进口与国产辊压机减速机的比较与优化分析

罗 方,王 昆

(江苏省金象传动设备股份有限公司，江苏 淮安 223001)

进口与国产辊压机减速机的比较与优化分析

罗 方,王 昆

(江苏省金象传动设备股份有限公司，江苏 淮安 223001)

比较分析国内常见德国进口辊压机减速机P2SA33和国产辊压机减速机JGR3240的承载能力和结构特点，提出了优化辊压机减速机的方法。采用强度系数逐级递减的设计准则，优化了整机承载力；采用调心滚子轴承+圆柱滚子轴承的配置方法，优化了轴承结构；使整机承载性能提高了40%，使其更具市场竞争力。

辊压机减速机；P2SA33；JGR3240

0 前言

辊压机作为节能、高效的重要粉磨设备具有广阔的市场前景。辊压磨与球磨的组合是比较常见的配置，即前者作为预粉磨后者作为终粉磨，这样能够使磨增产30%～200%，节约用电10%～30%[1,2]。如图1所示，辊压机由一个固定辊与活动辊组成，通过挤压来粉碎物料，每套辊压磨都需配备两套传动系统。减速机是辊压机的主传动设备属于核心设备，其可靠性决定了辊压机能否正常运行。

图1 辊压机工作原理及工作现场

早期国内辊压机减速机市场被国外产品垄断，其中以德国Flender的PLANUREX2[3]系列行星减速机为代表。随着国产减速机的不断进步，近些年国内中信重工、重庆齿轮箱厂等企业通过引进-吸收-创新的方法开发了此类减速机，并占据了一定的市场份额。

1 辊压机减速机的典型结构

辊压机减速机成对悬挂安装于辊压机固定辊和活动辊上，且减速机在同一侧，外型尺寸受磨辊中心距的限制，同时辊压磨的冲击也很大，因此减速机既要承载能力强、结构紧凑，重量轻，又要具备高可靠性。综上情况采用了高功率密度的行星传动结构。根据国家建材标准JC/T878.5-2010辊压机用减速机标准[4]中规定的两种结构，一种是两级传动(双级行星)结构，还有一种是三级传动(平行+双级行星)结构。JGR3240外形同标准JGXZ62外形及结构如图2所示。

图2 三级传动辊压机减速机外形、结构图

2 P2SA33与JGR3240辊压机减速机的比较分析

2.1 主要性能参数的比较分析

表1所示为P2SA33与JGR3240辊压机减速机主要参数，从表1可见，重量相当的辊压机减速机，进口产品的承载能力约是国产减速机的1.46倍。齿轮强度校核依据GB/T3480-1997，进口减速机与国产减速机在前两级的安全系数较接近，但末级强度区别较大，国产减速机是按照逐级递减的强度均衡理念设计的，而进口减速机的各级强度虽然也是逐级递减，但末级强度比前级下降超过40%。

从使用厂家了解，该P2SA33减速机已正常运行了十几年没有拆箱，最近由于减速机运行时噪声和振动值偏高，润滑油里出现了金属杂质，开箱检查发现末级的太阳轮出现了较大面积的点蚀，如图3所示，其它级齿轮啮合印痕较好并无明显点蚀现象。

表1 参数对比表

图3 P2SA33整机和太阳轮图

根据表1及上述情况可以看出：进口辊压机减速机齿轮强度配置看似不符合常见设计习惯但能满足实际需求；进口辊压机减速机末级齿轮强度的确是整机最薄弱的，与强度计算是吻合的；国产辊压机减速机强度均衡，但末级强度偏大；在外形尺寸不变的前提下，国产辊压机减速机承载能力还有增强空间。

2.2 局部结构的比较分析

2.2.1 高速级轴承配置比较分析

P2SA33的高速级轴承，采用背对背安装的圆锥滚子轴承+圆柱滚子轴承的配置，如图4所示。此配置特点是承载能力强，特别是承担轴向力的能力，但对轴承的极限转速要求高，通常需要选择SKF或FAG品牌的进口轴承。

图4 高速级轴承配置

JGR3240的高速级轴承，采用两只圆柱滚子轴承+四点接触球轴承的配置(图4)。此配置特点是轴承的极限转速高、拆装方便，适用于输入轴直径大，转速1 500 r/min的场合，但承载轴向力能力较差，在设计时需减小平行轴齿轮副的螺旋角，从而削弱了平行轴齿轮副的强度。

高速级轴承配置形式具体选择哪种配置，要根据企业的设计准则和生产能力进行选择[5]。

2.2.2 出轴密封结构比较分析

P2SA33的出轴采用骨架油封+密封盖+整体透盖的密封结构，如图5所示。此结构在采用浸油润滑，箱体油位较高时较适用，且防尘效果好，但更换油封时需要将联轴器拆掉，操作不方便。

图5 减速机出轴密封结构

JGR3240的出轴采用盘根+哈夫透盖+甩油环的机械迷宫密封结构。此结构适合强制润滑，箱体不存油的场合，同时省去了更换油封时需拆联轴器的麻烦。出轴密封结构要根据减速机润滑方式的不同做出适合的选择。

2.2.3行星架的浮动结构对比

P2SA33一级行星架不是浮动件，只有通过行星轮中的调心轴承实现小范围的角度偏移，如图6所示。此结构不足是浮动件少所以对加工精度要求较高。优点是齿套处齿形与二级太阳轮齿形一致可一同磨齿加工，所以强度高、结构紧凑且加工方便。

