Page 107 - 《橡塑技术与装备》2024年11期
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测试与分析 毕超 等·大型双螺杆挤压造粒机组齿轮箱轴系分析及齿轮箱相关核心技术
螺杆，以排空螺杆内物料 ；随后，切换到齿轮箱的低 挤压造粒机组齿轮箱的对称式双过渡轴扭矩分配方案。
速挡，逐渐增加负载 ；当设备在低速挡稳定挤出，再 其中，长输出轴作为动力轴，同时驱动上下布局的两
将齿轮箱切换到高速挡，同时增加负载。这一结构中， 根过渡轴，两根过渡轴同时驱动短输出轴。这一方案
换挡机构是该类型机组的薄弱环节，该类故障屡有报 实现了以两个轮齿共同分担扭矩的传动方式，有效地
道。另外，从螺杆受力的角度看，即便是在没有增加 降低了单齿传递扭矩，并且可以有效减少齿轮在高应
产量负载的情况，切换档位瞬间对螺杆的冲击也是较 力状态下的疲劳磨损。从目前设备的应用情况来看，
大的。特别是螺杆塑化段捏合盘区域，此处物料较硬， 这一类型的扭矩分配方案对实现比扭矩系数 11.3 Nm/
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且捏合盘元件内物料填充度接近 100%，所以转速冲 cm 的齿轮箱来说是具有一定可靠性的。值得注意的
击会转换为扭矩突变，从而会诱发螺杆芯轴的断裂 [8] 。 是，当前大型化机组的高效利用是石化企业探索的热
点。超载运行在很多石化企业的不少牌号生产中普遍
存在。这就对齿轮箱的安全性提出了要求。从工程建
设公司了解到，业主对齿轮箱的 AGMA 安全系数已经
普遍从 1.5 提高到 1.75。进一步提升单齿承载能力可
能是实现更高安全性的必经之路。
图 1 FLENDER 公司齿轮箱外形照片
RANK 公司的大型双螺杆挤压造粒机组齿轮箱在
一定程度上可以解决上述螺杆载荷突破冲击的问题 [9] 。
如图 2 所示，行星轮系可以将两个电机的转速合成图
中行星轮轴架的转速 [10] 。主电机提供大功率，在工频
图 3 双过渡轴扭矩分配方案
下定速转动 ；而辅助电机功率占比约 20%~30%，可
以实现一定范围内的变频调速。通常情况下，2 000~ 传动系统中，保证两输出轴相位差变化量处于规
3 000 kW 的变频器和电机的成本是可以接受的。这样 定范围是保证两螺杆不发生干涉的前提条件。从扭矩
一来，开机时辅助电机可以平稳的启动螺杆。并且在 分配的角度来看，对称式双过渡轴扭矩分配方案中，
正常工作时，可以适当调整辅助电机转速以匹配不同 长输出轴的输入端传递的扭矩为总扭矩。在与过渡轴
排号物料生产的需要。 发生啮合后，理论上会将其中 1/2 的扭矩分配给短输
出轴。但是，输出轴的输出扭矩实际上是来自于其所
驱动螺杆的负载。对于同向平行双螺杆挤出机而言，
由于挤出机两螺杆并非处于对称式工作模式，因此两
根螺杆的工作扭矩存在一定的差异。所以分配到两根
输出轴上的扭矩并不一致。这必定会导致两输出轴相
位差的变化。值得思考的问题有 ：①齿轮箱的扭矩分
配轮系如何根据负载自动调整两输出轴上的扭矩分配。
②齿轮驱动链上各个轴的微变形与两输出轴相位变化
之间具有何种关系。不仅如此，从齿轮驱动链的角度
来看，长、短输出轴的承载是关联的，变形也是有上
下游的关系。短输出轴作为被动轴，其扭转变形量来
自于所驱动螺杆的负载 ；而长输出轴作为主动轴，其
图 2 行星轮系结构示意图 扭转变形不仅来自于所驱动螺杆的负载，而且还包括
驱动短输出轴造成的变形。当然，还要考虑过渡轴的
1.2 对称式扭矩分配方案
变形累加。理论计算上可以实现的理想扭矩分配和轮
图 3 中给出了 FLENDER 公司和 RANK 公司大型
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