浅谈压榨机大功率挠性联轴器的应用

岑 跃，李天毅，傅其军

（1南宁糖业股份有限公司，广西南宁530022；2昆明克林轻工机械(集团)股份有限公司，云南昆明650102）

浅谈压榨机大功率挠性联轴器的应用

岑 跃1，李天毅2，傅其军1

（1南宁糖业股份有限公司，广西南宁530022；2昆明克林轻工机械(集团)股份有限公司，云南昆明650102）

阐述压榨机联轴器的形式、运用及压榨机联轴器的发展情况，对各种联轴器运用的原理进行分析，介绍大功率挠性联轴器在糖厂压榨机上的应用实践、使用特点。运行表明，应用大功率挠性联轴器后，提高了压榨机效能和生产安全率，降低了设备运行故障率，减轻维修强度，且有助于降低能耗。

甘蔗；制糖；压榨机；榨辊；挠性联轴器

0 前言

由于甘蔗物料有限的压缩性（也包括物料中的异物，如石块、铁块等杂物)以及甘蔗物料厚薄的变化，压榨机一般设计有一个或多个榨辊能够浮动并使用重物、弹簧、气动或液压的方式加载，以使用最大的安全压力施加至甘蔗物料上，保证甘蔗物料中的蔗汁能被充分压出。目前的三辊压榨机通常是允许顶辊浮动，并采用液压系统来保证施加在甘蔗物料上的压力。

压榨机的驱动一般是由传动系统（电机驱动减速机+传动齿轮、复合减速机、行星减速机等）通过压榨机顶辊的三星齿轮带动前后辊的三星齿轮来实现，由于压榨机顶辊的上下浮动，而传动系统为固定安装，故需要在压榨机与传动系统之间使用可挠性联轴器进行联接。

甘蔗糖厂现在使用的压榨机联轴器一般有方轴联轴器(Tail bar and couplings)、万向联轴器(Universal couplings)和挠性联轴器(Sling couplings)，下面分别介绍。

1 传统联轴器

1 1 方轴联轴器

压榨机的顶辊在工作时一般会在其不工作时的位置向上浮升10～15 mm，所以出现传动系统的末端输出轴与压榨机顶辊轴中心不重合的问题。

为解决这个问题，传统的做法是将压榨机的顶辊轴和传动系统的末端轴制作为方形轴头，两者之间的联接一般设置了一件1.5～3 m长的低碳钢方形连接轴（见图1），其每一端各用一件方孔尺寸较大

的套接式联轴节（留有3～6 mm的间隙）与压榨机的顶辊轴和传动系统的末端轴联接。在安装时，将传动系统末端轴的中心线高于压榨机顶辊允许抬升量的1/3或1/2，也就是说，如果压榨机顶辊的最大抬升量设定为30 mm，则传动系统末端轴的中心线应该高于压榨机顶辊最低位置10～15 mm。

图1 方轴联轴器

很多糖厂联接传动系统末端的方孔联轴节采用铸铁制作，联接压榨机顶辊轴端使用铸钢制作，在传动系统驱动压榨机运行的过程中，由于蔗料的不均衡或有异物进入压榨机时，会造成压榨机负荷增加或过载，这时铸铁联轴节会破裂，从而起到保护压榨机和传动系统作用。随着自动控制技术的发展，可以使用电动机的电流过载保护来实现设备的安全运行，故现在一些糖厂从生产安全率及设备运行故障率等方面考虑，已将两端的方孔联轴节均制作为铸钢。

虽然在方轴联轴器结构设计时考虑了方孔联轴节与方形轴之间的偏移，但由于驱动压榨机的扭矩较大，特别对于大型的压榨设备，在设备运行过程中方轴与方形孔的接触最初为线接触，而后方轴或方形孔发生一定变形，逐渐成为面接触，所以我们经常可以看到压榨辊轴、方轴及传动系统的末端轴被压溃的现象。而且在传递扭矩的过程中，方轴与方形孔是紧紧贴在一起的，在压榨机顶辊抬升时产生较大的摩擦力，虽然在摩擦副上进行了一定的润滑，但其灵活性仍会受到极大的影响。

