卧螺离心机差速机构改进设计与分析计算

　　摘要：针对卧螺离心机在物料沉降分离时,由于螺旋叶片与转鼓相对运动而产生影响分离效果的搅动现象,提出了一种差速传动机构改进方法。将常用双级2K-H型差速器与超越离合器结合在一起,在沉积物沉降时实现无差速运行,避免了相对运动所带来的不良效果。并对机构传动比、传动效率以及功率损失等参数进行了计算分析。

　　关键词：卧螺离心机　差速器　超越离合器

引言

　　转鼓与螺旋输料器之间的差速机构,是卧螺离心机进行物料分离的关键部件[1]。为了使很小粒径的固体颗粒得到快速沉降,离心机必须产生足够的离心力场将微颗粒强迫沉降,因此,转鼓的高转速,仅仅标志着对悬浮液分离难度的有效性。离心机重要的性能要求,是把沉降下来的固相物料有效的收集,在分离过程中使超细颗粒不能被澄清液带走,并且使收集的固相物料含湿量尽可能的低,这就要求卸料装置(螺旋输料器)的转速要与转鼓合理配置。这些技术问题,都有赖于其差速机构装置的合理设计。在卧螺离心机中,滤饼在转鼓内表面上的移动全靠差速器带动的螺旋输料器对转鼓的相对运动来实现的。由于卧螺离心机的转鼓与螺旋输料器的转差率小而传递扭矩大,一般差速器采用周转轮系结构,摆线针齿行差速器或渐开线行星齿轮差速器。而目前最为典型,也是应用最广的结构是双级2K-H型差速器。

　　1　卧螺离心机差速过程中存在的问题在传统卧螺离心机转鼓与螺旋输料器的差速过程中连续进料、分离、排液与卸渣同时进行。由于螺旋输料器与转鼓之间始终进行着相对运动,螺旋叶片对被分离的物料产生搅拌作用,将已经沉降于转鼓壁的微细颗粒又重新被液体搅起,使得悬浮液再次混浊,从而降低了卧螺离心机的分离澄清效果。尤其是较小粒度的固体微粒在螺旋叶片的搅动下产生湍流,这更易于使得已经沉降的微粒重新浮起。所以,对固相颗粒较细、固液相比重差较小的较难分离的物料,尤其是对分离滤液澄清度要求较高的悬浮液,螺旋卸料离心机的分离效果并不理想。

　　2　差速器与超越离合器组合机构

　　针对螺旋输料器叶片相对于转鼓旋转所造成的搅动现象,本课题对卧螺离心机的差速机构进行了改进设计,在主电机与差速器之间添加一个单向滚柱式超越离合器,该离合器滚柱在弹簧力作用下,始终与外轭圈和星轮接触。当外轭圈主动逆时针旋转或内星轮主动顺时针旋转时,离合器均进入楔合状态,及工作状态;反之,离合器为脱开状态。从而避免了相对运动所带来的不良效果。这种离合器的工作范围较宽,传递转矩可达2×105N·m,转速可达到4.5×104r/min或更高[2]。差速机构运动简图如图1所示。

                     

　　改进后的传动装置,将2K-H型差速器与超越离合器制成一体,离合器的外轭圈5与差速器的齿壳6固连,由主电动机Ⅰ通过皮带轮驱动;离合器的星轮2与差速器的输入轴4可通过键连接,由副电动机Ⅱ通过皮带轮驱动。卧螺离心机在开始进料时,可只启动主电动机,即超越离合器的外轭圈为主动时,由于离合器均进入楔合状态,带动离合器星轮以相同速度运转,即差速器输入轴与差速器齿壳转速相同,实现了零差速运转。此时差速器整体运转,无差速作用,故转鼓与螺旋输料器无相对运动,卧螺离心机中的悬浮液无搅动影响,只在离心力的作用下沉降。在零差速分离过程中,部分澄清液可分离出去。当转鼓中的泥饼积累到一定厚度,需要进行排渣工作时,便启动副电动机,并同时停止进料。当差速器输入轴转速高过差速器的齿壳转速,即离合器的星轮转速高于离合器的外轭圈时,离合器进入脱开状态,此时差速器的输入轴与齿壳以各自的速度运转,差速器起到差速作用,卧螺离心机的转鼓与螺旋输料器实现相对转动,可将转鼓中沉积的泥饼从排渣口推出。

　　3　差速机构的分析计算

　　如图1所示,已知n4=n2=na1,n5=n6=n7=nb1=nb2,nH1=na2,nH2=n8

　　当连续进料时,只启动主电动机Ⅰ,通过带传动带动差速器齿壳7转动,即n6=(D1/d1)n1

　　在a2、b2和H2构件组成的2K-H传动中,有

                    

                    

                    

　　首先根据分离要求和悬浮液分离性质,确定分离系数Fr,即可计算出转鼓转速n6;再根据所选择主电动机型号,计算出主电动机带传动比i1;最后根据不同差转速Δn的要求确定副电动机传动比i2。

　　4　传动机构效率计算

               

               

　　6　结束语

　　改进后的离心机传动机构,可根据进料的固相浓度高低,在分离和排渣过程中选择不同的工作状态。当悬浮液固相浓度很低,需要澄清时,可采用无差速工作状态,即离合器起作用以减小螺旋叶片与转鼓之间相对运动所产生的搅动影响,延长了物料在转鼓内的分离时间,提高了分离效果。排渣时便可转换为常规差速工作状态,对生产能力影响较小。当悬浮液固相较高,需要浓缩时,则与普通离心机一样用定转差连续进料、分离和排渣,故改进后的离心机适应性更强。

   　 参考文献

　　 [1]　虞培清,王则胜.行星齿轮差速器对提高卧式螺旋离心机性能的技术作用[J].工程设计学报,2002,9 (04):191-194.

　　 [2]　阮忠唐.联轴器、离合器设计与选用指南[M].北京:化学工业出版社,2005.

　　 [3]　孙启才,金鼎五.离心机原理结构与设计计算[M].北京:机械工业出版社,1987.

　　 [4]　佟志贤.2K-H周转轮系传动研究[J].机械传动,1989,13(02):31-33.

　　[5]　颜思健,韩翠蝉.渐开线齿轮行星传动的设计与制造[M].北京:机械工业出版社,2002.

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