南京高精齿轮集团有限公司 江苏 南京 210031
摘要：随着我国煤炭行业机械化采煤的广泛与普及，如何提高原煤运输能力问题就显得非常突出，对担当运输任务的带式和刮板输送机的功率要求越来越大，从原来的几十千瓦发展到几百千瓦，提高大功率减速器的热功率显得更为重要，因为只有有效地提高减速器的热功率，才能最大限度地发挥和应用设计机械功率。国产的减速器与国外相比在热功率方面悬殊甚大，且随着功率增大相差更为显著。不仅直接造成巨大的能源消耗和经济损失，还严重地影响了我国机械产品的国际市场的竞争力。
关键词：热功率；散热措施
1 国产减速器的热功率现状
减速器有两个功率选用参量：一个是机械功率，即按减速器主要零件的强度条件来确定的功率；另一个就是热功率，即在环境温度为常温时，减速器带负荷连续运转至热平衡状态下的许允温度时的最大使用功率，它是选用减速器的重要指标。在不同行业由于使用的工作环境不同，对热功率标准规定指标也不同。为了便于对机械功率和热功率的研究，根据我国的减速器行业标准(许允温度为100 ℃) 将两者对照如下：
减速器的机械功率越大，其热功率所占的比值越小，最低仅占20.1 %。对于两者比值小的减速器，若不采用适当的散热措施，只能降低其机械功率使用，处于“大马拉小车”的状态，否则就会造成工作温度过高、润滑系统失效，引起机械热损伤。其结果只能是机械设备的工作能力得不到满意足的应用和发挥，造成极大的浪费和损失。由此看来，减速器热功率的提高与有效的散热措施密切相关，为了保证良好的散热，需在减速器上安装一定的强制散热装置。
2 自然散热的热功率试验
齿轮减速器自然散热热功率的计算公式为
Pg = kF( t - t0) / 1 000 (1 - η) （1）
式中，Pg为热功率，kW； k 为导热系数，设计手册推荐k = 8.7～17.5 J / (m2·s·℃)；F 为散热面积，根据减速器箱体外形尺寸计算，m2 ；t 为达到热平衡时，润滑油的许允温度，对于煤炭行业规定为90 ℃；t0为环境常温，一般取20 ℃；η为减速器的总效率，它包括齿轮的啮合效率、轴承效率和搅油损失效率等。
在上述参量中，散热面积F 难以非常准确地计算，导热系数k 推荐的范围大，与实际工况相关，不易准确取值，而效率η的大小也难以判定，由于减速器的绝大部分功率损失最终都会转换成热量，它对热功率的影响最为敏感，对大功率来讲更加明显。因此，减速器的热功率只有通过试验才能准确、科学地得出。采取在DSC - 150 齿轮试验台上做单级测定，确定出相关参数，再按式(1) 换算出相应规格减速器的热功率，然后用工业性试验来验证，以保证实验结果的可靠性。
DCS - 150 齿轮试验台原理如图1 所示，它是一种电动加载封闭试验台。试验时，陪试箱采用循环油润滑，并加盘状铜质盘管“水冷”；试验箱模拟实际工况，采用油池润滑，自然散热，加载方式为逐级加载，每隔15 min 测试记录一次油温，直到热平衡为止。由于试验台的加载范围有限 (0 ≤M ≤588 N·m) ，为了测出行业标准中的所有热功率，应对试验作以下两种情况处理：①功率较小的减速器，加载量小于试验台最大封闭扭矩Mmax = 588 N·m ，达到热平衡温度高于或低于90 ℃时，是由于载荷选择不当，须重复进行试载，直到被选择的载荷下热平衡温度为90 ℃，此时测得的运行功率即为被测热功率。②对于功率较大的减速器，加载量大于试验台最大封闭扭矩Mmax = 588 N·m，达到热平衡温度远低于90 ℃时，保持最大封闭扭矩不变，逐级改变电机的转速，直至热平衡温度为90 ℃，此时测得的运行功率即为被测热功率。
图1 DCS-150齿轮试验台原理
以上两种情况测得的各级热功率值见表2 (按煤炭行业标准，许允温度为90 ℃)。
表2 ZSY减速器和DSY减速器的热功率
试验表明，列管式冷油器的散热效果最好，铜质材料又优于铝质材料，这是因为导热系数与材质相关。对于较小机械功率段的减速器，如果采用新型冷油器，其热功率几乎可达到设计功率，对于大功率段的减速器，其热功率的提高也非常明显，占设计机械功率的50 %左右，接近国外减速器标准的同等水平。
6 结语
试验结果表明，减速器的热功率与其热量散发密切相关，因此在设计和选用大功率减速器时，一方面要保证传动效率高、发热量少，那么在设计矿用大功率的煤机产品时(如带式输送机、刮板输送机等)，应选用磨齿硬齿面减速器，因为效率对热功率的影响最敏感，功率越大影响越显著;另一方面由于煤矿井下条件恶劣，应采用强迫散热，具体方法:①当选用的减速器功率小于200 kW时，可采用“风冷”或“水冷”，工作热功率占设计机械功率的50 %以上，接近或达到国外产品的同等水平；②当选用的减速器功率小于350 kW时，可采用铜质盘状管“水冷”，工作热功率占设计机械功率的50 %以上，对解决散热相当有效；③当选用的减速器功率介于350～850 kW时，只有采用散热效果更好的“板块式”、“列管式”冷油器，才能更好地解决减速器的散热问题，充分发挥和利用减速器的设计功效，最大限度地提高其热功率。
参考文献
[1]尼曼·温特尔. 机械零件(第三卷) [M] . 北京: 机械工业出版社, 1991.
[2]机械设计手册编写组. 机械设计手册(中册, 第二版) [M] . 北京: 化学工业出版社,2005.
[3]ZSY减速器(ZBJ19004 - 88) 系列减速器标准[ S] . 北京: 机械工业出版社, 1988.
[4]DSY减速器(ZBJ19026 - 90) 系列减速器标准[ S] . 北京: 机械工业出版社, 1990.
论文作者:李晓幸
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
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