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上海水泵集团技术之变速皮带传动

机械变速传动  应用在水泵上的传动装置,一般由可调节径的槽轮和橡胶带组成。这种传动将恒定的输入转速在一定范围内经无级变速输出,它们通常由恒定转速的交流感应电动机驱动,有时为了得到低的输速还包括有齿轮减速装置。

传动箱设计成水平、垂直或45°角形式,有完全封闭式或敞开式结构。这些传动箱的布置形式。大多数装置的传动比为10:1~2:1。包括或不包括齿轮减速,输出转速的变化范围可由4850到1.4转/分,装有增速齿轮在内的传动装置,其输出速度可达16000转/分。

用于机械变速传动装置的交流感应电动机,其转速一般是1750或1160转/分,它的电气特性完全依据国家电机制造业协会(NEMA)标准。按NEMA B级设计的电动机是一般转矩,一般滑差的标准型,C级是高转矩低起动电流型,D级是高转矩大滑差的电动机,在使用时应了解它们的技术特性。

用于机械变速传动装置的电动机安装尺寸随制造厂而各不相同,常用的是NEMA C类圆体形无安装脚的电机。有些制造厂经过协议可以供应支承面做成凹形的标准带脚电动机。

对给定的负载功率,制造厂在计算上对驱动电动机均留有一定的功率储备,这部分功率将用于克服传动装置的机械损失,这样可以保证机械变速传动装置的额定输出。

由电动机驱动的机械变速传动装置,一般的输入转速为1750或1160转/分,它的输出转速由内部调速的皮带传动确定,可以是升速或降速。但输出速度超过4200转/分时,因分离型或这种小型整体式传动就难以达到。在这种情况下,往往要增设一级齿轮传动,以满足水泵或其它需要。平行轴或垂直轴的齿轮减速箱可以与机械变速传动做成一整体,方案的选择可由设计工程师或用户确定。一般来说,当最大的输出转速要低于1750转/分,或是最小的输出转速要低于583转/分时,则需使用齿轮减速。

美国齿轮制造业协会(AGMA)没有制定用于机械变速传动装置的齿轮减速器标准,然而,大多数传动装置制造厂在生产这种传动装置的减速箱时,还是采纳AGMA恒速减速箱的标准。

标准的水泵装置,如果要求在一定的范围内作调速运行,选用无级变速传动装置往往是非常经济的。这种传动装置的初始投资与用电气或液压系统调速相比,远为低廉而且也容易操作和维修。

机械变速皮带传动的优点在于其速度控制的可靠性和准确性。它们的具体结构、型号和安装尺寸尚未标准化,因制造厂家不同而异。通常大都采用可调节径的槽轮和宽断面的V型橡胶带,以便使结构比较紧凑。大多数设计是将槽轮分装在两个平行轴上,并采用弹簧压紧机构使其能把皮带张紧。

机械变速皮带传动在应用上有高度的灵活性和很大的调节能力,它的容量可以从小于一个马力(分马力)到100马力,分马力下最大传动比为10:1,30马力时传动比降低至6:1,最大功率下传动比为3:1,超过50马力时,对通常要用多皮带传动,转速范围取决于容量,最高可达16000转/分,最低可到1.4转/分,大多数标准传动装置是在2到5000转/分范围之内。

操作原理   每组皮带轮是由左右两半组成,上面一组轮子由恒定转速的交流感应电动机轴直接驱动。这组定速轮中左侧半个轮子圆定于轴上,右侧的半个轮子可以在轴上沿向滑动。它由滑动操纵机构控制,该机构包括有止推轴承、轴承罩和滑杆,用手轮或其它速度控制装置操纵。下面一组轮子装在变速的从动轴上,左侧轮子压紧在弹簧盘上,并可作轴向滑动,而右侧轮子是固定的。两组轮子用一宽截面V型挠性皮带连接。

假如皮带是由最低速度的位置为起点调节,滑动机构将定速轴上的滑动轮向左侧推移,皮带就会在张力作用下朝轮子大直径处移动,同时在另一端朝变速轴小直径处移动。这样,虽然原动机转速恒定,而输出轴却可得到无级增速,上述过程反回去,则输出轴减速。从上可知,皮带在定速轴最大直径处时,在输出轴上是处于最小直径处,这时输出轴的转速最高,反之,则输出轴转速为最低。

由于每组轮子中都有半个轮子固定在轴上,要得到不同的直轻比并造成速度的变化,V形皮带必须作轴向同时也沿皮带轮斜面移动。当传动装置运转时,离心力对皮带的这种合成运动并无影响;但是,当传动装置不工作或静止时,不应操纵调速机构,否则不但皮带将被碾坏,还可能使调速机构损坏。

