摘要：详细介绍了烧结厂原料准备的关键设备——大型圆筒混合机的结构原理。齿式圆筒混合机的传动系统形式多样，不同形式有不同的特点。
关键词：圆筒混合机；结构原理；齿式混合机；传动系统形式
引言
圆筒混合机是烧结工程的主要设备之一，主要用途是将粉矿、燃料和熔剂按一定比例混合，形成散状的颗粒物送入烧结机进行烧结。圆筒混合机一般分为一次混合机、二次混合机。一次混合机是将物料按比例混匀及湿润；二次混合机是使物料形成水分均匀、透气性良好的颗粒状物体，故也称之为制粒机。也有按烧结工艺流程在颗粒状物体的表面滚上燃料，称之为三次混合机或滚煤机。根据混合机筒体的支撑传动方式不同，圆筒混合机又分为轮胎传动混合机和齿式传动混合机。以下对齿式传动混合机简单介绍。
1 结构及工作原理
典型的混合机结构见图 1。其主要由传动装置、筒体装置、托辊与挡轮装置、润滑系统装置、给排料装置与平台、喷水装置、罩壳和底座等部分组成。
1.1 传动装置
传动装置包括主传动装置、微动装置和小齿轮装置。主传动装置主要由电动机、硬齿面减速机和齿式联轴器组成。轴与轴的联接采用鼓形齿式联轴器，用于补偿两轴的同心度偏差。小齿轮装置由调心滚子轴承、小齿轮、轴承座和轴等组成，小齿轮用45钢锻制，表面进行淬火处理，小齿轮用键安装在轴上，轴支撑在2个球面滚柱轴承上。电动机与减速器间则采用液力偶合器，能起到安全启动及过载保护作用。
1.2 筒体装置
装配装置（见图 2）由筒体、衬板装置、大齿圈装置和滚圈装置 4 部分组成，是圆筒混合机的主要工作部件。
图2 筒体装置三维结构示意
筒体装置用 16Mn 钢板制造，整个筒体分成若干段筒节，每段筒节一般由 1 块钢板卷制后焊接而成。目前，圆筒混合机筒体的直径最大已达到 5.1 m，为降低生产成本及缩短制造周期，筒节也允许由 2 块钢板拼接后卷制焊接，再将筒节组焊成整个筒体。为了提高筒体的刚度，需将相邻 2 段筒节的纵向焊缝错开一定的角度，间距 ≥ 800 mm。筒体上的支承部件是给料端滚圈和排料端滚圈。滚圈用 40Cr Mo 钢整体锻造，与筒体的连接采用可拆卸方式，便于调整及安装。筒体外面的齿圈架用于安装大齿圈。大齿圈用 ZG310-570 铸钢分成两半制造，采用铰制螺栓的联接形式安装在齿圈架上。筒体内部衬有 25 ~ 40 mm 厚的稀土含油尼龙衬板，进料端的衬板设计成螺旋状。衬板有导料、耐磨和不粘料等功能，通过螺栓及压板固定在筒体内壁，提高物料混匀和制粒的效果。衬板磨损后可以更换，起到保护筒体的作用。
1.3 托辊与挡托装置
托辊装置的主要作用是支承整个筒体装配，2 个托辊为 1 组，筒体的给料端和进料端各设 1 组。托辊和托辊轴均采用调质处理过的 40Cr 或 45 锻钢制造。托辊和托辊轴通过热套连接，托辊轴两端安装在双列调心滚子轴承座上作自由滚动。
圆筒倾斜安装产生的下滑水平分力，由挡轮装置承受。筒体排料端的滚圈两侧各设 1 个挡轮，有时再在给料端的滚圈一侧设置 1 个挡轮。挡轮用 40Cr 锻钢制造，表面经淬火处理。挡轮安装在装有 2 个圆锥滚子的轴承座中间，作自由转动。
1.4 润滑系统
润滑系统分为干油润滑系统和稀油喷射系统两部分。干油润滑系统用于托辊装置的轴承、小齿轮轴承和挡轮轴承的润滑；稀油润滑则采用喷油的形式对大、小齿轮的啮合面，滚圈与托辊的接合面进行润滑。
1.5 给水装置
根据烧结工艺的要求，给水装置设置于筒体内部。喷射管上按照一定的距离固定多个喷嘴，整根喷射管固定在 1 条沿筒体纵向悬挂的钢丝绳上。钢丝绳两端分别固定在给料支架和排料端检修平台上，钢丝绳的张紧程度可以通过螺栓调整。
1.6 给排料装置与平台
混合机的排料装置主要是排料漏斗，用于物料输出筒体，与带式输送机接口。给料装置一般采用给料漏斗，如用户和设计院要求的是胶带给料，则不设给料装置。混合机的平台有排料端检修平台、大齿圈检修平台等，主要是为了方便操作工上下检修设备，还可以当作给水装置的平台支架。
