應用

朱海鵬，石曉虎，梅 雪，孫萬喜

(寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏 石嘴山 753001)

0 引言

減速器作為一種較為普遍的傳動裝置,因其具有結構緊湊、傳動平穩、傳動比大以及承載能力強等優點被廣泛應用于航空航天、車輛系統、風電以及礦山機械等工程領域。減速器出廠前需要進行安標試車及出廠試車,即檢驗減速器的各性能參數。因此,需要根據減速器的外形和實質特點設計相應的試車工裝[1,2]。

1 試車試驗原理

試車的目的在于通過試驗,以驗證減速器各性能參數是否達到設計要求,是否聯接穩固和密封可靠。礦用減速器試車要求兩兩對拖,即試驗時由驅動直流電機(主試電機)拖動主試減速器,再通過傳動軸拖動陪試減速器,并與加載電機(陪試電機)相連。試驗內容包括空載正、反轉,額定功率的25%逐級加載至125%(超載),以及油池溫度、熱平衡、功率變化、振動、噪聲、有無漏油、環境溫度和實驗時間等等,并形成試驗報告。

礦用減速器的常規輸出形式為內、外花鍵聯接,對于輸出形式為全滾筒結構的減速器,主要特征體現在其輸出端為滾筒,無軸向聯接,而要完成試車就必須將兩臺同型號減速器的輸出端進行有效聯接,以傳遞扭矩。

2 輸出端聯接方式分析

對于無軸向輸出的滾筒式輸出,考慮其外形及實質特點,經研究討論,有且只能采用抱箍式聯接來實現扭矩傳遞。同時,為保證對拖的兩臺減速器同軸及聯接剛性,在兩臺減速器間增加聯接定位軸(過渡配合),聯接并支撐主、陪試減速器;而減速器輸入端的定位則由兩側試車臺架組、定位壓塊及銷軸進行固定,起到徑向防轉、軸向防竄的作用。為保證組裝過程的安全性,增加了輔助支撐座,既可以實時調整減速器的徑向高度,又可以在組裝完畢后靈活解除與減速器的接觸。圖1為滾筒式減速器試車布置圖,由主試電機提供動力,動力傳輸主要由以下三部分組成:

1-試驗平臺;2-主試電機;3-第一試車臺架組;4-主試減速器;5-半抱箍組件;6-陪試減速器;7-第二試車臺架組;8-陪試電機;9-減速器半聯軸器;10-輔助支撐座;11-電機半聯軸器

(1) 主試減速器的輸入軸穿過第一試車臺架組后與主試電機的輸出軸之間通過第一聯軸器組聯接。

(2) 定位傳動機構的左、右兩端分別聯接主、陪試滾筒式減速器輸出端。

(3) 陪試減速器的輸入軸穿過第二試車臺架組后與陪試電機的輸出軸之間通過第二聯軸器組聯接。

通過綜合分析,該裝置能夠較好地支持滾筒式減速器的出廠試車作業。

其中,圖1中的定位傳動機構由中心定位聯接軸(見圖2)、一對半抱箍及連接緊固件組成,所述定位聯接軸的兩端分別聯接主、陪試減速器固定端,抱箍為半圓筒型結構,其內徑與主、陪試減速器的輸出端外徑(膠層厚10 mm)相同,兩個半抱箍上下相對設置,抱箍兩側分別用三組螺栓、螺母及彈墊固定,完成主、陪試減速器間的聯接。

圖2 中心定位聯接軸

3 組裝及試驗

組裝過程:按圖1所示進行組裝,在試車試驗平臺上依次同軸布置好主、陪試電機(功率均為400 kW)以及第一、二試車臺架組,均暫時不固定。在合適位置固定主試電機,聯接相應電機半聯軸器及彈性盤(見圖3),將減速器半聯軸器組裝在主試減速器輸入軸上,平穩起吊該減速器,使其輸入端定位銷嵌入到第一試車臺架組(見圖4)相應位置上,用4個緊固螺栓和2個圓錐銷組裝定位壓塊(見圖5),另一端由輔助支撐座支撐(僅安裝階段支撐時用),并組裝中心定位聯接軸,組裝完成后,保證電機輸出軸與減速器輸入軸的同軸度≤0.05 mm,緊固主試電機、第一試車臺架組與試驗平臺的連接螺栓,以上組裝過程由天車輔助。

圖3 半聯軸器及彈性盤

圖4 第一(二)試車臺架組

圖5 定位壓塊

同理,順序組裝第二臺減速器,調整組裝間隙,組裝上、下抱箍,用螺栓、螺母各3件連接緊固上下抱箍,此時將未固定的第二試車臺架組緊固在試驗平臺上。完成以上組裝工序,再分別組裝半聯軸器、緊固陪試電機、第二試車臺架組與試驗平臺的連接螺栓,以上組裝過程全程由天車輔助,然后,將輔助支撐座分別從兩個減速器的空檔處取出。最后檢查各組裝定位情況,合適后,接通電源,開始試車,并記錄試驗數據。

空載正、反轉各15 min,正轉每隔5 min加載額定功率的25%,運行4 h,噪聲、振動等均正常,但隨著試車過程的進行,油溫不斷上升,當功率加載至額定功率的125%時,輸出端橡膠層有脫落、滑移現象(見圖6)。分析原因為未能充分考慮油溫對輸出端滾筒橡膠層粘結劑的影響,導致橡膠層與外滾筒間的粘結劑熱熔,抱箍結構與橡膠層的摩擦力不足以提供足夠扭矩以達到試車目的[3]。為解決出現的問題,需對工裝結構改進優化。

4 解決方案及措施

由于過載時溫度較高,為保護橡膠層且更好地聯接輸出端并傳遞扭矩,在半抱箍的上、下母線上各布置防轉定位銷,以提供足夠扭矩。

設傳動效率η=1,減速器輸出外壁做勻速運動。選用銷軸直徑為d,材質為40Cr,許用剪應力[τ]為211.1 MPa,銷軸的剪切強度應滿足的條件為:

(1)

其中:F為銷軸所受的切向力,計算公式為:

(2)

其中:m為滾筒總質量,取1 430 kg;v為滾筒表面線速度,取1.52 m/s;R為滾筒半徑,取340 mm。

由式(1)、式(2)計算可得,d=7.6 mm,結合減速器的自重以及減速器試車時啟停加載所受力不同,最終選擇d為26 mm的定位銷。

同樣,按“組裝及試驗”中組裝過程組裝,在抱箍上、下母線位置分別布置直徑為24 mm特殊定位防轉銷2件(見圖7),徑向連接抱箍、橡膠層及減速器外殼,再將防轉銷用M10的螺釘固定在半抱箍上(見圖8)。

圖7 特殊定位防轉銷

圖8 滾筒式減速器試車裝置的結構圖

5 結語

本文介紹了自行研發制造的輸出形式為全滾筒結構減速器試車方案的提出、評審、論證、試驗,并順利完成了(加載)試車驗證,試驗結果表明,減速器各項運行參數及密封性能均達到試車要求。該產品不僅拓寬了公司減速器業務板塊,同時為客戶提供了最優解決方案。目前用戶使用情況良好。