煤矿输送机NGW行星齿轮传动行星轮轴承优化研究

发布时间：2016-01-05
彭智娟，殷永贵
（山东科技大学，山东泰安　271019）
　　摘　要：针对煤矿输送机NGW行星齿轮传动行星轮轴承优化研究问题，介绍了NGW行星齿轮的传动原理，NGW行星齿轮的设计要求和NGW行星齿轮技术的特点，探讨了NGW行星齿轮与短圆柱滚子在煤矿运输系统的应用，NGW行星齿轮短圆柱滚子装置和NGW行星齿轮短圆柱滚子数量的计算和确定，分析了行星齿轮轴承设计技术难点。
　　关键词：煤矿输送机；NGW行星齿轮；圆柱滚子装置；润滑轴承
　　0　前言
　　煤矿输送机应用NGW行星齿轮传动提高了输送机的运行能力，提高了输送机设备的使用效率，减低了能耗，提高了经济效益。这主要源于NGW行星齿轮具有良好的传动效能比，因此是输送机科学地解决了机械能耗高的问题，这是因为NGW行星齿轮具有独特的优势，由于它的体积较小，使自身的质量减轻，传动比大，再加上它的结构紧密，承载力高，不仅具有较高的工作效能，而且需要的机械能耗又较小，因而，在我国的煤矿机械中得到广泛应用，虽然在煤矿输送机NGW行星齿轮由于工艺和设计问题，使NGW行星齿轮在输送机地应用范围受到一些影响，尤其在煤矿输送机中减速器的设计使用受到了约束。
　　1　NGW行星齿轮的传动原理
　　在煤矿输送机应用的NGW行星齿轮传动系统，有一个太阳轮和3个行星轮，如图1，它们彼此啮合在一起，在NGW行星齿轮的传动过程中，就存在着功率分流问题，也就是太阳轮和行星齿轮受力时，对每一个行星轮传递的功率只占总功率的1/3。在煤矿输送机中应用NGW齿轮的过程中，太阳轮的运转必定会使行星轮同步运动。但是由于利用了NGW行星齿轮传动的差动原理，虽然行星与太阳轮同步，但它的速度确已经加快，因此就发生了调速过程，煤矿输送机的动力系统利用NGW行星齿轮的传动方式，使输送机动力系统实现多挡恒转矩调速启动方式，这种具有良好的启动调速制动特性，能使输送机在负力提升中实现发电反馈的制动功能。
　　（1）NGW行星齿轮的设计要求
　　NGW行星齿轮传动，几乎在煤矿输送机和其他机械中不可缺少，它广泛应用于各种机械的传动系统。它的特点是质量轻、体积小，与常用圆柱齿轮减速器相比，质量减轻1/2以上，体积可以缩小1/2左右。它又具有传动效率高，传动功率范围大的优势。但在煤矿输送机应用NGW行星齿轮传动中，由于煤炭生产工作状态，容易使NGW行星齿轮部件出现接触疲劳，使太阳轮和行星轮的中间部位出现齿轮剥落或出现断齿，因此，必须有效地提高NGW行星齿轮的承载能力和啮合的接触力，使得太阳轮和NGW行星齿轮的啮合力更大，这样就可以使NGW行星齿轮的磨损减少。避免了在煤矿生产过程中，存在煤矿输送机NGW行星齿轮传动行星轮轴承，有可能在承载过量的情况，存在煤矿生产工作不安全隐患的问题，因此，必须强化对煤矿输送机NGW行星齿轮传动行星轮轴承在设计过程中的强度，重视NGW行星齿轮接触疲劳，要利用现代高科技手段，注重煤矿输送机的科技创新，使煤矿输送机NGW行星齿轮传动，在保证高效、节能的原则下，使它的安全性得到提高，显然，对NGW行星齿轮有效的科学设计，可以保证提高煤矿输送机设备的使用寿命。
　　（2）NGW行星齿轮技术的特点
　　在煤矿输送机中利用NGW行星齿轮技术，主要是应用行星齿轮的减速器，这种减速器包括单级、二级、三级减速，其中有12个系列和8个派生系列的行星齿轮减速器。主要用于矿山的输送机设备减速，利用NGW行星齿轮技术可以提高生产效益，同时还可以做到节能，是保证低碳经济发展的技术之一。在煤炭的生产中为了完成生产任务，就需要消耗电能，而电能的消耗大多是煤矿生产应用的电机设备，如果在煤矿输送机中应用NGW行星齿轮技术，就可以使用电机功率的变频控制，提高煤矿输送机的生产能力，保证有效能耗增加生产的产量，起到提高煤炭产量，不增加消耗电能的结果。为了保证在煤矿输送机中能够利用NGW行星齿轮，来实现对电能的高效利用，必须保证在煤矿输送机对NGW行星齿轮的使用中，坚持技术创新和对节能设备的科学管理，例如，在煤矿输送机中，可以将计算机控制技术应用到NGW行星齿轮之中，这就会使NGW行星齿轮技术由于应用了数字技术，可以有效地进行交流电机调速，这样就可以提升煤炭的生产效率，同时也会减少电能源消耗达到清洁生产，节能降耗的要求。实现在煤炭生产过程中实施有效节能控制，达到高效安全生产的目的。
