對(duì)夾式外置抱閘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張 俊，徐子瑜

(恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001)

滌綸短纖維后處理生產(chǎn)線是滌綸短纖維生產(chǎn)中的重要技術(shù)裝置，其作用是將前紡生產(chǎn)的初生纖維經(jīng)過(guò)拉伸、定型、卷曲、上油、切斷后使之達(dá)到紡紗工序的質(zhì)量要求。

在滌綸短纖維生產(chǎn)中，為避免突然停車(chē)時(shí)各拉伸段絲束張力變化引起的輥筒倒轉(zhuǎn)、絲束拉伸比變化、絲束排列紊亂等現(xiàn)象，需要對(duì)纖維后處理生產(chǎn)線中導(dǎo)絲機(jī)、牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)、張力機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)[1]。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)屬于滌綸短纖維后處理生產(chǎn)線主傳動(dòng)的重要組成部分。目前，滌綸短纖維生產(chǎn)線多采用電動(dòng)機(jī)內(nèi)置電磁抱閘[2]的制動(dòng)方式，即接通電源時(shí)，電磁鐵因電磁吸力作用吸引銜鐵并壓縮彈簧，使銜鐵端蓋與制動(dòng)盤(pán)之間產(chǎn)生氣隙，解除制動(dòng)力，并使電動(dòng)機(jī)軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)切斷電源時(shí)，制動(dòng)器電磁鐵失去磁吸力，彈簧推動(dòng)銜鐵并壓緊制動(dòng)盤(pán)，形成制動(dòng)力，使電動(dòng)機(jī)軸變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)。該制動(dòng)方式造成電動(dòng)機(jī)體積較大，快速制動(dòng)會(huì)引起振動(dòng)，且成本較高，維修難度極大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)有些生產(chǎn)線采用WGP型帶制動(dòng)盤(pán)[3]鼓形齒式聯(lián)軸器與氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器配合采用外置抱閘的形式，但這種形式的聯(lián)軸器不易維護(hù)、維修，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)造成企業(yè)的停產(chǎn)，影響其生產(chǎn)效率。

作者介紹了一種新型的對(duì)夾式外置抱閘制動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由各個(gè)獨(dú)立的零件組成，形成獨(dú)立的模塊，且結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、便于維護(hù)。在保證運(yùn)行安全可靠的前提下，在滌綸短纖維生產(chǎn)線上使用該制動(dòng)結(jié)構(gòu)，可降低企業(yè)生產(chǎn)成本、提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

1 對(duì)夾式外置抱閘的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

1.1 對(duì)夾式外置抱閘的結(jié)構(gòu)

對(duì)夾式外置抱閘結(jié)構(gòu)包括制動(dòng)盤(pán)結(jié)合件、氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器[4-6]、制動(dòng)器底座，如圖1所示。制動(dòng)盤(pán)結(jié)合件一端的半聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸連接，另一端的半聯(lián)軸器與減速器輸入軸連接，隨電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器通過(guò)螺栓連接安裝于制動(dòng)器底座處，并保證制動(dòng)器的摩擦塊對(duì)稱(chēng)分布于制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)器的活塞桿受到氣壓作用，推動(dòng)摩擦塊夾緊制動(dòng)盤(pán)，產(chǎn)生摩擦制動(dòng)。其中，制動(dòng)盤(pán)結(jié)合件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由緊定套結(jié)合件、聯(lián)軸器、制動(dòng)盤(pán)、螺栓、螺母、墊圈組成。緊定套結(jié)合件由2個(gè)半緊定套組成，中間保持2 mm間隙，腔體內(nèi)部與半聯(lián)軸器外表面采用H7/h7配合，通過(guò)4個(gè)GB70螺釘連接。緊定套結(jié)合件外表面與制動(dòng)盤(pán)內(nèi)表面采用H9/e8配合，通過(guò)8個(gè)鉸制孔用GB27螺栓連接，使其成為一體。

圖1 對(duì)夾式外置抱閘結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of wafer-type external holding brakes1—制動(dòng)盤(pán)結(jié)合件；2—?dú)鈩?dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器；3—制動(dòng)器底座

圖2 制動(dòng)盤(pán)結(jié)合件結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of brake disc assembly1—緊定套結(jié)合件；2—聯(lián)軸器；3—螺栓；4—螺母；5—墊片；6—制動(dòng)盤(pán)；7—半緊定套；8—螺栓；9—墊片；10—半緊定套

1.2 對(duì)夾式外置抱閘的設(shè)計(jì)

