ПРИВОД ДЛЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ БАРАБАНА
DRIVE FOR ROTATING DRUM

Изобретение относится к приводу для вращающегося барабана с относительно большими размерами, в частности для вращающейся трубчатой печи, охлаждающего барабана, барабанной мельницы или т.п.
В таких вращающихся барабанах, в частности в цементных вращающихся трубчатых печах, приводной момент приводного двигателя передается через зубчатый перебор (шестерню и зубчатый венец) на вращающийся барабан. При этом корпуса подшипников шестерней закреплены на фундаменте печи, а зубчатый венец смонтирован без возможности проворачивания на наружной окружной стороне вращающегося барабана с помощью подходящего крепления зубчатого венца.
Нагрузка зубчатого перебора зависит от требуемого крутящего момента печи и качества зубчатого зацепления между шестерней и зубчатым венцом. При оптимальном зубчатом зацеплении оси шестерни и зубчатого венца параллельны и расстояние между ними установлено так, что зубья могут катиться друг по другу.
При сильно изменяющихся рабочих условиях, в частности при тепловой нагрузке вращающегося барабана, ось печи изгибается и расстояние между шестерней и зубчатым венцом изменяется. Возникающие за счет этого прецессионное и радиальное биения, а также измененное расстояние до оси зубчатого венца приводит к нагрузке зубчатого зацепления, так что возникают перегрузки зубьев, которые могут приводить к повреждениям. Поэтому уже предложены различные технические решения с целью обеспечения независимости или по меньшей мере максимальной независимости зубчатого зацепления между шестерней и зубчатым венцом от рабочих условий вращающегося барабана.
В DE 9013226 U1 предложено использование качающейся шестерни, за счет чего обусловленные работой угловые отклонения между осями шестерни и зубчатого венца можно максимально компенсировать. Обусловленное работой осевое движение зубчатого венца (изменение длины вращающегося барабана) компенсируются за счет движения скольжения в зацеплении шестерни и зубчатого венца. Однако радиальное биение зубчатого венца не может быть компенсировано лишь с помощью опрокидывающейся шестерни.
Поэтому для сохранения оптимального зацепления зубцов между зубчатым венцом и шестерней в DE 9013266 U1 предлагается предусмотрение в зоне зубчатого венца и шестерни контролирующего приспособления, которое выполняет измерение расстояния между шестерней и поверхностью отсчета на зубчатом венце. Кроме того, шестерня удерживается со своим приводным валом с возможностью поворотного движения относительно зубчатого венца. С помощью управляющего блока шестерня перестанавливается в зависимости от измеряемого расстояния так, что всегда обеспечивается постоянное зацепление между зубчатым венцом и шестерней.
Кроме того, из практики известно другое решение, в котором шестерня жестко установлена в так называемой тележке для шестерни. Тележка для шестерни направляется с помощью роликов в радиальном направлении и в осевом направлении на зубчатом венце. За счет направления шестерни на зубчатом венце тележка для шестерни и тем самым шестерня следует за всеми движениями зубчатого венца. Соединение между тележкой для шестерни и зубчатым венцом выполнено с геометрическим замыканием.
Кроме того, тележка для шестерни опирается на фундамент печи. Эта опора удерживает тележку для шестерни в тангенциальном положении относительно зубчатого венца и имеет два шарнира, которые обеспечивают возможность свободного следования тележки для шестерни за прецессионным и радиальным биением и осевым сдвигом зубчатого венца. Однако недостатком этого варианта выполнения является поворотное соединение между тележкой для шестерни и неподвижно соединенной с фундаментом печи главной передачей. Для компенсации относительных движений между тележкой для шестерни и главной передачей крутящий момент передается от главной передачи на тележку для шестерни с помощью шарнирного вала (карданного вала). Этот шарнирный вал может компенсировать угловое смещение и изменение длины между главной передачей и тележкой для шестерни. Однако он расположен на стороне высокого крутящего момента главной передачи, так что шарниры подвергаются, соответственно, высоким нагрузкам. Возникающие при изменениях длины значительные силы приводят к тому, что шестерня не может больше свободно следовать за движениями зубчатого венца. Для уменьшения этого недостатка уже предлагалось использовать зубцы передаточной ступени в тележке для шестерни для компенсации изменений длины. Хотя за счет этого недостаток смягчается, но не устраняется. Поворотное соединение (карданный вал) на стороне большого крутящего момента главной передачи остается проблемой. К этому добавляется то, что это техническое решение является сложным и почти на 40% более дорогим, чем обычный привод с жестко установленной шестерней.
