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NE400板链斗式提升机非常见故障的分析与处理

点击数:8时间:2015-10-08 09:30:14 来源:百盛机械

摘要:NE400板链斗式提升机随着提升负荷的增大,传动链条又发生跳齿,链条无法正常运行。随着提升负荷的增大,减速机又发生平面滑移,联轴器对中发生错位,驱动装置振动较大。

板链斗式提升机是广泛应用于磷复肥生产中的主要设备。在安徽六国化工股份有限公司60万t/a磷复肥装置中,共有6台NE板链斗式提升机,其中2台为NE400板链斗式提升机,4台为NE300板链斗式提升机。4台NE300板链斗式提升机运行一直正常,而2台NE400板链斗式提升机驱动部分在投产初期曾多次发生非常见的设备故障。

2台NE400板链式斗式提升机是预筛喂料和造粒喂料的提升设备。预筛喂料斗式提升机型号为NE400×41500mm,提升量为460m³/h,提升高度为41.5m,电机功率为110kW,它的功能是将干燥机烘干的磷复肥中间产品从0m平面提升到41.5m平面后进入预筛中进行筛分,合格粒子进入成品系统,不合格粒子返回系统。造粒喂料斗式提升机型号为NE400×28500mm,提升量为460m³/h,提升高度为28.5m,电机功率为75kW,它的功能是将系统中的所有返料从0m平面提升到28.5m平面进入造粒机进行重新造粒。

1 NE400板链斗式提升机运行中出现的问题

2005年7月我公司三期磷复肥装置投产初期,2台NE400板链斗式提升机运行时,随着提升负荷的增大,出现减速机机身摆动,而且摆动幅度较大,最大幅度达3mm左右。减速机上梅花型弹性联轴器对中随减速机的摆动也有3mm左右的误差,造成梅花型弹性块使用寿命较短,平均只有8h左右。梅花型弹性块发生损坏后,联轴器形成铁与铁之间碰撞,随之发生联轴器损坏。

随着提升负荷的增大,传动链条又发生跳齿,链条无法正常运行。

随着提升负荷的增大,减速机又发生平面滑移,联轴器对中发生错位,驱动装置振动较大。

2 原因分析

上述问题主要是该2台斗式提升机驱动装置选型设计不当造成。标准配置的NE400板链斗式提升机,料斗速度为30m/min,斗容量为0.1825m³,输送量为380m³/h,减速机为平行轴减速机,传动链条受力状态为下紧上松,驱动装置钢平台由厂家配套提供等。我公司因空间布局所限,2台NE400板链斗式提升机在选型时进行了非标设计,料斗速度改为32.96m/min,料斗加宽使斗容量增加到0.208m³,提升量提高到460m³/h;减速机使用垂直轴减速机,传动链条受力状态设计为上紧下松;驱动装置钢平台改为买方自配等等。料斗速度提高和斗容增加,增大了驱动装置的受力;使用垂直轴减速机,传动链条受力状态采取上紧下松,传动链条受力方向设计为水平向上等因素,使得该设备驱动装置受力较大。因此,该配置的驱动装置对钢平台的强度要求较高,而买方自配的驱动装置钢平台未考虑到上述因素,造成了钢平台不能满足驱动装置所需的强度。2台NE400板链斗式提升机都是进行同样的非标设计,出现故障也一致。以预筛喂料斗式提升机为例进行分析如下。

1)驱动装置钢平台由买方自配,在设计钢平台时,未充分考虑非标配置的驱动装置的作用力和作用力方向。如图1所示,固定减速机两个钢梁的布置和减速机长度方向一致,在宽度方向上,两个钢梁只能承受较小的作用力,而该NE400板链斗提机驱动装置的配置是在宽度方向上产生了较大的作用力。

驱动装置在钢平台上的设置

图1 驱动装置在钢平台上的设置

2)使用垂直轴减速机,传动链条对减速机产生扭摆的方向和减速机联轴器对中误差产生振动的方向一致。减速机的扭摆,加剧了减速机联轴器对中的误差,联轴器的对中误差又加剧了减速机的振动,形成了正反馈。联轴器使用寿命只有8h。

3)附加在斗提机减速机输出轴上径向力的方向没有设计在减速机允许的角度范围内,减速机的稳定性较低。查该斗式提升机减速机说明书,附加在该减速机B3SH12-45输出轴中部的径向力方向允许为垂直向下偏左或偏右35°之内,而我公司该斗提机减速机传动链条受力方向为水平向上40°,力的方向和允许的方向偏差较大,如图2所示。

水平向上40°的径向力,可分解为两个部分:一部分是水平方向的径向分力,另一部分是垂直向上的径向分力。垂直向上的径向分力降低了减速机稳定性(见图2),而且影响较大。下面对比分析垂直向上的径向分力和垂直向下的径向分力对减速机稳定的影响。

减速机实际受力方向与允许受力方向比较

图2 减速机实际受力方向与允许受力方向比较

减速机螺栓的间距为185mm,螺栓到输出轴中间的间距为235mm(185mm的1.27倍),假设垂直向上和垂直向下径向分力相等,减速机自重和螺栓预紧力使基础对减速机产生的反作用力为4F0(每个螺栓处为F0),附加在减速机输出轴中间的垂直径向分力为F1。分析结果见图3。

减速机传动链条径向分力受力分析

图3 减速机传动链条径向分力受力分析

①垂直向上的径向分力对减速机产生的侧翻力矩为T=0.42F1N·m;垂直向下的径向分力对减速机产生的侧翻力矩为T=0.235F1N·m。同样大小的力,由于方向的不同,垂直向下的径向分力只有垂直向上产生的侧翻力矩的1/2左右。