1.2.1 半緊定套內(nèi)徑的確定

以100 t/d滌綸短纖維生產(chǎn)線第二牽伸機(jī)為例，根據(jù)輥筒所受絲束張力計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率(P)。將單絲設(shè)計(jì)張力(t)(0.022 065 N/tex)、絲束總線密度(D)(3.663×106dtex)、工藝速度(V)(221 m/min)代入式(1)，得電動(dòng)機(jī)P為297.7 kW，即確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為1LA8317-4PB90-ZH70+L1Y,315 kW，該電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(T)為2 020 N·m。

P=tDV/60 000

(1)

聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩(Tc)的計(jì)算見(jiàn)式(2)。

Tc=KK1T

(2)

式中：K為工況系數(shù)，取1.375；K1為軸線偏轉(zhuǎn)對(duì)傳遞轉(zhuǎn)矩的影響而考慮的偏差系數(shù)，取1.4。

根據(jù)式(2)計(jì)算可得聯(lián)軸器的Tc為3 888.5 N·m，由JB/T 9147—1999《膜片聯(lián)軸器》標(biāo)準(zhǔn)選擇JMⅡJ10型聯(lián)軸器，對(duì)應(yīng)公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為4 000 N·m，聯(lián)軸器兩端外圓直徑為132 mm，即確定緊定套結(jié)合件腔體內(nèi)圓直徑為132 mm，采用最小間隙為0的間隙定位配合。

1.2.2 制動(dòng)盤(pán)外徑及制動(dòng)器型號(hào)的確定

制動(dòng)器制動(dòng)力矩(Mu)的計(jì)算見(jiàn)式(3)。

Mu=K2T

(3)

式中：K2為安全系數(shù)，取1.5。

根據(jù)式(3)計(jì)算可得制動(dòng)器的Mu為3 030 N·m，即選用CQPN12.7-A-K1型氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器。該制動(dòng)器采用氣壓制動(dòng)，彈簧釋放，且整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕；工作時(shí)，動(dòng)力源無(wú)需單獨(dú)設(shè)置，可與已有的空壓站并網(wǎng)使用，在供氣線路中加裝電磁閥，制動(dòng)時(shí)間可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整；當(dāng)盤(pán)徑為630 mm、氣壓為0.5 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)額定制動(dòng)力矩為3 200 N·m，大于Mu，滿足使用要求。

1.2.3 氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器位置的確定

氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器的安裝位置由制動(dòng)盤(pán)結(jié)合件的轉(zhuǎn)向確定，氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器內(nèi)部活塞桿在壓縮氣體的作用下，使左、右制動(dòng)臂帶動(dòng)摩擦塊合攏，與制動(dòng)盤(pán)端面之間產(chǎn)生向上的摩擦力，安裝時(shí)保證摩擦塊沿順時(shí)針?lè)较驃A緊制動(dòng)盤(pán)。其制動(dòng)器底座下底板采用長(zhǎng)圓孔布置，便于氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器的定位。

2 對(duì)夾式外置抱閘的應(yīng)用

目前，對(duì)夾式外置抱閘已逐步用于滌綸短纖維后處理設(shè)備導(dǎo)絲機(jī)、牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)、張力機(jī)中[7-10]。以某滌綸短纖維生產(chǎn)線的第二牽伸機(jī)為例，對(duì)夾式外置抱閘位于電動(dòng)機(jī)和減速器之間(如圖3所示)，與電動(dòng)機(jī)軸、減速器輸入軸采用H7/m6配合，過(guò)濾減壓閥、電磁閥、氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器的氣缸通過(guò)PU管、接頭連接，其氣動(dòng)原理如圖4所示。

圖3 對(duì)夾式外置抱閘的工作流程示意Fig.3 Schematic diagram of working process of wafer-type external holding brakes1—立撐；2—減速器底座；3—基礎(chǔ)底座；4—電動(dòng)機(jī)底座； 5—電動(dòng)機(jī)；6—對(duì)夾式外置抱閘；7—制動(dòng)器罩殼； 8—減速器；9—球籠聯(lián)軸器；10—安全罩殼

圖4 對(duì)夾式外置抱閘的氣動(dòng)原理示意Fig.4 Schematic diagram of pneumatic principle of wafer-type external holding brakes 1—PU管；2—接頭；3—過(guò)濾減壓閥；4—電磁閥； 5—消聲器；6—?dú)鈩?dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器

當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷電后，電磁閥的電磁鐵得電，電磁閥換向，左位接入，壓縮氣體通入氣動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器，其內(nèi)部活塞桿在壓縮氣體的作用下，使左、右制動(dòng)臂帶動(dòng)摩擦塊合攏，夾緊制動(dòng)盤(pán)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；直至下次電動(dòng)機(jī)通電前，電磁閥的電磁鐵失電，電磁閥復(fù)位，截?cái)鄽庠?，左、右制?dòng)臂在復(fù)位彈簧作用下帶動(dòng)摩擦塊迅速打開(kāi)即松閘。

