120 m2立盘过滤机传动轴改进

2018-01-17张雯

设备管理与维修 2017年6期

张雯

（中国铝业山东工程技术有限公司，山东淄博 255051）

1 存在的问题

GPL-120型120m2立盘过滤机（中国铝业山东工程技术有限公司生产）主要用于氧化铝生产中的过滤工序，将固体颗粒与母液分离开，从而实现过滤目的。中国铝业山东工程技术有限公司某下属企业使用2台该型号的立盘过滤机，经过一段时间运行，出现2个问题：①设备运行平稳性较差，振动较大；②设备运转率较低，轴承寿命较短。

2 120 m2立盘过滤机的结构

（1）槽体。槽体由钢板焊接而成，用于储存料浆。槽体上有进料口和卸料口，滤布洗涤管。

（2）传动部分。主传动电机采用变频调速电机，电机通过皮带传动和减速机连接，减速机直接和传动轴的传动轴相连接，从而实现系统的运转。

（3）过滤盘。过滤盘是实现过滤作用的机构，整机共有3个滤盘，每个由48块扇形板构成一个圆盘，用保持架、螺栓和环形支撑架固定在主传动轴上，每块扇形板外面包有滤布。

（4）分配头。分配头用以实现过滤机过滤过程的过滤、干燥和吹落等3个阶段，传动轴每转一周，过滤机便完成一次过滤过程。

（5）传动轴。传动轴用以滤液流通和带动过滤盘，传动轴有24个隔开的密封腔，与3个过滤盘的扇形板相通。

3 问题分析

该设备传动轴组成：①驱动轴，驱动轴一端连接减速机，另一端连接中心轴，两端均为平键连接。②中心轴，中心轴上装有滤板，轴上空腔内有滤液流动。③分配头轴，该轴连接中心轴与轴承座，其与中心轴也采用平键连接。由此可见，若将传动轴两侧轴承座位置视为固定端，则驱动轴与分配头轴均为悬臂梁，这两段轴在与中心轴连接位置将产生较大变形。

分析驱动轴的变形，为简化模型，不考虑设备运转过程的过滤、干燥和吹落等3个阶段产生的交变载荷，而是将其折算为静载荷，分析静载荷状态下驱动轴的变形。图1为应用ANSYS软件建立的驱动轴模型。在建模时，简化了轴肩等对变形影响不大的细节。图2为划分网格及施加载荷的情况，在分析时，将轴承位置简化为固定端约束，将中心轴对驱动轴的载荷简化为均布载荷作用于轴的表面。图3为ANSYS软件的分析结果，分析时，考虑到施加载荷为面载荷，经计算，取应力q=2.33×106Pa。分析结果可知，轴端最大变形量为2 mm。为验证结论可靠性，用材料力学的知识进行复核驱动端轴的最大挠度。为简化计算，将两段轴直径统一为200 mm。驱动端轴受力简图如图4所示。

图1 驱动轴模型

图2 驱动轴划分网格及加载

图3 轴变形结果

图4 驱动端轴受力简图

由以上结果分析可知，在静载荷作用下，驱动端轴最大变形为2 mm。在复杂的工况条件下，立盘过滤机传动轴部分的同轴度将无法保证，且中心轴的两侧轴孔将在设备运行过程中产生较大变形，严重影响轴承寿命，最终导致设备无法正常运转。

4 改进方案

为了减少轴的变形，采取在驱动轴与分配头轴之间采用厚壁钢管焊接的方式将它们连接在一起以提高传动轴部分的刚度。主要改造内容如下。

（1）驱动轴。驱动轴与中心轴连接端增加一段Φ200 mm×160 mm的轴伸，以方便与钢管焊接。

（2）分配头轴。取消与中心轴连接的键槽，改为用钢管传递扭矩，并且同样增加一段Φ200 mm×160 mm的轴伸，以方便与钢管焊接。

（3）无缝钢管。改造采用规格为Φ200 mm×20 mm无缝钢管，用其连接驱动轴与分配头轴。制作时在钢管端部开15 mm×15 mm的焊接坡口，且在端部制作4个宽40 mm、长100 mm的长形孔，并与两段轴堆焊在一起，以增强连接强度，钢管如图5所示。改进后，仍采用ANSYS软件计算轴的变形。图6为应用ANSYS划分网格并加载的轴的有限元模型。轴的变形结果见图7，从中可以看出，在与中心轴接触的部位，轴的变形只有1mm，较好地减少了轴的变形。