摘 要：冷却机用于冷却烧出的高温熟料。通过将物料在筒体中回转前进与对流冷风产生热交换，达到冷却的目的。本课题研究的主要内容有主传动和辅助传动功率的设计计算；大齿圈和小齿轮副设计；减速装置的选择设计；齿轮轴设计；齿轮与轴的强度校核；相关传动装置的结构设计。在本课题中交流电动机改为直流调速电动机，看火工能够准确的通过窑况、料层的厚薄以及二次风的温度进行手动调节单筒冷却机的转速以求获得合理的工况, 为看火操作创造了有利条件。加强大小齿轮罩壳的密封，保持润滑油的清洁。在运行到800r/min以上还没有引发共振时快速提速到900r/min；检查调整好小齿轮和齿圈的间隙,平时加强系统维护,尽可能减少啮合冲击力,检查齿轮面并清洗换面。冷却机中部直径大,可大幅度提升冷却容积;加以适当的主电机使冷却机体转动加快,使熟料与空气得以充分热传递。这个课题充分考察了4000t/d冷却机传动装置设计的可行性，是对大产量冷却机传动的可靠性的设计。

　　本课题是4000t/d冷却机的设计，课题来源：江苏鹏飞集团；本课题由3人进行，本人负责传动装置的设计。传动装置是冷却机的重要组成部分之一。在传动设计中,必须对防雨,防尘,隔热和散热,以及润滑等方面采取可能完善的措施,为连续安全运转创造有利条件。主电机应配有测速发电机,经常监测和显示窑速,保证精度。冷却机筒体进出口都有高温气体和炽热的物料通过,这决定了只能采用周边传动的方式。传动装置一般安装在接近筒体中部的托轮基础上,以减少末端轮带和托轮中心之间考虑膨胀的偏离量,并减轻筒体所受扭矩,这些设计原则对长冷却机特别的重要。为避开温度高的烧成带,传动装置通常安装在窑尾第一档基础上。为了能够更好的保证冷却机的长期安全运转，除了要求筒体直而圆和支承装置可靠外，传动平稳可靠也很重要。如果传动不稳，使筒体产生振动，易使耐火砖脱落，直接影响筒体的直和圆和支承装置的坚固性。在安装传动装置是要考虑以下几点因素:主减速机与小齿轮的同轴度；大齿圈与小齿轮的齿侧间隙与齿顶间隙；大齿圈与小齿轮的接触点[6]。

　　本课题拟解决的问题：原单筒冷却机的传动装置采用交流电动机，转速不可调，始终以全速运转。在产量低时，冷却机内料层薄，不利于二次风温的提取，给窑头操作造成了困难。单筒冷却机工作环境较差，粉尘浓度一般都很高，如果大小齿轮罩壳密封不良，就会渗入大量粉尘，使润滑油不能保持应有的清洁，势必加剧大小齿轮的磨损，使其寿命快速缩短。主电机运转到800—900r/min之间的某段转速时,冷却机出现强烈振动,但主电机继续提速到900r/min以上时,机组又趋于平衡。4000吨熟料冷却需要筒体直径大,筒体长会影响单筒冷却的冷却效率。

　　解决方案及预期效果：将交流电动机改为直流调速电动机，看火工能够准确的通过窑况、料层的厚薄以及二次风的温度进行手动调节单筒冷却机的转速以求获得合理的工况, 为看火操作创造了有利条件。加强大小齿轮罩壳的密封，保持润滑油的清洁。在运行到800r/min以上还没有引发共振时快速提速到900r/min；检查调整好小齿轮和齿圈的间隙,平时加强系统维护,尽可能减少啮合冲击力,检查齿轮面并清洗换面。冷却机中部直径大,可大幅度提升冷却容积;加以适当的主电机使冷却机体转动加快,使熟料与空气得以充分热传递。这样做能大大的提升冷却机效率，并保持冷却机平稳运行。

