Муфты для приводов цементного оборудования

Введение: роль муфт в приводах цементного оборудования

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.

Типы муфт для цементных мельниц

В приводах цементного оборудования применяются различные типы соединительных муфт, выбор которых определяется конструктивными особенностями привода, величиной передаваемого момента и условиями эксплуатации.

Классификация по конструктивному исполнению

Классификация по функциональному назначению

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 для тяжелых приводов

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.

Конструктивные особенности

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.

Требования к точности изготовления

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.

Муфты типа МЗП

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.

Упругие втулочно-пальцевые муфты МУВП

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.

Принцип работы и конструкция

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.

Характеристики упругих элементов

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.

Виброгасящие и демпфирующие муфты

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.

Принцип виброгашения

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.

Кулачковые виброгасящие муфты

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.

Применение в цементной промышленности

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.

Муфты с торообразной оболочкой

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.

Конструкция и типы

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.

Компенсирующие свойства

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.

Области применения

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.

Компенсация несоосности валов

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.

Виды несоосности

Допускаемые смещения для зубчатых муфт

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.

Влияние несоосности на срок службы

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.

Расчет и подбор муфт

Подбор муфты производится по величине расчетного крутящего момента с учетом условий эксплуатации. Расчетный момент определяется с использованием коэффициентов, учитывающих динамику привода и режим работы.

Определение расчетного момента

Расчет номинального момента

Проверка по диаметру вала

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.

Монтаж и эксплуатация

Требования к монтажу зубчатых муфт

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.

Смазка зубчатых муфт

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.

Техническое обслуживание

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.

Вопросы и ответы