Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Приводы цементных мельниц относятся к категории тяжелонагруженных механизмов, работающих в условиях повышенных динамических нагрузок, вибраций и температурных перепадов. Соединительные муфты в таких системах выполняют критически важные функции: передачу крутящего момента от электродвигателя к редуктору и далее к барабану мельницы, компенсацию неизбежных погрешностей монтажа и температурных деформаций, а также демпфирование ударных и вибрационных нагрузок.
Шаровые и трубные мельницы, используемые для помола клинкера, сырьевой муки и угля, работают при мощностях привода от сотен киловатт до нескольких мегаватт. Крутящие моменты на тихоходных валах редукторов достигают значений 500-4000 кН*м, что предъявляет особые требования к прочности и надежности соединительных элементов.
В приводах цементного оборудования применяются различные типы соединительных муфт, выбор которых определяется конструктивными особенностями привода, величиной передаваемого момента и условиями эксплуатации.
По функциональному назначению муфты для цементного оборудования подразделяются на несколько категорий. Жесткие компенсирующие муфты обеспечивают передачу момента за счет подвижности практически жестких деталей, что характерно для зубчатых и кулачково-дисковых конструкций. Упругие муфты компенсируют несоосность за счет деформации эластичных элементов, одновременно снижая динамические нагрузки. Упруго-демпфирующие муфты дополнительно обеспечивают поглощение энергии колебаний благодаря внутреннему трению в материале упругих элементов.
Зубчатые муфты являются наиболее распространенным типом соединительных устройств в главных приводах цементных мельниц. Согласно ГОСТ Р 50895-96, данные изделия предназначены для соединения соосных горизонтальных валов с передачей крутящих моментов от 1000 до 63000 Н*м при рабочих температурах до 120 градусов Цельсия.
Конструкция зубчатой муфты включает две втулки с внешними зубчатыми венцами, насаживаемые на концы соединяемых валов, и разъемную обойму с двумя внутренними зубчатыми венцами. Зубья выполняются с эвольвентным профилем в соответствии с ГОСТ 13755-2015, угол зацепления составляет 20 градусов. Обоймы соединяются болтами без зазора, что обеспечивает надежность и прочность соединения.
Согласно ГОСТ Р 50895-96, степень точности зубчатого зацепления определяется окружной скоростью на делительной окружности. При скорости до 5 м/с допускается 9-я степень точности, от 5 до 15 м/с требуется 8-я степень, а при скоростях свыше 15 м/с - 7-я степень точности по ГОСТ 1643-81.
Зубчатые венцы втулок изготавливаются с бочкообразной модификацией профиля, что обеспечивает благоприятное распределение контактных напряжений при наличии углового перекоса валов. Заготовки втулок и обойм выполняются коваными из сталей марок 35ХМ по ГОСТ 4543-2016 или 40, 45, 50 по ГОСТ 1050-2013. Литые заготовки изготавливаются из сталей 40Л, 45Л, 50Л по ГОСТ 977-88. Твердость поверхности зубьев составляет 42-51 HRC.
Для соединения валов с применением промежуточного вала используются муфты типа МЗП, представляющие собой комплект из двух муфт. Данная конструкция позволяет компенсировать значительные радиальные смещения осей соединяемых валов, что актуально при монтаже крупногабаритного оборудования на отдельных фундаментах.
Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) по ГОСТ 21424-93 широко применяются в приводах цементного оборудования для соединения электродвигателя с редуктором. Данные изделия предназначены для передачи крутящего момента от 6,3 до 16000 Н*м с одновременным уменьшением динамических нагрузок.
Конструкция МУВП включает две полумуфты, стальные пальцы и упругие резиновые втулки. Ведущая полумуфта имеет закрепленные пальцы, которые входят в отверстия ведомой полумуфты. Упругие втулки, надетые на пальцы, воспринимают нагрузку от ведомой полумуфты и передают момент через силы трения и контактное давление.
Упругие втулки изготавливаются из резины с пределом прочности при разрыве не менее 8 МПа, относительным удлинением при разрыве не менее 300%, относительным остаточным удлинением не более 24% и твердостью 60-75 условных единиц по Шору А. Современные конструкции также используют полиуретановые втулки, обладающие повышенной износостойкостью и сроком службы, превышающим резиновые аналоги в 2-3 раза.
Муфта упругая втулочно-пальцевая 250-40-1 У3 ГОСТ 21424-93 означает: номинальный крутящий момент 250 Н*м, диаметр посадочного отверстия 40 мм, исполнение 1, климатическое исполнение У, категория 3.
В приводах цементного оборудования, где критически важно снижение вибраций и защита от ударных нагрузок, применяются специализированные виброгасящие муфты. Данные устройства обеспечивают передачу крутящего момента с одновременным поглощением колебательной энергии.