对于这种形式的联轴器，方形轴越长，其角位移越小，越利于压榨机顶辊的升降。但由于顶辊抬升而形成的方孔联轴节与方形轴之间的连接角（≤2°），必然产生径向力、轴向力及弯矩，这些附加的分力及弯矩对方轴、压榨机输入轴及传动系统（或减速机）的输入轴将造成磨损，最终导致损坏而不能使用，并且由于分力和磨擦力的存在，增加了功率的消耗。有研究数据表明，当压榨机的顶辊轴和传动系统的末端轴之间的距离为2 m，偏移量为10 mm，传递的扭矩为950 kN·m时，其产生的轴向力为150 kN。由于允许偏移的量较小，产生的径向力并不大（约5 kN），但如此大的轴向力，对传动系统或减速机的轴承势必产生较大的影响，并降低了轴承的使用寿命。

由于方轴联轴器几乎为刚性连接，缺乏一定的柔韧性，在运行中应尽量避免压榨机顶辊出现抬升较大的情形，当顶辊在最大抬升位置工作时，由于方轴联轴器的约束，压榨机辊轴及轴承以及传动系统的末端轴及轴承的负荷会有较大的增加，直接影响了轴承及轴的寿命。

1.2 万向联轴器[1]

在我国，自上世纪80年代初期开始，将万向联轴器作为连接压榨机的榨辊轴和传动系统的末端轴的联轴器，当时主要应用于恒比压榨机上，为三输出轴形式，目前也用于顶辊传动的压榨机上，由联轴节、连接轴、滑块及销轴等构成（图2），联轴节分别固定安装在压榨机的榨辊轴和传动系统的末端轴的方轴头或扁头轴上，滑块通过销轴与联轴节和

连接轴联接，使得连接轴以销轴为中心摆动，而滑块又可以在联轴节内沿圆弧面滑动，从而可基本达到在各个方向均可位移的作用。在传递扭矩过程中整个装置基本为滑动副运动，避免了方轴联轴器由于刚性联接而产生的应力、约束、弯曲及破坏等因素，并可降低功耗，是一种较为灵活的的联接方式。

图2 万向联轴器

这种结构形式的联轴器可保证其足够的径向位移和所允许的轴向位移，所以产生的轴向力和径向力相对方轴联轴器而言减小了很多。由于联轴节结构的限制，其偏移角相对方轴联轴器大一些，约为4°左右，而方轴联轴器的偏移角为2°，也就是说，使用万向联轴器可相应缩短压榨机的榨辊轴和传动系统的末端轴之间的距离。

随着使用时间的增加，滑块会因磨损和挤压，出现“抱死”而增大动载荷，其轴向力和径向力也会增加。为了减少摩擦及磨损，使用时需对滑块处的摩擦副注油进行润滑。一般情况下，在安装时或设备运转之前，可通过设置的润滑点使用油枪对摩擦副注油，一旦设备开始运行，就只能通过人工使用稀油在摩擦副处以淋浴形式润滑，存在一定的安全隐患，操作不方便，而且润滑效果不理想，在运行中会有一些异常的摩擦声。

2 挠性联轴器

2.1 挠性联轴器发展及结构[2]

在糖业界，大家都非常熟悉前面所提到的方轴联轴器及万向联轴器的相关问题，随着在南非糖厂新的联轴器的设计出现后，这些问题得到了解决。

最初的设计源于1973年南非一家糖业公司的渗出器扩建项目，由于渗出器的驱动轴在运行过程中会产生热膨胀，所引起轴端的窜动约10 mm，他们当时将这种设计用于渗出器的驱动联轴器，避免了轴向力对驱动设备的影响，设计可传递的扭矩为2075 kN·m。其形式如图3所示。

扭矩通过驱动端的驱动支架经2个平行的链接传递到中间的“压缩”板，这些链接的结合处允许在驱动支架与压缩板之间上下或径向位移；另外2个平行链接将扭矩从压缩板传递至被驱动端的驱动支架，其结合处同样允许在被驱动支架与压缩板之间上下或径向位移。在各个链接处均设置了球面滑动轴承，允许该装置可以有轴向的位移。

当时安装的这套联轴器装置，其实际的位移量为：轴向位移约150 mm，角位移约5°，径向位移约100 mm，远远超出了预计的要求。从以上达到的位移数据来看，我们可将这种联轴器装置称为“多向位移”联轴器，也可称之为真正意义上的万向联轴器。

