陳風
（合肥水泥研究設計院）

　　回轉窯是廣泛應用在建材、冶金、化工、有色等行業的熱（rè）工加熱設備，是相（xiàng）關生產企（qǐ）業的核心設備。回轉窯傾斜安（ān）裝於基礎上，由自重和摩擦力產生軸向力，還有輪帶和（hé）托輪軸線不平行而產（chǎn）生的附加軸向力，擋輪的出現使得回轉窯在運轉過程中，不斷緩慢地上、下竄動，這樣保證寬度不等（děng）的托輪和輪帶工作表麵（miàn）磨損均勻，但隨著（zhe）回（huí）轉窯的大型化，普通擋輪就很（hěn）難滿足要求了，因此出現了（le）液壓擋輪裝置。窯設有液壓擋（dǎng）輪時，托輪與輪帶軸線平行安裝（zhuāng），當筒體受重力作用下滑（huá），下滑到下止（zhǐ）點後，經限位開關啟動液壓油泵，靠液壓油的壓力推動擋（dǎng）輪和窯（yáo）體，實（shí）現窯的上竄，上竄到（dào）上止點後觸動（dòng）限位開（kāi）關，油泵斷電，滑閥換向，窯體重新（xīn）靠（kào）自重下滑，重複上（shàng）述過（guò）程（chéng）。液壓擋輪裝置的設計成為廣大研究者們所關注的問題。

　　1　液壓擋輪裝置的原理（lǐ）及受力分析

　　筒體負荷通過輪帶加載在擋輪上，作用於擋輪上的力分為徑（jìng）向力和軸向力，其中徑向力使得筒體向下滑動，擋輪的作用就是要克服下滑力，推動筒體向上竄動，擋輪（lún）受力圖見圖1。假設窯體回轉部分的總（zǒng）質量為G，回轉窯的（de）斜（xié）度為sinβ，擋輪錐度為α，則液壓（yā）擋輪的（de）徑向（xiàng）推力Fx和（hé）軸向（xiàng）推力（lì）Fy為：

　　通過對擋輪的受力原理（lǐ）分（fèn）析（xī），可以進行合理的（de）計算（suàn），根據計算結果選擇擋輪裝置中軸承的類型（xíng），從而確定合理的（de）擋輪結構。

　　2　液壓擋輪的結構

　　目（mù）前使用的液壓擋輪（lún）的基本形式都（dōu）大同小異，其結構如圖2所示。

　　如圖2所示，擋輪安裝在具有（yǒu）兩個導向套筒（tǒng）的支座上，兩根導向軸穿過底座兩側（cè）的套筒，導向軸和擋輪（lún）液壓缸都（dōu）安裝在底座上，擋輪裝置通過液壓油的控（kòng）製可以在導向軸作往複運動。雖然液壓擋輪的原（yuán）理一樣，但是現今液壓擋輪結構上（shàng）還（hái）是（shì）有所（suǒ）區別，主要分為三軸承結構和雙軸承結構（gòu）兩種。

　　2.1三軸承結構

　　液壓擋輪三軸（zhóu）承係統中，擋輪係統主體（tǐ）主要由擋輪、軸、空心軸、軸承等組成的，擋輪與軸緊固裝配後再裝入空心軸，使之成為一個擋輪主體。空心軸與軸（zhóu）之間安裝有三個（gè）軸承，其中兩個為調心滾子軸承，其主要（yào）承（chéng）受擋輪所受的徑向力，在（zài）空心（xīn）軸底部（bù）還安裝有一個（gè）推力軸承，它的作用主要（yào）是承受擋輪的軸向力，三套軸承在承受所有外力的合力（lì）的（de）作用，使擋輪處於穩定狀態，其結構如圖3所示。

　　2.2兩軸承結構

　　液壓擋輪兩軸（zhóu）承係統中，擋輪係統主體主要由擋輪、空心軸、軸承等組成的，與三軸承結構不同，兩軸承（chéng）係統中沒有（yǒu）擋輪軸，擋輪與軸為一體結構，它和空心軸通過軸承連接使之成為一個擋輪主體。空心軸內安裝（zhuāng）了兩（liǎng）個軸承，其中一個（gè）為調心滾子軸承，其主要承受擋輪所受的徑向力，在（zài）空心軸底部還安裝有一個推力軸承，它的作用主要是承受擋輪（lún）的（de）軸向力，其結構如圖4所示。

　　3　兩種擋輪結構的比較和分析

　　3.1兩（liǎng）種結（jié）構（gòu）受力分析

　　液壓擋輪這兩種結構在原理上是一樣的，因為結構（gòu）的不同，在設計時，需要思考的問題有所差異。在三軸承係統中，其受力分析如圖5所示。

　　從（cóng）圖5可以看出，三軸承係統受力相當於一個（gè）懸臂梁結構，在擋輪受力（lì）時，擋輪徑（jìng）向力Fx（水平方向）是由上部和中部的調心滾子軸承來承受，其軸（zhóu）向推力Fy（豎直方向（xiàng））是由底部的推力軸承來承受，這樣的結構中，徑向負荷通過兩（liǎng）個調心軸承來承擔，使得擋輪處於平（píng）衡狀態。在兩（liǎng）軸承係統中，其受（shòu）力分析如圖6所示。

　　從圖6可以看出，兩軸承結構隻有兩個軸承，擋輪（lún）的徑向力全部由調心滾子軸承承擔（dān），而擋輪的軸向力則全部由推力軸承來承擔；擋輪通（tōng）過這兩（liǎng）個軸承（chéng）受（shòu）力使得擋（dǎng）輪係統處於一種平衡的狀態。