其它皮带传动   其它机械调速传动装置,诸如单独调节马达槽轮或皮带轮或金属链带传动等,这里只作简单介绍,因为它们在水泵传动中应用有限。

一种简单的可调节径的传动装置,马达轴上的槽轮可调直径,通过宽断面的V型皮带带动一固定直径的平面皮带轮或槽轮。主从动轴平行,借助于马达滑动基座,两轴中心距可作相应的调节。这种装置多为开式皮带传动。

金属链轮传动工作原理与皮带调速传动一样。这种传动装置是用两副可调节径的槽轮带动一个宽截面的金属链带,由一套联动调节机构操纵两副槽轮同步的移动。

这种传动带用于承受严重过载和长时间恶劣情况下工作的低速大盟矩传动装置。

标定的根据   机械调速传动箱往往作为定转矩变功率的传动装置。它的功率限定于整个装置的最高运转速度,低于这个最高速度的功率按比例减小。

一个完整的传动装置实际上有三个主要组成部分,每部分均有自己单独的转矩或输出功率特性,例如交流感应电动机或原动机在恒定转速下有恒定的功率。

皮带变速部分的输出转矩特性在整个变速范围内是定转矩与变转矩两者的混合,当速比高于1:1时,它是变转矩定功率特性,而在速比低于1:1时,则是定转矩变功率特性。最后,平行轴或直角的齿轮减速部分是定转矩变功率特性。

因齿轮减速部分有定转矩的特性,它最终决定了整个机械调速传动的输出特性。

应注意到,实际上许多制造厂对于平行轴的传动以输出轴的功率作为基准,而对直角输出轴传动是以输入功率减去减速部分的损失为基准。由于直角蜗轮和直角的蜗轮与斜齿轮组合的减速箱效率较低,使用这种传动的企业根据实践均按它的输入功率来应用。由前面的讨论可知,调速传动中皮带分输出轴就是传动装置本身减速部分的输入轴。

为了在全部和部分速度范围内都提供恒定的功率,传动装置的皮带和齿轮部分可能用尺寸过大的结构或壳体。然而,驱动电动机是个恒定功率的装置,因此过大的结构是没有必要的。

工作因素   机械调速皮带传动的正常使用条件是按稳定的定转矩负载,每日运转8小时,每周工作5天的需要来考虑的。超出上述情况,如承受中度到重荷的冲击负载,24小时连续运转和调速范围很广而功率恒定等,就应对其使用容量进行修正。

对于非一般的使用情况,应按下列条文内容事前将情况提供给制造厂:

1.要求的速度(每分钟转数)和转矩;

2.峰值负载的数值和频率;

3.每日或每周工作小时数

4.启动和停车的频率;

5.负载的转动惯量(WK2);

6.反转的频率;

7.电器和机械过载保护措施;

8.传动输出轴与负载的联接方法;

9.其它非一般的环境或运行情况。

控制方法   操纵机械调速传动方法有几种,在水泵应用中主要是通过杠杆、手轮或按钮手动控制,也有半自动或自动的机械、气动、电动的控制。

手动操作往往借助于游标附件以提高速度调节的精度,偶面也用装在内部或外部的凸轮机构,以保证给出符合需要的输出特性。

通常还可利用位置控制电动机,分马力电动机,通过减速轮操纵变速丝杠,在远距离的控制台上用按钮操纵,实现遥控。

半自动或自动控制系统一般包括三部分:传感器、接受器和位移促动器。传感器将工艺过程中的参数变化变成信号传送给受器,经过分析、放大发出指令给位移促动器,使它对机调传动按需要进行调速。如果信号直接取自负载的需要,要能进行调速,就必须有相应的控制系统。此时唯一的限制是负载的需要必须符合特定的几种模式,但这种模式并非基于调速中是否存在有直接关系,正比或反比关系。

调速的气动元件一般均用3~15磅/英寸的气动压力,这种气动位移装置类似于控制位移伺服阀。后者通常用于各种不同的开式或闭式回路控制。对于机械调速传动可以从运转系统的许多方面取得信号,如液位、压力、流量或其它可测的数值。这样,调速传动就成为闭式回路过程控制系统中的控制元件。

应用指南   在选用机械调速皮带传动装置时,一般应了解以下各项内容:

1.   机械调速传动制造厂的产品尺寸牌号;

2.   速度变化范围和实际输出速度;

3.   电动机的性能:额定功率、电流(单相或三相、频率和电压),外壳形式及其它电气和机械上的变动;

4.   特殊的输出轴外伸情况;

5.   控制的类型:手轮、电器遥控、机械自动控制、气动控制等;

6.   传动装置外形尺寸和安装型式:立式、耳轴式、悬挂式、旁侧式或法兰装接型;

7.   辅助设备,如转速计、电磁闸等等;

8.   定转矩和最高输出速度下的功率;

9.   外壳封装形式。

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