根据以上联轴器的雏形，出现了目前在压榨机设备中使用较多的“钢绳联轴器”，也称为“挠性联轴器”，其主要结构如图4所示，主要由4部分组成：①驱动支架及被驱动支架；②使用2对钢绳来传递扭矩；③2对弯曲的钢绳分别嵌入到驱动支架、被驱动支架及压缩板的沟槽中，这样就形成了链接式

联轴器的多向位移特征；④1套防止回转的装置用于压榨机停机或维护时防止其反转。

压榨机运行时，由于顶辊的浮动，驱动支架随顶辊轴一起运动，此时具有柔韧性的钢绳在驱动支架的“引领”下发生变形，该变形随即引起压缩板产生径向、轴向以及角度的位移，仅对被驱动支架的造成一定的径向力影响，实现了传递扭矩过程中的多向位移。

图3 链接式联轴器

图4 挠性联轴器

2.2 挠性联轴器的特点

（1）“挠性联轴器”在正常使用的情况下，仅在榨季结束后对其进行检查维护，主要是检查钢绳是否有断丝，其余基本免维护。

（2）由于“挠性联轴器”的驱动支架及被驱动支架与压榨机输入轴及传动设备或减速机的输出轴的联接为小间隙安装，不会出现像方轴联轴器那样对方轴的破坏和损伤现象。

（3）“挠性联轴器”基本消除了压榨机与传动系统或减速机之间的轴向力，使得压榨机及传动系统或减速机轴承的使用寿命得到极大的改善。

（4）“挠性联轴器”与“多向联轴器”相比较，在传动扭矩的过程中为单向旋转，且只能满足约60 mm的径向位移及约1°的角位移，但由于其类似分段式的设计，压榨机顶辊产生的径向位移和角位移并不会传递至传动系统或减速机而影响其正常工作。

（5）“挠性联轴器”对于不断变化的压榨机负荷而引起的扭矩变化来说，不会出现“卡死”现象，而“卡死”现象也是引起压榨机辊轴断裂的一个因素。

（6）“挠性联轴器”使得压榨机输入轴与传动设备或减速机输出轴之间的距离可以变得更短。在一个糖厂的改造项目中，车间厂房不能进行大的变动，其压榨机规格为1000×2000 mm，压榨机输入轴与减速机输出轴之间的距离仅为1000 mm，而正常情况下，这个距离一般为2000 mm[3]。也就是说，使用“挠性联轴器”可以大大缩短压榨机输入轴与减速机输出轴之间的距离，实际上也就可以减少厂房的跨距。

另外，有一个观念值得我们研究和注意，由于“柔性联轴器”在压榨机顶辊浮动时产生位移比较容易，而不像刚性联轴器那样生成各种附加力的约束，对压榨辊轴而言，减少了这些附加力对其产生应力的影响，降低了发生压榨辊轴断裂的几率。同时，对传动系统或减速机而言，其输出端轴承也因这些约束的减少，大大延长了其使用寿命。

2.3 大功率挠性联轴器在糖厂压榨机的应用实践

南宁糖业股份有限公司伶俐糖厂日榨甘蔗6000 t。在以前的榨季生产中，压榨机联轴器采用方轴联轴器。为了消除糖厂安全生产隐患，降低设备运行故障率，减轻维修强度，提高压榨机效能，提高生产安全率，实现节能降耗，2014/15年榨季，南宁糖业股份有限公司伶俐糖厂引进2套挠性联轴器应用于压榨机上，投入运行后，设备运行正常，提高了压榨机效能，提高了生产安全率，降低了设备运行故障率，减轻维修强度，有利于榨季均衡持续生产，可降低能耗，效果显著。

3 结语

大功率挠性联轴器在伶俐糖厂压榨机上应用后，根据2014/15年榨季的运行经验，提高了压榨机效能，提高了生产安全率，降低了设备运行故障率，减轻维修强度，有利于榨季均衡持续生产，可降低能耗，取得较好的经济和社会效益，值得在制糖、化工等行业推广。

[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] 甘蔗压榨机设计与计算编写组. 甘蔗压榨机设计与计算[M]. 北京：轻工业出版社，1987.

(本篇责任编校：朱涤荃)

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

岑跃(1958-)，男，南宁糖业股份有限公司副总工程师，高级工程师，主要从事制糖的生产技术管理工作；E-mail: cenyue58@126.com

岑跃，李天毅，傅其军. 浅谈压榨机大功率挠性联轴器的应用[J]. 甘蔗糖业，2015(5)：58-62.