Виброгасящие свойства муфт обеспечиваются наличием упругих элементов из полиуретана или резины, которые работают на сдвиг при передаче момента. Полиуретан обладает достаточной жесткостью для надежной фиксации валов и упругостью для поглощения ударных вибраций. Демпфирование происходит за счет внутреннего трения в материале упругого элемента.
Конструктивно кулачковые виброгасящие муфты состоят из двух полумуфт из алюминиевого сплава или стали, между которыми размещена демпферная прокладка из полиуретана. Такие муфты способны компенсировать угловую несоосность до 1 градуса и радиальное смещение до 0,5 мм при диаметрах валов до 20 мм.
В главных приводах цементных мельниц для снижения вибраций между валом двигателя и входным валом редуктора устанавливаются эластичные муфты. Согласно рекомендациям производителей оборудования, такие муфты особенно эффективны в вертикальных мельницах, где упорный подшипник редуктора воспринимает значительные статические и динамические усилия измельчения.
Упругие муфты с торообразной оболочкой по ГОСТ Р 50892-96 и ГОСТ 20884-82 представляют собой высокоэффективные устройства для соединения валов в условиях значительных динамических нагрузок. Диапазон передаваемых моментов составляет от 20 до 40000 Н*м.
Муфты выпускаются двух типов: тип 1 с оболочкой выпуклого профиля и тип 2 с оболочкой вогнутого профиля. Упругий элемент выполняется из резины, армированной специальным кордом. Для ответственных применений используются резинокордные оболочки, срок службы которых составляет не менее 10 лет при соблюдении условий эксплуатации.
Муфты с торообразной оболочкой допускают соединение валов с угловым перекосом до 2 градусов, радиальным смещением до 4 мм и осевым смещением до 6 мм при угле закручивания 5-30 градусов. Муфты с вогнутым профилем оболочки способны компенсировать угловые перекосы до 4-6 градусов, радиальные смещения до 6 мм и осевые до 9-11 мм, что является существенным преимуществом при монтаже оборудования на отдельных фундаментах.
При одинаковом передаваемом моменте муфта с вогнутой оболочкой имеет меньший наружный диаметр, допускает большие частоты вращения, и осевые силы на валы и опоры снижаются в 2-3 раза по сравнению с муфтой с выпуклым элементом.
Благодаря высоким демпфирующим свойствам и простоте конструкции, муфты с торообразной оболочкой широко применяются в приводах мельничного оборудования. Малая крутильная жесткость и высокая демпфирующая способность позволяют эффективно гасить крутильные колебания, возникающие при неравномерной загрузке мельницы.
Несоосность валов в приводах цементных мельниц возникает вследствие погрешностей изготовления и монтажа, температурных деформаций фундаментов и корпусов оборудования, а также упругих деформаций валов под нагрузкой. Различают три основных вида отклонений: радиальное смещение осей, угловой перекос и осевое смещение.
Согласно ГОСТ Р 50895-96, допускаемые зубчатой муфтой смещения валов определяются из условия, чтобы углы между осью обоймы и осью каждого вала не превышали 0 градусов 30 минут. Компенсация несоосности при работе муфты сопровождается скольжением в местах соприкасания зубьев, что определяет износ как основной критерий работоспособности.
Превышение допустимых отклонений для жестких муфт приводит к росту динамических нагрузок и может вызвать резонансные явления в системе привода. Снижение углового перекоса позволяет увеличить срок службы муфты и снизить потери крутящего момента.
Подбор муфты производится по величине расчетного крутящего момента с учетом условий эксплуатации. Расчетный момент определяется с использованием коэффициентов, учитывающих динамику привода и режим работы.
Мр = Мн * К
где:
Мр - расчетный крутящий момент, Н*м
Мн - номинальный крутящий момент, Н*м
К - коэффициент режима работы (1,0-2,5 в зависимости от типа привода)
Мн = 9550 * P / n
P - мощность привода, кВт
n - частота вращения вала, об/мин
9550 - коэффициент перевода единиц
Исходные данные: шаровая мельница с приводом мощностью 2000 кВт, частота вращения тихоходного вала редуктора 15 об/мин.
Расчет:
Мн = 9550 * 2000 / 15 = 1 273 333 Н*м = 1273 кН*м
Мр = 1273 * 1,7 = 2164 кН*м
Вывод: для данного привода требуется муфта с номинальным моментом не менее 2200 кН*м.
