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)動電動機(jī)進(jìn)行制動[1]。電動機(jī)制動屬于滌綸短纖維后處理生產(chǎn)線主傳動的重要組成部分。目前，滌綸短纖維生產(chǎn)線多采用電動機(jī)內(nèi)置電磁抱閘[2]的制動方式，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，使銜鐵端蓋與制動盤之間產(chǎn)生氣隙，解除制動力，并使電動機(jī)軸自由轉(zhuǎn)動；當(dāng)切斷電源時(shí)，制動器電磁鐵失去磁吸力，彈簧推動銜鐵并壓緊制動盤，形成制動力，使電動機(jī)軸變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)。該制動方式造成電動機(jī)體積較大，快速制動會引起振動，且成本較高，維修難度極大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。國內(nèi)有些生產(chǎn)線采用WGP型帶制動盤[3]鼓形齒式聯(lián)軸器與氣動鉗盤制動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夾式外置抱閘制動結(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 對夾式外置抱閘的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

1.1 對夾式外置抱閘的結(jié)構(gòu)

對夾式外置抱閘結(jié)構(gòu)包括制動盤結(jié)合件、氣動鉗盤制動器[4-6]、制動器底座，如圖1所示。制動盤結(jié)合件一端的半聯(lián)軸器與電動機(jī)軸連接，另一端的半聯(lián)軸器與減速器輸入軸連接，隨電動機(jī)軸轉(zhuǎn)動；氣動鉗盤制動器通過螺栓連接安裝于制動器底座處，并保證制動器的摩擦塊對稱分布于制動盤的兩側(cè)；當(dāng)電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，制動器的活塞桿受到氣壓作用，推動摩擦塊夾緊制動盤，產(chǎn)生摩擦制動。其中，制動盤結(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、制動盤、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4個(gè)GB70螺釘連接。緊定套結(jié)合件外表面與制動盤內(nèi)表面采用H9/e8配合，通過8個(gè)鉸制孔用GB27螺栓連接，使其成為一體。

圖1 對夾式外置抱閘結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of wafer-type external holding brakes1—制動盤結(jié)合件；2—?dú)鈩鱼Q盤制動器；3—制動器底座

圖2 制動盤結(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—制動盤；7—半緊定套；8—螺栓；9—墊片；10—半緊定套

1.2 對夾式外置抱閘的設(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)，得電動機(jī)P為297.7 kW，即確定電動機(jī)型號為1LA8317-4PB90-ZH70+L1Y,315 kW，該電動機(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，對應(yīng)公稱轉(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 制動盤外徑及制動器型號的確定

制動器制動力矩(Mu)的計(jì)算見式(3)。

Mu=K2T

(3)

式中：K2為安全系數(shù)，取1.5。

根據(jù)式(3)計(jì)算可得制動器的Mu為3 030 N·m，即選用CQPN12.7-A-K1型氣動鉗盤制動器。該制動器采用氣壓制動，彈簧釋放，且整體結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕；工作時(shí)，動力源無需單獨(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，制動時(shí)間可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)整；當(dāng)盤徑為630 mm、氣壓為0.5 MPa時(shí)，對應(yīng)額定制動力矩為3 200 N·m，大于Mu，滿足使用要求。

1.2.3 氣動鉗盤制動器位置的確定

氣動鉗盤制動器的安裝位置由制動盤結(jié)合件的轉(zhuǎn)向確定，氣動鉗盤制動器內(nèi)部活塞桿在壓縮氣體的作用下，使左、右制動臂帶動摩擦塊合攏，與制動盤端面之間產(chǎn)生向上的摩擦力，安裝時(shí)保證摩擦塊沿順時(shí)針方向夾緊制動盤。其制動器底座下底板采用長圓孔布置，便于氣動鉗盤制動器的定位。

2 對夾式外置抱閘的應(yīng)用

目前，對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，對夾式外置抱閘位于電動機(jī)和減速器之間(如圖3所示)，與電動機(jī)軸、減速器輸入軸采用H7/m6配合，過濾減壓閥、電磁閥、氣動鉗盤制動器的氣缸通過PU管、接頭連接，其氣動原理如圖4所示。

圖3 對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—電動機(jī)底座； 5—電動機(jī)；6—對夾式外置抱閘；7—制動器罩殼； 8—減速器；9—球籠聯(lián)軸器；10—安全罩殼

圖4 對夾式外置抱閘的氣動原理示意Fig.4 Schematic diagram of pneumatic principle of wafer-type external holding brakes 1—PU管；2—接頭；3—過濾減壓閥；4—電磁閥； 5—消聲器；6—?dú)鈩鱼Q盤式制動器

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

2.1 安裝措施

為避免不平衡量引起的橫向振動及不必要的動載荷，該制動結(jié)構(gòu)整體結(jié)合后須做動平衡，其最高工作轉(zhuǎn)速1 500 r/min，平衡品質(zhì)等級為2.5 mm/s。滿足制動盤的兩端面上任一測量直徑處的軸向跳動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)行制動盤裝配；且整體固定于基礎(chǔ)底座后，保證該制動結(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；電動機(jī)底座、減速器底座通過螺栓與基礎(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；電動機(jī)、減速器固定后，保證電動機(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)場電動機(jī)抱閘的拆裝維護(hù)情況為例，對夾式外置抱閘的平均拆裝時(shí)間僅0.5 h，且拆裝工作量僅需拆裝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型帶制動盤式外置抱閘的的平均拆裝時(shí)間為4.3 h。由此可見，對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)備西門子電動機(jī)為例，電動機(jī)采用內(nèi)置抱閘的費(fèi)用約70.0萬元，采用WGP型帶制動盤式外置抱閘的費(fèi)用約11.2萬元，采用對夾式外置抱閘的費(fèi)用約10.6萬元；而且一旦出現(xiàn)故障，內(nèi)置電磁抱閘與WGP型帶制動盤式外置抱閘維修難度極大且采購周期較長。由此可見，相比內(nèi)置電磁抱閘與WGP型帶制動盤式外置抱閘，采用對夾式外置抱閘經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 結(jié)論

a.新型對夾式外置抱閘制動結(jié)構(gòu)由制動盤結(jié)合件、氣動鉗盤制動器、制動器底座組成。通過理論計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該對夾式外置抱閘制動結(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型帶制動盤式外置抱閘制動結(jié)構(gòu)存在的不足。

b.對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)備電動機(jī)為例，對夾式外置抱閘、內(nèi)置電磁抱閘、WGP型帶制動盤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10.6,70.0,11.2萬元。采用對夾式外置抱閘制動結(jié)構(gòu)的工作效率及經(jīng)濟(jì)效益明顯得到提高。