回转设备的一种柔性挡轮装置

孙学成 吴 蕾 陶 瑛

中材建设有限公司（100176）

回转设备的一种柔性挡轮装置

孙学成 吴 蕾 陶 瑛

中材建设有限公司（100176）

文章介绍了回转设备柔性挡轮装置的结构组成和工作原理，通过有限元分析，验证了柔性挡轮受力要小于刚性挡轮，以及工作面接触更合理。该回转设备柔性挡轮装置有效的改善了挡轮和轮带的边缘接触，减少了磨损，对于今后回转设备挡轮的设计有一定借鉴意义。

柔性挡轮；轮带；有限元

0 引言

回转设备挡轮装置广泛应用于建材、冶金、矿山和水泥等行业，是回转设备尤其是回转窑设备不可缺少的装置。当回转设备运行过程中出现上下、轴向窜动等情况，挡轮装置上的刚性挡轮圆锥工作面与回转设备轮带的圆锥工作面接触，能起到防止回转设备窜动的作用，保证设备正常运转。但当回转设备及其轮带发生轴向偏转时，现有的挡轮装置上的刚性挡轮圆锥工作面与轮带圆锥工作面无法保证全接触，造成挡轮圆锥工作面边缘与轮带圆锥工作面接触，使挡轮与轮带圆锥工作面磨损加快，起不到防止回转设备上下及轴向窜动的作用，无法保证设备正常运转。

本文介绍的柔性挡轮装置，通过相关底座、支撑等的设计，可有效解决上述问题，并且结构简单，便于安装与维修，提高了回转设备的经济性和安全性。

1 柔性挡轮装置的结构及工作原理

图1 柔性挡轮装置结构示意图1-固定底座，2-铰链，3-摆动底座，4-限位装置，5-液压挡轮主体，6-轮带

图1 是柔性挡轮装置结构示意图，主要包括:固定底座、铰链、摆动底座、限位装置及液压挡轮主体等。固定底座安装在基础上，其上固定有铰链连接装置中的铰支座；铰链连接装置通过销轴与摆动底座上的铰支座相连；摆动底座上安装有液压挡轮装置，其中挡轮的圆锥工作面与回转体轮带的圆锥工作面完全接触；限位装置安装在摆动底座底部靠近回转轮带一侧，并固定于基础上。

柔性挡轮装置的工作原理为：当回转设备轮带轴向发生偏转时，轮带与挡轮接触的圆锥工作面两端受力不同，该不平衡力使挡轮及其液压装置和摆动底座一起绕铰链上的销轴转动，直到轮带与挡轮接触的圆锥工作面两端受力相同，轮带与挡轮接触的圆锥工作面接触良好。其中限位装置可限制摆动底座的最大摆动范围。

2 挡轮和轮带有限元分析

文章中的柔性挡轮装置，可以使轮带圆锥面和挡轮圆锥面保持良好的全接触；而刚性挡轮装置，当回转设备轴向偏转时，轮带圆锥面和挡轮圆锥面会变成边缘接触。为了验证柔性挡轮装置的优越性，下文对挡轮和轮带的圆锥工作面的全接触和边缘接触分别进行了计算分析，即分为两种工况：工况一是轮带与挡轮全接触，轮带与挡轮之间的夹角为0°；工况二是轮带与挡轮边缘接触，轮带与挡轮之间的夹角为0.046°。

以φ4.8 m×72 m回转窑为例，轮带外径为5.9 m，挡轮大断直径为1.7 m，挡轮厚度为0.23 m，挡轮与轮带接触的圆锥面的半锥顶角为16°。

2.1 计算模型及边界条件

图2 挡轮计算模型及边界条件

如图2所示，轮带对称约束，挡轮底部固定约束。轮带与挡轮面接触。

2.2 计算载荷

轮带与挡轮之间的摩擦系数取为0.1。分两种工况分别进行加载计算。

第一种工况:轮带与挡轮全接触，轮带与挡轮之间的夹角为0°。轮带和挡轮自重；轮带对挡轮的推力:77t。

第二种工况:轮带与挡轮边缘接触，轮带与挡轮之间的夹角为0.046°。轮带和挡轮自重；轮带对挡轮的推力:77 t。

2.3 计算结果

图3 工况一综合变形量云图

图4 工况一等效应力云图

图5 工况二综合变形量云图

图6 工况二等效应力云图

如图3和图4所示，工况一时，模型整体最大综合变形量约为0.20 mm，最大等效应力为92.8 MPa；如图5和图6所示，工况二时，模型整体最大综合变形量约为0.27 mm，最大等效应力为172 MPa。

由以上计算结果，分析可得:相较于挡轮和轮带圆锥工作面边缘接触，全接触时其变形量更小，所受压力仅为全接触时的0.5倍。因此柔性挡轮装置能很好的降低磨损，改善圆锥工作面接触状态，提高回转设备的耐久性和安全性。

3 总结

文章所述的回转设备柔性挡轮装置，在回转设备发生轴向偏转时，能自行调节挡轮角度，改善挡轮与轮带的接触状况，明显的降低了回转设备的磨损，提高了耐久性。该回转设备柔性挡轮装置，为今后回转设备挡轮装置的设计提供了一定的设计经验。

《柔性挡轮装置》已正式获得国家实用新型专利证书，其授权专利号为ZL201420734510.7。