　　单筒冷却机在水泥工业中应用历史最为悠久。过去都应用在湿法、半干法、干法长窑和中小型预热器窑上。

　　单筒冷却机具有设备简单、运转率高、动力消耗高、适合使用的范围广、工艺布置灵活、操作容易、维护方便、没有废气排放（不需设收尘器）、投资省的优点。理应得到大力推广使用，尤其是中小型回转窑的新建或改造它应是设备的最佳选择。但是国内老式单筒冷却机存在扬料板寿命短，筒体散热损失大，出料温度高，热效率低等问题。因此，当前新建厂尤其是大中型新型干法厂很少采用。通过一系列分析国外单筒冷却机主要参数和筒内冷却装置后 ，发现国内单筒冷却机存在很多不合理的地方，如筒体长径比偏小、容积负荷偏大、冷却装置结构不合理等。

　　在国内，单筒冷却机较多地用于日产1000t以下的水泥熟料生产线，但在设备大型化过程中因受到热交换速率低等问题的制约，如熟料得不到应有的冷却，出机熟料温度高，入窑二次风温度偏低，筒体直径超过窑直径等，未能得到发展，而这样一些问题在设备规格较小时，由于筒体散热较大则可得到某一些程度的缓解。在国外，单筒冷却机虽有用于日产4000t水泥熟料大型预分解窑生产线上的，但同样受到以上问题的困扰，所占冷却机市场占有率仅为5%左右，而且90年代以来新型蓖式冷却机几乎完全取代了其它形式的冷却机。随着近年来单筒冷却机内部新型高效扬料装置的开发成功和内部耐火隔热材料的不断改善，单筒冷却机的热交换效率得到很大提高；增强了单筒冷却机对蓖式冷却机的竞争能力。国外已然浮现了与2000～3700t/d配套的大型单筒冷却机，甚至会出现了规格为φ6.0/6.5×52m单筒冷却机，其产量为4500t/d。

　　本课题研究的主要内容有主传动和辅助传动功率的设计计算；大齿圈和小齿轮副设计；减速装置的选择设计；相关传动装置的结构设计。

　　单筒冷却机传动，大致上可以分为两大类：物理运动和液压传动。物理运动又可分为单传动和双传动。目前绝大多数为物理运动。因为液压传动装置的零部件制造加工复杂，配合精度要求高，使用材料及油液价格较贵，易产生漏油；维修技术水平要求比较高，维修工作量较大；如维修或配件供应不及时，会使工作效率下降，影响筒体转速。

　　本课题用机械传动，如2-1图所示，由电机1通过减速机2带动小齿轮3传动。

　　我们采用直流电动机，它的调速范围广，可实现平滑无级调速，起动平稳，起动性能好，有利于实现自动化操作。当采用可控硅整流、直流电机调速系统时，其调速范围可达1：10以上，且起动快，维修量小。

　　正常运转的单筒冷却机，其功率包括提升物料到规定高度的负荷率和克服支承装置、密封装置、传动装置摩擦的功率。

　　当筒体运转时，物料在摩擦力作用下，与筒壁一起慢慢升起。当转到料层表面与水平夹角等于或略大于物料休止角θ时，则物料颗粒沿其料层表面滑落下来；又因筒体是倾斜布置的，故物料在筒中，还沿轴向翻滚前进。

　　如图3-1所示，物料处于筒体中心垂线的一侧，G为物料重量，作用在弓形面积的重心a上，因此物料产生与筒体回转方向相反的力矩。要将物料提升到一定高度，达到沿周向翻滚和沿轴向输送物料的目的，就必须克服由物料重量G引起的反转力矩，这就是冷却机消耗的有效功率。

　　但其中最主要的是托轮轴与轴承之间的滑动摩擦消耗，而轮带与托轮的摩擦消耗以及密封件之间的摩擦消耗与前者比较是很小的，可忽略不计。传动装置的摩擦消耗可用传动效率来表达。现在只考虑第一项消耗的前提下，来推导摩擦功率消耗的公式。

　　式（3-16）中，由于θ、α及f所取数值与真实的情况的出入，如物料休止角θ，在筒中各带中是不同的。在干燥带、分解带、，由于从物料中析出水蒸气几二氧化碳气体，使物料呈流态化，此时θ值较烧成带θ值小的多。故式（3-16）计算结果，误差较大。

