Цилиндрический редуктор нового поколения для приводов цементного оборудования
Рассмотрены тенденции повышения технического уровня многоступенчатых цилиндрических редукторов для приводов оборудования цементной промышленности и других отраслей тяжелой индустрии. Разработана интерактивная методика оптимизации геометрических параметров таких редукторов, обеспечивающая равную прочность ступеней по контактной и изгибной выносливости. Показано, что повышение твердости зубьев требует увеличения модуля и угла их наклона, ограничения передаточных чисел, а также уменьшения перепада межосевых расстояний соседних ступеней. При создании редукторов нового поколения переход к передачам с цементированными и шлифованными зубьями обеспечивает повышение нагрузочной способности в 2,5—3,0 раза. Описана конструкция и приведены технические характеристики редуктора Ц3-770 главного привода вращающейся печи размерами Ø 4,8 Å~ 72 м.
Введение
На Электростальском заводе тяжелого машиностроения (ЭЗТМ) накоплен большой опыт в теории и практике производства многоступенчатых цилиндрических и цилиндроконических редукторов для приводов прокатного, металлургического и горно-шахтного оборудования. Для их проектирования разработана интерактивная методика оптимизации геометрических параметров, обеспечивающая равнопрочность ступеней по контактной и изгибной выносливости [1, 2]. Установлено, что при повышении твердости зубьев нужно увеличивать модуль и угол их наклона, ограничивать передаточные числа, а также уменьшать различие между межосевыми расстояниями соседних ступеней. При разработке редукторов нового поколения переход к использованию передач с цементированными и шлифованными зубьями позволяет повысить нагрузочную способность в 2,5—3,0 раза.
С 2004 года ЭЗТМ начал осваивать производство цементного оборудования, в том числе приводов для вращающихся печей и шаровых мельниц, в которых используются крупные цилиндрические редукторы с крутящим моментом на тихоходном валу 150—1800 кНм [3, 4]. Примеры — редуктор ЦТ‑2900 главного привода вращающейся печи размерами ∅ 5 × 185 м (рис. 1), редуктор ЦТ‑3230 главного привода вращающейся печи ∅ 4,5 × 170 м,редуктор Ц3-1800 привода мельницы ∅ 3 × 14 м.
Редуктор Ц3-770
Одна из недавних разработок ЭЗТМ для цементных заводов — цилиндрический трехступенчатый редуктор Ц3-770 с суммой межосевых расстояний 570 + 660 + 770 = 2000 мм и массой 14,5 т, предназначенный для главного привода вращающейся печи размерами ∅ 4,8 × 72 м. Редуктор работает от двигателя мощностью 1100 кВт с частотой вращения вала n1 = 960 об/мин. Расчетный ресурс работы —30 000 ч при крутящем моменте на выходном валу 320 кН · м. Допускается возможность кратковременной (до 5 % ресурса) двойной перегрузки. Передачи — эвольвентные, косозубые и корригированные. Углы наклона зубьев и коэффициенты коррекции оптимизированы так, чтобы обеспечить максимальный крутящий момент, допустимый с учетом сопротивления материала поверхностному выкрашиванию (контактной выносливости). Все зубчатые детали выполнены из стали 20ХН3А с цементацией, закалкой зубьев до твердости 54—60 HRC и их последующей шлифовкой.
Редуктор Ц3—770 выпускается в двух исполнениях, с передаточными числами us = 32,06 и 30,36. Выбор варианта зависит от технологического режима работы печи у заказчика. При заданной частоте ее вращения, равной 3,98 об/мин, необходимо передаточное число 30,36. Если заданная частота вращения печи меньше, то поставляется редуктор с us = 32,06. К настоящему времени редукторы Ц3—770 поставлены двум предприятиям: ООО «Азия Цемент» (us = 30,36) и ОАО «Белорусский цементный завод» (us = 32,06). Частота вращения печи ООО «Азия Цемент», на которой редуктор Ц3-770 установлен в 2019 году (рис. 2, 3), в результате увеличилась на 0,049 об/мин по сравнению с ее значением при работе с прежним редуктором от другого производителя. После этого уменьшилась длительность простоев печи. Повышение коэффициента надежности (в среднем за год он составлял 0,95—0,98) обусловлено увеличением передаваемой мощности с 630 кВт для прежнего редуктора до 1100 кВт для редуктора Ц3—770: при повышении нагрузок на привод печи редуктор с бóльшим запасом мощности легко обеспечивает работу оборудования, а внутри редуктора не появляются какие-либо дефекты.
Бесперебойная работа печи способствовала росту объема производства клинкера без изменения его качества (в 2017 году выпущено 1435,3 тыс. т, в 2018 году —1280,2 тыс. т, в 2019 году — 1570,7 тыс. т). План 2020 года — 1514,4 тыс. т клинкера, печь работает в соответствии с плановыми показателями.
Заключение
Чтобы тяжело нагруженные многоступенчатые редукторы, в частности, для предприятий цементной промышленности, соответствовали сегодняшнему мировому уровню, требуется соблюдение двух условий:
• оптимизация геометрических параметров передач как между ступенями, так и внутри каждой из них;
• выполнение зубчатых передач с высокотвердыми, цементированными и шлифованными зубьями.
Э.В. Дзампаев, начальник бюро горно-шахтного и цементного оборудования 1;
С.А. Лагутин, канд. техн. наук, ведущий конструктор по редукторостроению 1;
Д.А. Маёнков, ведущий инженер по ремонту технологического оборудования 2
1 О АО «Электростальский завод тяжелого машиностроения», Россия
2 ООО «Азия Цемент», Россия