　　2　NGW行星齿轮与短圆柱滚子
　　在煤矿输送机NGW行星齿轮利用传动的轴承，都是采用短圆柱滚子解决设计的难点，这种短圆柱滚子与滚道为线接触轴承。轴承在内圈和外圈的一侧设有双挡边，另一侧设有圆柱滚子轴承，可以承受一个方向的轴向负荷。因此它的负荷能力大，主要可以承受径向负荷的压力。因其滚动体与轴承套圈边的摩擦力小，尤其适于高速旋转系统。
　　正是由于NGW行星齿轮采用传动的短圆柱滚子轴承，使煤矿输送机提高了效率，节约能量。使在煤炭生产过程中，输送机成为主要的运输工具。传统的输送机需要消耗大量的电力能源，这不符合低碳经济的发展，因此，必须对煤炭生产输送机设备进行技术创新，尽量降低煤炭在生产过程中的能耗，由于能耗集中在电机设备中，而电机设备又是煤矿输送机的动力源，在煤矿输送机中利用NGW行星齿轮传动控制，就可以既降低电机的功率，又提高了输送机的运输能力，可以解决传统电机大马拉小车的低效益问题，实现了煤矿输送机电机能源的高效利用。在现代煤炭生产过程中，对NGW行星齿轮传动得到了广泛的应用，才实现了煤矿输送机可以有效进行节能控制。
　　（1）NGW行星齿轮短圆柱滚子装置
　　保证在大功率、大扭矩、高转速工况下NGW行星齿轮传动的可靠性、合理性和平稳性，用NGW行星轮内孔充当轴承滚子的外圈滚道，本设计是把短圆滚子轴承安装在行星轮内，由短圆柱滚子、保持架、行星齿轮、行星轴、挡环和行星架等共同构成，NGW短圆滚子行星轮内轴承装置如图2所示。
　　为了使轴承装置具有良好的润滑效果，需在NGW行星轮的齿根分别钻几个导油小孔，同时选择在挡环圆周上设计成环形油槽，当行星架转动时，可以带动环形油槽内的润滑油产生圆周转动，这样就可以使润滑油在离心力作用下进入到短圆柱滚子间有利于润滑。
　　通过对图1装置进行建模分析后计算，可得质量为M的润滑油随NGW行星架转动时产生的离心力
　　式中　rH———行星架转动中心到轴承滚子转动中心的距离；
　　　　　nH———行星架转速。
　　利用高速转动产生的离心力，对行星轴轴承连续不间断地供油。
　　（2）NGW行星齿轮短圆柱滚子数量
　　NGW行星轮轴承设计的重要环节，必须保证较高的额定动载荷Cr和额定静载荷Cor，因此，要保证NGW行星轮轴承的安全运转，需要合理的选定行星轮轴承内部结构的主参数，例如行星齿轮圆柱滚子的直径d、单排滚子个数z、滚子的长度L、外圈滚道半径R2和轴承接触角α，上述参数有些可以在轴承的标准样本上选取，但有些需要通过计算求得。设行星轮轴孔的内径为D，短圆柱滚子的直径为d，则单排滚子个数
　　3　结语
　　行星齿轮的传动由于体积较小，同时又具有承载能力相对较强的优点，因此非常适应煤矿井下的工作环境。尤其是当前煤井生产任务重的工作压力下，由于科学技术的发展，煤矿输送机得到发展和创新，传统的行星齿轮已经不能满足现代煤矿输送机的要求，NGW行星齿轮在煤矿输送机的应用，可以有效提高煤炭开采设备的使用效率，NGW行星齿轮良好的传动效能比，可以科学地解决输送机能耗问题，是提高煤炭运输工作效能，节能降耗Z佳技术创新。
　　参考文献：
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　　［5］万苏文，姜亚南，张月平，等.NGW行星齿轮传动中圆柱滚子轴承装置与润滑设计［J］.煤矿机械，2012，33（3）：80-82.
来源：《煤矿机械》2013年10月