挤出机安全离合器摩擦片的国产化研制

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表2 进口摩擦片的传递扭矩计算
项目 P(表压)/MPa 轴向力S/×10 N 传递扭矩M/×10(N·m) 0. .8 . 0. 10. .10 参数 0. 1 .88 0. 1. . 0. 1. .0
2 . 3 . 3 采用国产摩擦片时安全离合器最大工作气压 计算 P'max 表 =0. MPa(表压) 国产摩擦材料,其最大气源压力为 0. MPa( 表 压 ),最大扭矩 Mmax=0 000 N·m。 进口资料给出为 0. MPa( 表压 ) , 最大扭矩 Mmax=0 000 N·m。 () 2.3.4 摩擦片组件与内齿环齿形参数的计算 国外厂商为了实行垄断, 在技术上采取了许多 手法,如将摩擦片的齿轮参数采用非标准参数设计, 并且各型号取用不同的变位系数,其目的一则使其各 型号间不能互换;二则使设计参数让用户难以掌握, 给备件的国产化增加难度而依赖进口。 PP 装置挤出机摩擦片的国产化, 在对摸清不同 型号的齿轮参数的基础上,经准确推算,得到了与进 口件完全一致齿轮参数,以确保国产化件与进口件的 互换性。 进口件齿形的测绘数据及国产摩擦片齿轮参数 的计算结果见表 。 国产化摩擦片替代进口件, 装入离合器中, 其 配合间隙完全与进口件一致,满足使用要求。 2.4 进口摩擦片与国产摩擦片参数对比 传递扭矩 M 与供气压力 P 关系对比曲线(详见 图 ) 。
第 卷第 期 01 年 月
化 工 设 备 与 管 道 PROCESS EQUIPMENT & PIPING
Vol. No. Apr. 01
挤出机安全离合器摩擦片的国产化研制
徐益军
(中国石化上海石化股份有限公司,上海 000) 摘 要:目前国内大型挤压设备都采用安全离合器作为连接形式。在介绍了聚丙烯装置挤出机ZSK-80中
图2 PPF-272型摩擦离合器结构示意
1. 内花键联轴器缸体 ; . 螺栓 ; . 活塞 ; . 压力盘 ; . 摩擦片组 件 ; . 摩擦盘 ; . 内齿环 ; 8. 外齿毂 ; . 弹簧 ; 10. 橡胶缓冲件 ; 11.柱销;1.毂体
图5 摩擦片组件
图3 摩擦离合器
图6 摩擦片 图4 摩擦片
安全离合器发生快速打滑时的扭矩值, 由压缩 空气的压力和弹簧力来决定的。然而弹簧力是预先设 定好的,因此只能通过调节压缩空气压力来控制该扭 矩值。当由于供给的压缩空气压力偏小,或者由于齿 轮箱侧的负荷超大时,安全离合器发生打滑,即摩擦 离合器的速差超过每两分钟四圈,此时则由电气控制 系统将压缩空气系统转向自动快速放空,摩擦离合器 立即脱开而中止扭矩传递。 在最短的时间内停止运 转,起到保护造粒机的作用。
1 PPF-272型安全离合器结构和性能分析[1- 4]
1.1 PPF-272型安全离合器结构 PPF-源自文库 型安全离合器如图 所示。图 ~ 分别 为安全离合器及摩擦片实物图。该离合器联接电机和 齿轮箱。离合器由气动活塞、缸体、摩擦部分和弹性 联轴节组成。离合器可以在不拆卸电机和齿轮箱输入 轴的情况下,只拆卸离合器中摩擦部分的零件,进行
操作、 使用都比较安全, 而且拆装维护方便, 技术 也比较成熟,是大型设备机组普遍使用的连接结构。 在上海石化塑料部采用安全离合器作为连接形式的 造粒挤出机有四台, 其中两台是聚丙烯装置的德国 WP 公司所制造 ZSK-80 型挤压机,另外两台是聚烯 烃装置的日本 JSW 公司所制造的 CIM0-P Ⅱ型和 CMP0X-18AW 型挤出机。 摩擦片是安全离合器中的重要部件, 也是损耗 件,在使用一定时间后,必须更换或修复。聚丙烯装 置中进口的安全离合器已使用多年, 磨损严重, 常 出现故障, 造成两台设备经常停车检修, 严重影响 物料产量,经济损失相当大,要解决此问题的关键是 必须定期更换摩擦片。然而进口摩擦片的使用周期非 常长,而且国外供货商不接受单独订购摩擦片组件, 需要成套订购,价格相当昂贵,因此,安全离合器国 产化工作是十分必要的。