图6 减速机行星架的浮动结构

JGR3240一级行星架与二级太阳轮采用鼓形齿联接，同时太阳轮头部安装了球顶(图6)。优点是行星架的浮动效果明显增加，同时各部件加工精度要求可低于前一种结构。不足是齿式联轴器处的强度较薄弱，二级太阳轮两段齿形需分别加工同时两齿形间距需拉长(磨齿时退刀空间)。

3 辊压机减速机的优化方法

近年来国产辊压机减速机的生产能力有了长足的进步，但从表1可见与国外产品在承载能力、可靠性等方面还有一定的差距，而国外产品吨位价是国产的3倍以上。通常，国内厂家替代进口产品的做法是加大规格；现在，根据上述分析结果，并运用专业软件，对辊压机关键参数及结构进行优化配置，可在不增大规格的前提下，提升产品性能，满足用户要求，提升产品的竞争力。

3.1 整机承载能力的优化

根据重庆齿轮箱厂的JGR3240外形图(图2)，设定辊压机减速机的优化设计目标，运用专业设计软件设定约束条件，采用强度系数逐级递减的设计准则，提高整机的承载能力。

设定输入功率P=1 600 kW，输入转速n=1 490 r/min，速比i=80，使用系数KA≥2.5，各级强度逐级递减。

平行轴传动件承载能力优化：通过设定中心距A=400，小齿轮齿数范围Z=18～20，螺旋角β=11～13°，齿宽系数0.4～0.45，速比2～2.5，弯曲强度系数SF、接触强度系数SH等约束条件，筛选出最优的齿轮参数。

一级、二级行星承载的优化：两级行星的设计必须相互协调，否则容易出现两级行星强度差距大、外形不匹配等问题。首先应分配好两级行星的速比，再根据减速机的外形尺寸优化各级行星传动的中心距、齿数、模数等。

具体优化方法：一级行星传动速比i=7左右，二级行星传动速比i=5左右；一级行星由于转速较高，均载要求高，所以行星轮采用3分流，二级行星由于速度较低，承载高，空间狭小，所以行星轮采用4分流；二级行星传动压力角由20°改为25°，可进一步提高末级齿轮强度约10%。

通过以上优化过程，减速机的齿轮强度计算结果：平行轴传动KA=2.5，SF=2.1、一级太阳轮KA=2.5，SF=1.8、二级太阳轮KA=2.5，SF=1.4，SF由高速级到低速级逐级减小，达到承载能力加强的优化目标。

3.2 高速级轴承结构的优化

已知输入功率1 600 kW，输入转速为1 490 c/min，输入轴直径为160 mm，选择轴承时既要考虑轴承的承载能力又要考虑轴承的极限转速，综上情况输入轴轴承配置选用：调心滚子轴承+圆柱滚子轴承(图7)。调心滚子轴承可承担较大的齿轮轴向力，高速级齿轮可选择10°～13°的较大螺旋角，可有效提高高速级齿轮强度；此配置对两轴承孔的同轴度误差不敏感；设计时齿轮轴的齿部最大直径必须小于左端轴承外圈的台阶，以方便拆装。

图7 高速齿轮轴轴承结构

除以上优化方法，再运用有限元分析软件对辊压机减速机的重要部件进行分析并优化；运用精确齿轮修形技术对各级齿轮的齿廓和齿向修形，都可提升辊压机减速机的综合性能。

4 总结及展望

本文通过对国内市场常见的两种外形尺寸及重量相当的辊压机减速机，德国进口Flender的

P2SA33和国内重庆齿轮箱厂生产的JGR3240两种机型，分析其承载能力和结构特点，比较其优缺点。再运用先进的设计方法，在不改变外形尺寸前提下优化齿轮设计，从而使整机承载性能提升40%。目的是进一步提高国产辊压机减速机的性能，使其更具市场竞争力。

[1] 田桂萍，杜鑫，崔源声.国内外水泥粉磨工艺和技术发展现状[A]//2014第六届国内外水泥粉磨新技术交流大会论文集[C].杭州，2014.

[2] 王宇航，赵玉良．辊压机行星减速器的使用[J]．水泥技术，2010(05) ．

[3] SIEMENS. PLANUREX2系列行星齿轮箱[M/OL]．www.siemens.com.cn．

[4] 中国建材标委会．JC/T878.5-2010 泥工业用硬齿面第五部分：辊压机用减速机[S]．北京：中华人民共和国工业和信息化部，2010.

[5] 赵铜剑，庞杭州.辊压机行星减速器设计中的几个问题[J].水泥工程，2016(04).

[6] 齿轮手册编委会.齿轮手册(2版)[M].北京：机械工业出版社，2000.

Analysis on rolling press reducer of home and abroad

LUO Fang,WANG Kun

(Jiangsu Jinxiang Transmission Equipment Co.,Ltd.,Huaian 223001,China)

This paper compared the load capacity and structure features of the Germany imported rolling press P2SA33 with home one JGR3240.It proposed a series of optimized home-made reducer method, such as decreasing strength coefficient as its design criterion to get a better whole carrying capacity.The bearing structure was better through self-aligning roller bearing+cylindrical one.The method further enhanced the performance of homemade rolling press reducer up to 140%,which made it more competitive.

rolling press reducer;P2SA33;JGR3240

TG457

A

1001-196X(2017)05-0055-04

2017-01-06；

2017-02-09

罗方(1983-)，男，江苏淮安人，硕士研究生，江苏省金象传动设备股份有限公司主任工程师。