2.1 安裝措施

為避免不平衡量引起的橫向振動(dòng)及不必要的動(dòng)載荷，該制動(dòng)結(jié)構(gòu)整體結(jié)合后須做動(dòng)平衡，其最高工作轉(zhuǎn)速1 500 r/min，平衡品質(zhì)等級(jí)為2.5 mm/s。滿足制動(dòng)盤(pán)的兩端面上任一測(cè)量直徑處的軸向跳動(dòng)量均不得大于公差值0.1 mm，同時(shí)要求緊定套結(jié)合件與聯(lián)軸器合配后，再進(jìn)行制動(dòng)盤(pán)裝配；且整體固定于基礎(chǔ)底座后，保證該制動(dòng)結(jié)構(gòu)的膜片式聯(lián)軸器的兩個(gè)半聯(lián)軸節(jié)同軸度小于等于φ0.20 mm。圖3中基礎(chǔ)底座通過(guò)地腳螺栓固定于基坑內(nèi)，相鄰兩地腳螺栓間距500～1 000 mm處安放墊鐵，保證基礎(chǔ)底座自身縱橫水平度小于等于1 000:0.2；電動(dòng)機(jī)底座、減速器底座通過(guò)螺栓與基礎(chǔ)底座連接，安裝完成后，要求其上平面縱橫水平度小于等于1 000:0.3；電動(dòng)機(jī)、減速器固定后，保證電動(dòng)機(jī)輸出軸與減速器輸入軸、減速器輸出軸與單元機(jī)輸入軸之間跨度水平度小于等于1 000:0.3，減速器輸出軸與單元機(jī)輸入軸之間的球籠聯(lián)軸器兩端聯(lián)軸節(jié)同軸度小于等于φ0.3 mm。

2.2 應(yīng)用效果

2.2.1 工作效率

從表1可看出，以100 t/d滌綸短纖維生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)抱閘的拆裝維護(hù)情況為例，對(duì)夾式外置抱閘的平均拆裝時(shí)間僅0.5 h，且拆裝工作量?jī)H需拆裝4個(gè)GB70螺釘，而內(nèi)置電磁抱閘的平均拆裝時(shí)間為7.9 h，WGP型帶制動(dòng)盤(pán)式外置抱閘的的平均拆裝時(shí)間為4.3 h。由此可見(jiàn)，對(duì)夾式外置抱閘的平均拆裝時(shí)間大幅度縮短，可以極大地提高工作效率。

表1 不同形式抱閘的拆裝時(shí)間Tab.1 Disassembly and assembly time of different types of holding brakes

2.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

以1條100 t/d滌綸短纖維生產(chǎn)線后處理設(shè)備西門(mén)子電動(dòng)機(jī)為例，電動(dòng)機(jī)采用內(nèi)置抱閘的費(fèi)用約70.0萬(wàn)元，采用WGP型帶制動(dòng)盤(pán)式外置抱閘的費(fèi)用約11.2萬(wàn)元，采用對(duì)夾式外置抱閘的費(fèi)用約10.6萬(wàn)元；而且一旦出現(xiàn)故障，內(nèi)置電磁抱閘與WGP型帶制動(dòng)盤(pán)式外置抱閘維修難度極大且采購(gòu)周期較長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，相比內(nèi)置電磁抱閘與WGP型帶制動(dòng)盤(pán)式外置抱閘，采用對(duì)夾式外置抱閘經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 結(jié)論

a.新型對(duì)夾式外置抱閘制動(dòng)結(jié)構(gòu)由制動(dòng)盤(pán)結(jié)合件、氣動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器、制動(dòng)器底座組成。通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該對(duì)夾式外置抱閘制動(dòng)結(jié)構(gòu)能夠滿足使用要求，彌補(bǔ)了采用內(nèi)置電磁抱閘和WGP型帶制動(dòng)盤(pán)式外置抱閘制動(dòng)結(jié)構(gòu)存在的不足。

b.對(duì)夾式外置抱閘已用于滌綸短纖維后處理設(shè)備導(dǎo)絲機(jī)、牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)中，且運(yùn)行安全可靠。以1條100 t/d滌綸短纖維生產(chǎn)線后處理設(shè)備電動(dòng)機(jī)為例，對(duì)夾式外置抱閘、內(nèi)置電磁抱閘、WGP型帶制動(dòng)盤(pán)式外置抱閘的平均拆裝時(shí)間分別為0.5，7.9,4.3 h，費(fèi)用分別為10.6,70.0,11.2萬(wàn)元。采用對(duì)夾式外置抱閘制動(dòng)結(jié)構(gòu)的工作效率及經(jīng)濟(jì)效益明顯得到提高。