孫學成，吳蕾，陶瑛，任鞠萍

1　引言

回轉窯是一種對散狀或漿狀物料進行加熱處理的熱工設備，廣泛應用于冶金、化工及水泥等行業(yè)。其中水泥回轉窯主要由筒體、支承裝置、輪帶、傳動裝置及密封裝置等部分組成。目前，國內回轉窯支承普遍使用剛性支承結構，嚙合傳動裝置中的小齒輪也采用固定安裝方式。由于回轉窯冷態(tài)安裝和熱態(tài)運轉時筒體溫度的不同，使得筒體撓度也不同，進而造成輪帶及大齒圈的偏轉，導致剛性支承的托輪與輪帶邊緣接觸，大齒輪和小齒輪嚙合不良。筆者改進了回轉窯支承裝置及嚙合傳動裝置，解決了筒體變形引起的支承及傳動問題。

2　結構設計

2.1　自適應托輪支承

為改進托輪與輪帶的接觸不良，我們設計了三個方案，分別是液壓自動調位托輪支承裝置、共軛梁自適應托輪裝置以及橡膠塊式調位托輪支承裝置。由于液壓系統(tǒng)故障率較高，設備運轉率也隨之受到影響，橡膠塊存在易老化的問題，最終選擇了自適應托輪支承裝置方案。

如圖1所示，自適應托輪支承裝置包括：鉸鏈、擺動梁、滑動支承、搖擺軛、限位底座、固定底座、帶球面軸承托輪軸承組、鉸鏈、固定支座和滑動裝置等。

固定支座固定于基礎上，在輪帶兩側對稱分布，分別通過鉸鏈與對應搖擺軛連接。搖擺軛兩端裝有滑動支承裝置，該裝置上放置了擺動梁，擺動梁可沿滑動支承滑動。擺動梁通過鉸鏈與固定底座相連，擺動梁上方固定有支承托輪。托輪與輪帶均勻接觸，對稱分布在輪帶兩側。在托輪兩側安裝有限位底座，固定于基礎上。

圖1　支承裝置結構示意圖

工作中，當輪帶與回轉窯產生軸向偏轉時，會使輪帶與托輪接觸部分變?yōu)檫吘壗佑|，這種接觸會在支承托輪寬度方向上產生不均勻的力。由于托輪與擺動梁固定在一起，托輪上的受力差值傳遞到搖擺軛兩端，使搖擺軛繞鉸鏈轉動。搖擺軛的轉動會帶動擺動梁繞鉸鏈轉動，進而托輪一起轉動。直到托輪寬度方向受力差值消除，輪帶與托輪寬度方向受力均勻，轉動停止。輪帶在沿其回轉中心軸向竄動時，托輪受的軸向力會被限位底座吸收。

2.2　嚙合傳動裝置

如圖2所示，自適應嚙合傳動裝置整體結構包括：大齒輪、小齒輪、擺動底座、滑動支承及調整螺栓等。

擺動支承裝置包括球面軸承、軸承支座和銷軸。球面軸承為自潤滑球軸承，軸承支座固定在地面基礎上，球面軸承及銷軸安裝在軸承支座上。擺動底座可繞球面軸承的中心在一定的范圍內擺動。

滑動支承裝置包括固定支座、調整螺栓、滑動板、球面推力軸承。調整螺栓的下部為圓形，中間開有通孔。調整螺栓可繞自潤滑球面軸承的中心在一定的范圍內擺動。調整螺栓的上端通過螺母與連接支座固定，通過限制連接支座的位置實現限制擺動底座在豎直方向上的位移。

調整螺栓上安裝有滑動板。滑動板采用自潤滑耐磨聚四氟乙烯板，安裝在擺動底座的下方，擺動底座可沿滑動板在一定范圍內平移滑動。

工作時，由撓性聯(lián)軸器輸入端給予驅動扭矩，帶動小齒輪轉動，驅動大齒輪旋轉。當回轉窯與大齒輪發(fā)生偏擺時，小齒輪與大齒輪間嚙合力沿齒寬方向分布不均，相當于齒輪兩側的兩個軸承及軸承座受力不等，此時擺動底座繞球面軸承中心旋轉，必要時，擺動底座還可沿滑動板在一定范圍內平移滑動，由此調整了小齒輪的位置，其受力差逐漸減小并消除，實現小齒輪自動適應大齒輪的偏擺而保持齒輪副嚙合良好。

圖 2 嚙合傳動裝置

3　有限元分析

3.1　自適應托輪支承裝置底座的有限元分析

自適應托輪支承裝置由于受力較大，需要對其支承底座的安全性進行校核，為此，筆者對托輪的支承底座及重要零部件進行了有限元分析，以驗證底座的剛度和強度。其中，圖3為支承裝置底座等效應力云圖，圖4為搖擺軛等效應力云圖，圖5為擺動梁等效應力云圖。

圖3　支承裝置底座等效應力云圖

圖4　搖擺軛等效應力云圖

圖5　擺動梁等效應力云圖

有限元模擬結果顯示，支承底座最大等效應力為132MPa，安全系數為225/132=1.70；搖擺軛的最大等效應力為132MPa，安全系數為225/132=1.70；擺動梁的最大等效應力為141MPa，安全系數為225/141=1.60。由模擬結果可知托輪支承裝置的底座滿足使用要求。

3.2　自適應托輪支承裝置底座的有限元分析

底座小齒輪裝置自重及小齒輪受法向力326 500N，小齒輪受軸向力32 650N。

底座上的固定支座和軸承支座下部鋼板固定約束。小齒輪擺動底座有限元模型見圖6。

圖6　小齒輪擺動底座有限元模型

圖7和圖8為有限元分析結果，根據分析結果可知，底座最大綜合變形量約為4.8mm，底座最大等效應力為72.5MPa，安全系數為225/72.5=3.10，滿足使用要求。

圖7　底座綜合變形云圖

圖8　底座等效應力云圖

4　結語

自適應托輪支承裝置改善了輪帶、托輪、托輪軸及軸承的受力狀況，提高了托輪軸及軸承的安全可靠性。自適應嚙合傳動裝置，改善了大小齒輪、小齒輪軸及軸承的受力狀況，提高了小齒輪軸及軸承的安全可靠性。目前自適應托輪支承及嚙合傳動的回轉窯已經在我公司國外多個項目上應用。圖9為自適應托輪支承及嚙合傳動的回轉窯現場圖。

圖9　自適應托輪支承及嚙合傳動的回轉窯現場圖

文中所述的回轉窯不僅適用于新建項目，也可用于改造項目中，將回轉窯剛性支承更換為自適應托輪支承裝置，將固定的小齒輪更換為新型嚙合傳動裝置，不需要改動土建基礎和原有結構，更換簡單、方便?！?/p>