　　3.2兩種結構的結構分析

　　三軸承（chéng）結構和兩軸承結構原理相同，但是在結構上各有特點，三軸承結構是通過兩個調心滾子軸承來承擔擋輪徑向力，但是實際生（shēng）產過程中，在力的分配上，兩個軸承理論上可以（yǐ）分擔總的推力，但是具體哪個軸承承擔多少力很難精（jīng）確計（jì）算，所以在設計過程中，為了保險起見，上（shàng）部軸承需要承擔（dān）全部推力，以（yǐ）保（bǎo）證擋輪的正常運轉；而中部軸承可以根據結構的需要在設計範圍內選型，這樣可以保證在極端情況下，擋輪仍然（rán）可以正常運行。

　　而在兩軸承（chéng）結構中（zhōng），隻（zhī）有一個徑向軸承，隻需要考慮其承受（shòu）能力即可（kě），保證設計（jì）的合理性，其結構相較於（yú）三軸承係統要簡單。三（sān）軸承結構軸承運動采用（yòng）力內緊（jǐn）外（wài）鬆的形（xíng）式，通過軸承內圈鎖力使得擋輪轉動，而（ér）兩軸承結構相反，因為（wéi）其擋輪和軸為一整（zhěng）體，所以，軸承采用外緊內鬆的形式使得（dé）擋輪轉動（dòng）。

　　由於窯工況的變（biàn）化大，這（zhè）兩種結構都可能會麵對總的推力F受很多外界因素影響，變化極（jí）大，如：窯體內物料的多少、混合（hé）物（wù）料結成（chéng）的球狀物（俗稱“結球（qiú）”）對局部零件的衝（chōng）擊、托輪中心線變化後單（dān）個托輪的受力情況的變化、擋輪與托圈接觸麵（miàn）摩（mó）擦力（lì）的大小等等（děng）因素，在窯體旋轉時（shí），合力F的方向、大小不斷發（fā）生變化，由於調心滾子軸承在軸向上自鎖力不足，從而發生擋輪豎軸的上下竄動和偏擺，也就是我們常說的“抬頭”或“栽頭（tóu）”現象。

　　擋（dǎng）輪軸向雖然理論上隻有向下壓（yā）力，但是實際生產中，當軸向上竄動或偏擺時，下部推力軸承除了承（chéng）受軸向力外，還承受一（yī）定的徑向力，這就有可能造成（chéng）軸（zhóu）承滾子會脫出軌道，破壞軸承受力平衡（héng），導致局部受力過大，出現（xiàn）損壞，所以在設計之初，就需要考慮到一些（xiē）極端（duān）的條件，保證零件在這（zhè）些條（tiáo）件下可以正常運行（háng）。

　　3.3兩種結構優（yōu）缺點的比較

　　三軸承結構采用兩個（gè）徑向軸承（chéng）和一個推力軸承，由於擋輪體和擋輪軸為兩個零件，這就（jiù）使得（dé）設備零件相對較小；由於擋輪受力時，相當於一個懸臂梁結構，徑向分力（lì）由兩個徑向軸承分（fèn）擔，但是由（yóu）於回（huí）轉窯工況複雜，物料，設備等稍有變化，就會使得擋輪受力情況產生很大的變化，因此兩個徑向軸承（chéng）如何分配所承受的力（lì）成為很（hěn）大的問題，如果某個軸承受力超過所承受的範（fàn）圍，就會造成軸承損壞而引起擋輪故障，因此在設計（jì）過程中，由於無法準確的（de）估算兩（liǎng）個徑向軸承如何分配受力和受力大小，在選型時，要使一個徑向軸承承擔所有的徑向力，另一個軸承隻是起到一個輔助（zhù）的作用，或（huò）者說是（shì）根據結構（gòu）需要而設（shè）計（jì）的部件。

　　而兩軸承（chéng）結構采（cǎi）用一個徑（jìng）向軸承和一個推（tuī）力軸承（chéng）的組合，這種結（jié）構在擋輪受力（lì）時，隻有一個徑（jìng）向軸承來承受（shòu）徑向分力，因此在選型時不需要考慮力的分配問題，這就避免了徑向（xiàng）軸承由於力分配不均而造成的損壞；兩軸承結構中，擋輪和軸設計為一個整體，因此設備單個部件相對較大，但部件大多為鑄鋼件，相對於三（sān）軸（zhóu）承結構中（zhōng）的鍛件（jiàn），其加工難度和費用並沒有增加，而且相對於三軸承結構還要（yào）減少一個軸承，這也會降低設備的加工費用。

　　4　總結

　　回轉窯（yáo）是水泥廠（chǎng）的核心設（shè）備，對其的要求是要保證連續（xù）安全穩定的運行，機械結構在滿（mǎn）足（zú）使用要求的情況下，簡單的結構往往比複雜的結構更穩定。這兩種擋輪結構廣泛的使用在回轉窯係（xì）統中，雖然三軸承結構設備較小，但是零件較多，結構相對複雜，而兩軸（zhóu）承結構雖然設備（bèi）較大，但是結構簡單，加工難度不高（gāo），設備在運行過程中出現（xiàn）的問題較少（shǎo）。因此，兩（liǎng）軸承結構相（xiàng）較三軸承結構優點更突出。

來源：《四川建材》2014年5期