1 石棉橡胶板( 石棉基摩擦材料 ) , 一般采 用编织或模压法制成。 由于石棉在不添加其他材料 时所制成的摩擦材料不但强度低 , 而且与配对件工作 时 , 摩擦系数会发生变化 , 耐磨性也很低。另外 , 使 用过程中因磨损所产生的石棉尘灰 , 吸入人体后会严 重影响人体健康。 而我们选用的国产 LZ0 合成板 导热性好且强度高、 性能稳定又环保, 而且它与离 合器摩擦片的配对件材料 QT-00( 球墨铸铁 ) 的磨 合性和抗粘着能力都非常高。 因为摩擦离合器的性 能,不仅取决于摩擦材料本身,还与配对件的材料有 关。在离合器转速很高时,摩擦盘将产生很大的离心 力。因此,高转速的离合器必须采用钢或合金铸铁制 造的配对件, 目前国内外离合器配对件一般都采用 QT-00(球墨铸铁) ,采用 QT-00 材料优点在于: (1) 与大多数摩擦材料配对时, 不易与摩擦材 料发生粘结;
PPF-型安全离合器结构及工作原理的基础上,就安全离合器摩擦片国产化研制中材料选择和参数计算 等进行了详细分析,并对国产摩擦片应用进行了分析介绍。国产摩擦片在实际生产使用中验证,达到了 理想的效果。国产摩擦片的研制成功,具有很好的技术推广应用价值。
关键词:挤出机;离合器;摩擦片;国产化 中图分类号:TQ 00.;TH 1. 文献标识码:A 文章编号:100-81(01)0-00-0
挤出机是塑料生产和加工的重要设备。 聚丙烯 粉料与添加剂混合态进入挤压机筒体,在高温下挤压 熔融,挤出机的功能是将熔融的塑料混炼、升压,然 后进入挤出机模板切粒。切粒机采用水中切粒方式, 造粒模板将熔融的塑料通过模孔挤出,切粒机上旋转 的切粒刀贴合在模板表面,将其切成颗粒,并在水中 冷却,被循环水带至干燥器,经干燥,再送至包装。 聚丙烯装置挤出机是德国 WP 公司的同向双螺杆挤出 机,主要设备包括:挤出机主机、安全离合器、水下 切粒装置、模板等。 为防止挤出机机组过载时不受损坏, 通常要采 用安全设备。在挤出机装置中,使用了安全离合器。 聚丙烯装置挤出机 ZSK-80 型挤压机中, 就采用了 PPF- 型安全离合器。安全离合器安装在主电机和 主变速箱之间,它一方面起传递动力的作用;同时当 机组出现过载时,能在最短的时间内停止运转,起到 安全保护作用。见图 1。
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式中 D1——活塞外径,0.8 m; D——活塞内径,0. m。 2.2.4 推算进口摩擦材料的摩擦系数f 根据外方提供的资料,在气源压力 0. MPa(表 压)时,最大扭矩 Mmax=8 800 N·m。 参 数 选 取:i=,Dp=0. m,K=1.,F1=0. m,P=0. MPa( 绝对 ),Mmax=8 800 N·m。 S=P F1 计算结果:f =0.8 2.2.5 进口摩擦片性能参数计算结果 进口磨擦片的传递扭矩计算结果见表 。
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的找正工序。
从而起到传递扭矩的作用。这时动力通过弹性联轴节 (图 中件 10、 件 11 )传递到内齿环(图 中件 ) , 并进一步通过与之啮合的摩擦片及相邻的摩擦盘传 递给齿轮箱输入轴 (图 中件 1 ) , 从而实现动力传递。 当安全离合器供气压力放空时, 弹簧( 图 中 件 )的弹力使每对摩擦片与摩擦盘相互分离,从而 中断扭矩传递。
图1 安全离合器安装方位示意
修理或更换,这样可省去组装时复杂的电机和设备轴
收稿日期:01-0-1 作者简介: 徐益军 (10 —) ,男,上海市人,工程师。主要从事设 备技术管理工作。
当前,在国内大型挤压设备中,日本的 JSW 公 司、 德国的 WP 公司所制造的挤出机都采用安全离 合器作为连接形式,这种安全离合器扭矩传递可靠,
2 摩擦片的国产化研制
2.1 摩擦片材料的选择 摩擦离合器中最重要的部件是摩擦副( 摩擦副 包括摩擦片和摩擦片的配对件) ,摩擦片材料、尺寸 及摩擦系数等参数决定着摩擦离合器的传扭能力、 性能和寿命长短的问题。 所以选择摩擦片材料至关 重要。