После определения требуемого момента производится проверка соответствия диаметра посадочного отверстия муфты диаметру вала. Минимальный диаметр вала по крутящему моменту определяется из условия прочности на кручение.
d >= корень третьей степени (16 * М / (пи * [тау]))
М - крутящий момент, Н*мм
[тау] - допускаемое напряжение на кручение, МПа (для стали 45 в нормализованном состоянии [тау] = 25-30 МПа)
Согласно ГОСТ Р 50895-96, монтаж зубчатой муфты следует производить с использованием специальных приспособлений в условиях, исключающих загрязнение и повреждение деталей. Контроль установки соединяемых валов производится по центрирующим буртикам на втулках.
При монтаже контрольные метки (риски) на впадине зуба обоймы и на выступе зуба втулки должны совпадать, а также должны совпадать контрольные метки на наружной поверхности буртов зубчатых обойм. Перекос оси каждой втулки в процессе эксплуатации относительно оси обоймы не должен превышать 0 градусов 30 минут.
Для уменьшения износа в обойму заливается жидкая смазка. При работе муфты допускается образование масляной пленки без каплеобразования в местах соединения. Не допускается вытекание смазки из муфт. Периодичность замены смазки определяется условиями эксплуатации, но не реже одного раза в год.
При технических осмотрах, обслуживании и ремонтах муфт с валов должна быть снята нагрузка, а привод отключен. Регулярному контролю подлежат состояние зубчатого зацепления, уровень и качество смазки, состояние уплотнений, величина износа упругих элементов в муфтах МУВП.
Для главных приводов шаровых мельниц рекомендуются зубчатые муфты типа МЗ или МЗП по ГОСТ Р 50895-96. Они обеспечивают передачу высоких крутящих моментов (до 63000 Н*м и более), компенсируют неизбежную несоосность при монтаже крупногабаритного оборудования и имеют высокую надежность. При необходимости плавного пуска применяются гидродинамические муфты в сочетании с зубчатыми.
Периодичность замены упругих втулок зависит от условий эксплуатации. При нормальном режиме работы резиновые втулки служат 2-4 года, полиуретановые - 4-8 лет. Замена требуется при износе более 20% от первоначальной толщины, появлении трещин, увеличении люфта в соединении. Рекомендуется проводить визуальный осмотр при каждом плановом ТО оборудования.
Согласно ГОСТ Р 50895-96, допускаемый угловой перекос для зубчатых муфт составляет не более 0 градусов 30 минут. Радиальное смещение для муфт различных типоразмеров варьируется от 0,5 до 4 мм. При комбинированной несоосности суммарный угол отклонения осей втулок относительно оси обоймы не должен превышать указанное значение.
Муфты с вогнутой оболочкой имеют меньший наружный диаметр при одинаковом передаваемом моменте, допускают большие частоты вращения и создают осевые силы на опоры в 2-3 раза меньше, чем муфты с выпуклой оболочкой. Вогнутые муфты компенсируют угловые перекосы до 4-6 градусов против 1,5-2 градусов у выпуклых. Однако муфты с выпуклой оболочкой более распространены и имеют более простую конструкцию крепления оболочки к полумуфтам.
Типоразмер определяется по расчетному крутящему моменту Мр = Мн * К, где Мн - номинальный момент (Мн = 9550*P/n), К - коэффициент режима работы (1,5-2,0 для мельниц). Номинальный момент муфты должен быть не менее расчетного. Дополнительно проверяется соответствие диаметра посадочного отверстия диаметру вала и допустимая частота вращения.
Для зубчатых муфт применяются индустриальные масла вязкостью ISO VG 150-320 или специальные консистентные смазки для зубчатых передач. При рабочих температурах до 80 градусов Цельсия рекомендуются масла на минеральной основе, при более высоких температурах - синтетические. Объем заливаемой смазки указывается в паспорте муфты.
Муфты МУВП по ГОСТ 21424-93 предназначены для передачи моментов до 16000 Н*м, что недостаточно для главных приводов крупных мельниц. Они применяются для соединения электродвигателя с редуктором в приводах малой и средней мощности, а также во вспомогательном оборудовании. Для главных приводов с моментами более 16000 Н*м используются зубчатые муфты.
Зубчатые муфты по ГОСТ Р 50895-96 работоспособны при температурах до 120 градусов Цельсия. Упругие муфты с резиновыми элементами эксплуатируются при температурах от -40 до +60 градусов Цельсия для исполнения У. При повышенных температурах резина теряет эластичность и быстрее изнашивается. Температурные деформации влияют на соосность валов и должны учитываться при центровке.
Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего информирования технических специалистов. Автор и издатель не несут ответственности за любые действия, предпринятые на основании информации, содержащейся в данном материале. Перед принятием технических решений необходимо обращаться к актуальным нормативным документам, проектной документации и консультироваться с квалифицированными специалистами. Все расчеты и рекомендации приведены в качестве примеров и не заменяют профессионального проектирования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.