　　为了应用式（3-16）时有所比较，先推荐“水泥工业设计院”建立在统计分析基础上的经验公式如下，以供参考。

　　K——系数，干法或湿法窑取K=0.048～0.056；立波尔窑或悬浮预热窑取K=0.045～0.048。

　　式（3-16）、（3-17）两式为单筒冷却机所需的功率，而实际选用的电机功率为：

　　考虑筒体内不正常的情况及筒体中心线弯曲及托轮调整不当等使功率增加的因素，选取主电机额定功率要留有较大余地。所以取电机功率N=900kW。

　　由SIMENS电动异步电机查得电动机各技术参数，选取1LA4500-8型号电动机，电动机的技术参数见表3-2。

　　从（3-16）和（3-17）两式中可知：单筒冷却机所需的功率与其转速n成正比。按理辅助传动电机功率也可以分别用上面两式计算，但其实就是不适宜的。首先，因为辅助传动时，筒体转速极慢，每小时仅几转。在这样极低速度运转时，托轮轴承内不能形成润滑油膜，所以使摩擦系数增大，摩擦消耗功率增大；其次，物料在窑内的运动情况也有变化，使辅助传动功率增大；再者，一般辅助电机采用起动转矩较小的鼠笼型电机，也需要增大电机的容量。因此，辅助传动电机功率N（kW）可按下式计算：

　　根据计算结果，选择N=90KW，由[3]第五卷P22-38表22-1-15查得电动机各技术参数，选取Y315L-8型号电动机，电动机的技术参数见表3-3。

　　通过对正常运作的电机进行实测，得知：单筒冷却机运转时的实际功率消耗仅为电机铭牌功率的1/2～1/3左右。但是冷却机在起动时，却需要很大的功率，因为起动时要克服筒体回转部分的惯性力、托轮轴颈与轴瓦间的摩擦力矩（此时，托轮轴颈与轴瓦之间没有润滑油，所以摩擦系数很大），有时起动前筒内已经存有物料，故单筒冷却机是一种要求起动转矩大的设备。目前，有些厂采用滚动轴承来代替滑动轴承，对降低起动转矩，无疑是合理的。同时，在选择电机容量时，也要考虑到电机的起动特性。在此，再次指出式（3-16）、（3-17）是仅供选择电动机容量之用，并不表示筒体实际运转功率消耗。

　　实际生产中，影响筒体功率消耗的因素是很多的，除与筒体内物料运动情况有关外，还与安装、调整、传动效率有关。如果筒体物料冷却量稳定不变而功率仍有所增加，其根本原因可能有以下几点：

　　a.由于托轮安装的高度误差和水平误差，造成各支点受力分布不均匀，致使筒体径向变形增大。同时使托轮轴承磨损不均，这不仅要增加功率消耗，而且影响运转率。

　　b.由于筒体段节接口不规则，筒体因受热不均匀而产生的热变形以及基础下沉不均等原因，造成筒体弯曲，由此产生了附加力矩，促使功率消耗增大。

　　c.托轮轴中心线对筒体体轴线严重歪斜，引起轮带与托轮表面滑动，使轴向推力增加，造成托轮上止推环与止推轴瓦间的摩擦力矩增大。

　　d.由于运转中托轮调整不当，使筒体体压在挡轮上的推力过大，导致挡轮中的摩擦力矩增大。

　　由电机转速和筒体的工作转速可确定总速比i=250。当传动方案确定后，应对各级速比的分配作比较，然后选定最佳方案。冷却机的大小齿轮速比i=5～8，甚至可达9～11。考虑到小齿轮齿数奇数，大齿圈的齿数Z为四的倍数，Z=i×Z

　　大齿圈转速3转/分，小齿轮转速24转/分；功率为900千瓦。大齿圈材料为ZG310-570，正火，HB=163～187。小齿轮为55号锻钢，调质处理，硬度不低201 HB。为使一对齿轮更好地跑合，并保证两者的磨损程度相近，应使小齿轮面高于大齿圈的齿面硬度40～70HB。

　　小齿轮的齿数Z=17～23，优先采用奇数。为便于安装和运输，大齿轮分为两半，用螺栓连接，则大齿圈的齿数Z为四的倍数。