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摩擦片在使用中通常要求材料摩擦系数大; 热 稳定性好 ( 即在不同温度下摩擦系数基本保持稳 定 ); 耐磨、 耐热、 导热性好; 具有较大的比热容 和密度,较低的热胀系数,不易燃烧,良好的耐油、 水和热腐蚀能力; 在较高负荷作用下, 不论冷态或 热态时均有良好的抗粘着性, 不会与配对件发生粘 结和涂抹现象;较高的工作温度,有足够的强度等; 并且要有良好的阻尼性, 保证在工作频率范围内不 出现共振。 目前, 国内外广泛应用的摩擦材料主要有两种 类型:石棉树脂和铜基粉末冶金型 ( 有片状式或浮动 嵌块式 )。下面对国产摩擦片材料 LZ0 合成板(橡 胶树脂铜基粉末冶金型)和 1 石棉橡胶板(石棉 树脂)的主要化学成分、性能(如表 1)作比较。 1 石棉橡胶板的主要化学成分: 丁苯橡胶、 酚醛树脂、 石棉、 炭黑、 长石粉、 铜丝、 适量的防老剂、 催化剂等 。 LZ0 合成板的主要化学成分: 酚醛树脂、 丁 腈橡胶、 合成(陶瓷)纤维、 灰硅石、 铜粉、 铬铁矿粉、 适量的防老剂、催化剂等。 1 石棉橡胶板和 LZ0 合成板的主要性能对 照见表 1 。
表1 不同摩擦片材料的主要性能对照
项目 LZ0合成板 μ 0. HB 0 8 P/MPa 0.~1 1 Akv/(J·cm -) ρ/(g·cm-) 0. 0. 1. 1. 1石棉橡胶板 0.
[]
() 与摩擦材料之间有着一个比较稳定的摩擦 系数,不受工作条件的影响; ()导热性好,容易加工; ()含碳量高,抗热损伤能力比较强; ()抗磨损能力强,强度受温度的影响较小。 早期按进口摩擦片材料研制的国产化摩擦片材 料为 1 石棉橡胶板。近几年来进口摩擦片材料做 了改进, 由于环保原因不允许使用含石棉的摩擦材 料。 为此按进口材料, 由国内研究所研制的 LZ0 合成板,其性能稳定,参数接近进口材料,可以作为 替代进口同类材料。 2.2 进口摩擦离合器主要技术参数及相关数据验算 2.2.1 进口摩擦离合器主要技术参数 最高转速 n=1 80 r/min 气源压力 P=0. MPa( 表压 ) 时: 额定扭矩 MS=1 000 N·m 最大扭矩 Mmax=8 800 N·m 气源压力 P=0. MPa( 表压 ) 时: 额定扭矩 Ms=0 000 N·m 最大扭矩 Mmax=0 000 N·m 2.2.2 传递扭矩计算公式 采用公式(1)进行扭矩的计算: 式中 M——传递扭矩,N·m; S——轴向力,N; i——摩擦面对数; f——摩擦系数; DP——摩擦片平均直径,m; K——工作情况系数。 轴向力 S 可由下式计算: S=P F1 式中 P——空气压力(绝对压力) ,MPa; F1——活塞作用面积,m。 DP=1/(D+D) 式中 D——摩擦片外径; D——摩擦片内径。 2.2.3 计算参数 计算参数:i( 摩擦面对数 ) 为 ,Dp( 摩擦片 平均直径)为 0. m,D(摩擦片外径)为 0. m, D(摩擦片内径)为 0.0 m; K (工作情况系数)取 1.。 S=P F1 () (1)
离合器摩擦副零件中不允许有油污进入, 一旦 有油性物质进入,将会大大降低其摩擦系数,造成设 备损坏。 摩擦片尺寸如图 ~ 所示, 摩擦片单侧工作面 为 1 个摩擦材料扇形块组成,两侧共 个摩擦材料 扇形块。每个摩擦材料扇形块用 只铜铆钉联接到摩 擦片齿轮本体上。 摩擦片工作面的平面度十分重要, 摩擦材料扇 形块铆接到摩擦片齿轮本体后必须整体加工,确保摩 擦片两侧工作面的平面度及平行度。 1.2 安全离合器性能分析 安全离合器工作动力源依靠压缩空气。 压缩空 气通过齿轮箱输入轴中心小孔进入离合器中,在压缩 空气的作用下, 环形活塞( 图 中 件 ) 被推向压 力盘(图 中件 ) ,安全离合器便被强制结合起来,
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