1.7 罩壳
罩壳用于保证各转动部件的安全和清洁，方便混合机的检修。混合机的罩壳有给料端托辊罩、排料端托辊罩、齿轮罩、液力偶合器罩和联轴器罩等。托辊罩和齿轮罩上均有观察门，用于观察滚圈与托辊间的滚动和大、小齿轮的啮合状况，其设置的废油收集箱用于收集喷油过程中产生的废油。
1.8 底座
除主电动机与主减速机外的所有设备均安装在一个共用底座上，主电动机与主减速机均有单独的底座，底座与混凝土预埋螺栓紧固。
2齿式圆筒混合机的传动系统形式及特点
齿式圆筒混合机的传动系统由于扭矩的传递和速度调整等的方式不同，传动系统的组成和工作方式也不尽相同。传动形式常见的有：无调速型传动、变频电机传动、液压马达传动、星轮减速器传动和调速型液力偶合器传动。主要针对目前常见的几种传动形式及其特点探讨。
（1）无调速型传动
主传动系统主要由电动机、硬齿面减速机和联轴器组成。电动机选用普通的三相异步电机。微动装置安装于主减速机另一侧的输入轴上，其主要作用是使筒体缓慢旋转，便于筒体的安装和检修。辅助传动系统由微动装置和小齿轮装置组成。微动装置由微动电机、微动减速机和爪形离合器组成。爪形离合器手动操作板上设限位开关，检测离合器脱离与结合状态，并和主电动机联锁控制，确保只有脱离到位，给出信号后，主电动机才能启动。
（2）变频电机传动
图1中的主电机用变频电机取代，该传动装置即可实现调速功能，辅助装置变频器，具有变频调速效率高，调速范围宽，调速精度高等优势，使变频调速成为一种理想的调速方案，但对于大型齿式圆筒混合机而言，高压变频器投资较大。
（3）液压马达传动
1）能通过液压控制实现无级调速，满足混合机正常工作时不同的转速要求，满足混合机在安装、调试和维修时的低转速要求；
2）不配置主电动机、液力偶合器、减速机和微动装置，减少了整机故障率；
3）降低了设备总重，减小了基础面积和厂房面积。采用液压马达增大了液压系统的复杂程度，而且与圆筒混合机配套的液压马达还依赖进口，价格较高。
（4）星轮减速器传动
1）星轮减速器采用两个电机驱动，在不停机的状态下，当调控电机按一定转速旋转时，调速器通过运动的分解与合成，可以输出几个特定的转速。
2）利用星轮调速器技术可以使传动装置达到可控启动，并实现输出级的平稳启动，减缓启动冲击，减少启动电流，改善启动品质。
3）调速器不仅可以以小调大，还可以以高调低，功率因数和效率也有所提高。
4）双向调速；即可使设备的转速高于电机的额定转速，也可低于驱动电机的转速。该传动装置可以输出转速有级变化，实现筒体的有级调速。
（5）调速型液力偶合器传动
1）无级调速，节约电能；
2）轻载或空载启动电动机和逐步启动大惯量负荷，是一种柔性和有滑差的传动；
3）可以隔离振动，缓和冲击；
4）可方便实现离合；
5）除轴承外无磨损件，工作可靠，寿命长。
3结束语
目前，世界烧结工业的发展趋于大型化和自动化，齿式圆筒混合机运行可靠、产量高，能够适应烧结设备向大型化发展的需要，但随着圆筒混合机规格日益大型化的发展，势必对齿式圆筒混合机传动系统的设计选型提出更高的要求，新型调速及传动方式的出现和发展也必将会推动齿式圆筒混合机传动系统的设计选型。
参考文献：
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[4]当代混合机的结构原理及发展趋势[J].张超.矿山机械.2010（16）
论文作者:史应国
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/23
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