②垂直向上的分力和减速机自重以及螺栓的预紧力使基础和减速机之间产生的总预紧力为4F0-F1N,而垂直向下的总预紧力为4F0+F1N。同样的力,由于力的方向不同,垂直向下比垂直向上的产生的总预紧力多2F1N。

③从受力状态分析,垂直向下的分力对减速机箱体总产生的为压应力,而垂直向上的分力对减速机箱体总产生的为拉应力。因减速机箱体为铸铁,箱体受压力比受拉力的状态好。

从上述3个方面分析可知,减速机制造商要求附加在减速机输出轴垂直向下的径向力在±35°之内,对减速机产生的作用力较小,利于减速机的稳定。而我公司该斗提机减速机传动链条受力方向为水平向上40°,垂直向上的径向分力较大,不利于减速机的稳定。

4)附加在该斗提机减速机输出轴上额外的径向力较大,超过减速机允许的范围。查该斗式提升机减速机说明书,减速机允许附加的径向力在垂直向下时允许的径向力为最大,在偏左或偏右35°时允许的径向力最小。垂直向下偏右35°时(如图2所示的A和C布置),允许的径向力为85kN;垂直向下偏左35°时(如图2所示的B和D布置),允许的径向力为50kN。我公司该斗提机减速机为A和C布置,传动链条受力方向为水平向上40°产生额外受力。该斗提机的斗容为0.208m³,填充率为70%,提升侧料斗的个数为72个,密度为1000kg/m³。电机功率为110kW,料斗的速度v=32.96m/min,减速机速比i=45,电动机转速n=1440r/min,减速机输出轴小链轮分度圆半径R=0.192mm,减速机质量为3.5t,该斗提机电机功率为110kW属于满载启动负荷,只在突发事件时使用。下面以满载正常运行时,对其进行受力分析。

按径向力方向在偏右35°时(A和C布置),水平方向允许的径向分力:

F允许水平分力=85×sin35°=48.8kN

垂直方向允许的径向分力:

F允许垂直分力=85×cos35°=69.7kN

侧翻扭矩:

T允许侧翻扭矩=0.235×69.7kN=16.4kN·m

水平向上40°时水平和垂直径向分力为:

G≈斗容积×填充率×提升侧料斗的个数×密度

=0.208×70%×72×1000≈10000kg

P=G×9.8×v/60=10000×9.8×32.96/60×10-3≈55kW

实际满载运行时,现场电流表为120A左右,经验算也是55KW左右。

T=9550×P/(n/i)=9550×55/(1440/45)=16.4kN·m

F=T/R=16.4/0.192=85.4kN

F水平分力=F×cos40°=85.4×cos40°≈65.1kN

F垂直分力=F×sin40°=85.4×sin40°≈54kN

T侧翻扭距=0.42×54=22.68kN·m

式中:P———为满负荷运行时工作负荷,kW;

G———为料斗内所有物料的总量,kg;

T———为满载运行时减速机输出扭矩,kN·m;

F———为满载运行时减速机输出轴上额外的径向力,kN;

F水平分力———为额外的径向力在水平方向的分力,kN;

F垂直分力———为额外的径向力在垂直方向的分力,kN;

T侧翻扭距———使减速机产生侧翻的扭距,kN·m。

根据2.3条受力分析结果可以推出,径向力方向在水平向上40°时的允许的径向力应比垂直向下35°方向时允许的径向力要小,根据上面公式可知:

实际的径向力F为85.4kN,大于垂直向下35°方向时允许的径向力85kN;F水平分力水平径向分力为65.1kN,大于允许48.8kN;F垂直分力为54kN,按图2所示的受力分析结果,减速机对基础的总的预紧力减少了54kN,相当于减少了减速机重量的1.5倍(减速机质量为3.5kg,相当于受重力35kN),总的预紧力减少的量较大;T侧翻扭距为22.68kN·m,大于T允许侧翻扭距允许的侧翻扭距16.4kN·m。

从以上分析结果来看,F、F水平分力、F垂直分力、T侧翻扭距4个参数都超过了允许的范围,减速机的稳定性较差。

5)随着提升负荷的增加,链条产生跳齿,主要原因是在重负荷下,传动链条受力方向设计为下松上紧,链条下垂,使小链轮包角变小。

6)随着提升负荷的增加,减速机产生了平面位移,主要是因为减速机原有的定位螺栓主要固定在宽度方向上,而附加的径向力水平分力在长度方向上。

3 处理措施

1)针对该斗提机非标配置的驱动装置受力较大,钢平台不能满足现有驱动装置强度要求,首先采取加固钢平台的方案。原钢平台两个横向钢梁为独立的,刚性较差;原斗提机电机和减速机底座采用20#槽钢制作,钢性也较差。因此,对该两部分全部进行了加固。更换原有的20#槽钢底座,全部用H250型钢重新制作,固定在原有两根钢梁的上方,并在原有两根钢梁上方垂直方向上增加纵向固定钢梁,形成井字型钢框架(见图1中增加钢梁)。

2)针对传动链条跳齿,不能稳定运行的问题,我们对减速机内齿进行换向,相应的驱动装置的布置也调换了180°,更换后传动链条受力状态由上紧下松调换成下紧上松。链条的受力方向由水平向上40°降低到13°。

3)针对减速机平面滑移,我们采取增加定位螺栓的办法,因原减速机只在宽度方向上有定位螺栓,长度方向上无定位螺栓,因此,在减速机长度方向上增加了定位螺栓。

4 效果

改进后使用1年来,减速机未发生过扭摆和滑移现象,链条未发生过跳齿现象,运行效果较好。

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