田明航,楊孝春
(深圳煙草工業有限責任公司,廣東深圳 518109)
改進真空回潮機主傳動軸銅套結構
田明航,楊孝春
(深圳煙草工業有限責任公司,廣東深圳 518109)
分析真空回潮機主傳動軸銅套磨損原因,確定潤滑不良是導致銅套更換頻次高的主要原因。比較兩種銅套自潤滑方案,確定“穿孔式”自潤滑銅套方案,并對“穿孔式”自潤滑銅套進行結構設計及分析,利用有限元分析軟件校核改進后銅套的結構強度,選取合適的潤滑脂并進行效果驗證。
銅套;自潤滑;穿孔式;有限元;結構強度
10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.37
真空回潮機是片煙處理的第一道工序,主要功能是回透煙葉,提高煙葉的溫度、水分,使煙葉變得柔軟、松散,提高其柔韌性及耐加工性。利用高溫殺死煙葉中的煙蟲及蟲卵,還可除去煙葉中的青雜氣,同時改善煙葉的色澤。真空回潮機傳動鏈條及傳動軸位于真空機箱體內部,工作中伴有高溫、高濕及負壓,環境極其惡劣,重達3.6 t的物料通過傳動鏈條輸送至真空箱體內部,傳動系統負荷較大。2016年上半年真空回潮機維修記錄(圖1)顯示,70%為銅套磨損故障,銅套1~2周更換一次。
圖1 真空回潮機2016年上半年故障分布
銅套主要應用在低速、重載、機械負荷沖擊較大的地方,它是滑動和轉動機械使用的一種減少摩擦、同時又傳遞推力和起到支撐固定作用的部件,用在回轉部位常稱作滑動軸承。銅套本身質地較軟,傳動軸旋轉時首先磨損銅套,對傳動軸起到保護作用。真空回潮機鏈式傳動系統不但低速、動載荷大,且內部伴有高溫、高濕及負壓,銅套內表面填充的潤滑油在惡劣工況下快速消耗,常使軸與銅套間形成干摩狀態,加速銅套的磨損(圖2)。銅套潤滑良好,才能延長銅套使用壽命。
真空機鏈式輸送傳動系統銅套安裝在軸承座內,銅套外圈與軸承座為過盈配合,軸穿入銅套內,軸與銅套內孔為間隙配合。在惡劣工況下,很難使用外部裝置輔助加油潤滑,真空機主傳動自帶一潤滑油杯,不能很好地實現相關部件的潤滑。因此,銅套的潤滑只能通過本身自潤滑方式解決。初選兩種自潤滑方式,分別為穿孔式和V槽式。
穿孔式自潤滑銅套,即在銅套側壁鉆若干錯開排列的孔(圖3),潤滑油儲存在孔內,軸轉動時,儲存在孔內的潤滑油均勻涂抹在軸的表面,使軸與銅套之間形成油膜,軸與銅套不發生直接接觸,以延長銅套的使用壽命。
圖2 銅套磨損狀態
V槽式自潤滑銅套是在銅套內表面沿環向開數排V形槽(圖4),潤滑油儲存在V形槽內部,軸轉動時,V形槽內的潤滑油涂抹在軸的表面,但遠離V形槽的軸表面接觸潤滑油的概率會有所下降,甚至可能無法得到正常潤滑。
通過分析對比兩種自潤滑銅套,確認穿孔式銅套潤滑油能比較均勻地接觸到軸表面,而V槽式可能存在潤滑盲區。從加工難易度考慮,穿孔式銅套易于加工,而V槽式則相對困難,銅套屬于易損件,易加工性,能提高效率,降低備件成本,因此穿孔式銅套明顯優于V槽式。
穿孔式自潤滑銅套即在原有銅套的基礎上鉆上若干個孔,孔內部儲存潤滑油??椎拇笮〖芭帕杏幸欢ㄒ?,即要保證銅套內部儲存足夠的潤滑油,也必須保證銅套的結構強度不受影響。假設銅套鉆孔的半徑為R,孔數為n,銅套壁厚為t,鉆孔前銅套內圈面積為S,鉆孔后銅套內圈損失的面積為S1,假定銅套內圈受力均勻為F,壓強為P,則儲油量用近似值用公式(1)表示;銅套內圈損失面積近似值用公式(2)表示;銅套內圈單位面積所承受的壓強用公式(3)表示。
由公式(1)和(3)得公式(4)。
由公式(4)可知,穿孔式自潤滑銅套的儲油量與銅套單位面積所承受的壓強成反比,即增加鉆孔數量,銅套結構強度降低。
為保證銅套結構強度的穩定性,穿孔的分布采用軸對稱式,即穿孔的排列沿銅套軸向對稱,同時,為保證旋轉軸潤滑的均勻性,穿孔錯開排列,實際加工中鉆頭有規定的尺寸,為保障加工的方便性,結合銅套本身結構尺寸,對銅套鉆孔采用3—2—3排列,3孔4對,2孔4對,且軸對稱,鉆孔直徑5 mm,見圖3。結合公式(1)及圖3可知,改進后穿孔式自潤滑銅套儲油量1962.5 mm3。
為確認改進后銅套的結構強度不受影響,利用有限元分析軟件對改進前后銅套進行模擬分析,如圖5所示,改進前后銅套應力應變分布未發生較大改變,滿足強度要求。
根據銅套的使用環境及低速重載的運行狀態,查閱相關潤滑手冊及資料,確定選用紅鉬超PREMALUBE RED(高溫復合鋁基潤滑脂)作為潤滑脂。紅鉬超潤滑脂具有極好的熱可逆特性,優良的耐高溫特性,突出的抗擠壓特性,出色的抗磨損保護和良好的耐水性。
圖3 穿孔式自潤滑銅套
圖4 V槽式自潤滑銅套
圖5 改進前后銅套應力應變分布
改進后,2016年7月至2017年3月真空回潮機維修記錄顯示,真空機主傳動軸銅套更換周期由改進前的1~2周延長至2個月左右,延長了真空回潮機的平穩運轉時間。
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〔編輯 李 波〕