Кроме того, в US 4234237 А, US 2908179 А, CH 231753 А и DE 697258 раскрыта другая концепция привода, в которой тело шестерни служит как для привода, так и в качестве опоры для подлежащего приводу барабана. Однако с помощью этой концепции не могут быть компенсированы обусловленные изготовлением и работой прецессионные биения барабана.
Поэтому в основу изобретения положена задача нахождения другого решения, в котором обеспечивается возможность надежной компенсации как прецессионного, так и радиального биения зубчатого венца.
Эта задача решена согласно изобретению с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.
Привод согласно изобретению для вращающегося барабана состоит по существу из:
а) зубчатого венца, выполненного с возможностью крепления без возможности проворачивания на наружной окружной стороне вращающегося барабана,
b) находящейся в зубчатом зацеплении с зубчатым венцом шестерни, которая расположена с возможностью качания и без возможности проворачивания на приводном валу, при этом шестерня со своим приводным валом удерживается с возможностью поворота относительно зубчатого венца и
с) приводного двигателя для приведения в действие приводного вала.
Кроме того, шестерня находится наряду с зацеплением также в контакте качения с геометрическим замыканием с зубчатым венцом.
Качающаяся шестерня обеспечивает возможность компенсации прецессионного биения зубчатого венца. Осевое движение зубчатого венца может быть компенсировано за счет движения скольжения в зацеплении шестерни и зубчатого венца или за счет движения скольжения шестерни в опорах приводного вала. В этом случае шестерня направляется в осевом направлении с помощью зубчатого венца.
Кроме того, за счет дополнительного контакта качения с геометрическим замыканием шестерни с зубчатым венцом можно компенсировать также возможное радиальное биение зубчатого венца.
Другие варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения для получения контакта качения с геометрическим замыканием на обеих сторонах зубчатого венца образованы расположенные концентрично зубчатому венцу цилиндрические дорожки качения, и шестерня имеет две выполненные концентрично вокруг приводного вала цилиндрические контактные поверхности, при этом соответствующая контактная поверхность шестерни находится в контакте качения с соответствующей дорожкой качения зубчатого венца.
Контакт качения с геометрическим замыканием обеспечивает всегда постоянное зацепление между шестерней и зубчатым венцом, поскольку шестерня следует за возможным радиальным биением зубчатого венца за счет контакта качения с геометрическим замыканием.
Контактные поверхности шестерни предпочтительно имеют диаметр, который соответствует диаметру окружности качения шестерни. Дорожки качения зубчатого венца имеют диаметр, который соответствует диаметру окружности качения зубчатого венца. Таким образом, достигается качение дорожек качения друг по другу без проскальзывания.
Контактные поверхности могут быть образованы, например, осесимметричными заплечиками на шестерне. Таким же образом могут быть образованы дорожки качения с помощью осесимметричных заплечиков на зубчатом венце. Заплечики на шестерне могут быть реализованы за счет соответствующего выполнения шестерни и зубчатого венца или с помощью дополнительных конструктивных элементов, в частности концентричных колец, которые крепятся на шестерне и/или зубчатом венце.
Качающаяся шестерня предпочтительно имеет внутреннее тело шестерни и наружное тело шестерни, которые для передачи вращательного движения приводного вала соединены друг с другом через дуговые зубья, при этом наружное тело шестерни имеет находящиеся в зацеплении с зубчатым венцом зубья.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения между шестерней и зубчатым венцом предусмотрено концентричное и установленное с возможностью поворота кольцо для создания контакта качения с геометрическим замыканием.
Шестерня может быть установлена с возможностью сдвига в осевом направлении в опорах приводного вала и/или направляться в осевом направлении с помощью зубчатого венца.
Приводной вал целесообразно непосредственно соединен с главной передачей. Кроме того, может быть предусмотрено, что приводной двигатель соединен с помощью шарнирного вала с главной передачей, при этом предусмотренный на главной передаче упор против проворачивания и шарнирный вал могут воспринимать осевое движение приводного вала.
Соединенный с главной передачей шарнирный вал может быть расположен в направлении приводного вала или под углом к нему.
За счет оптимального зацепления согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения обеспечивается возможность использования зубчатого венца и шестерни с закаленными боковыми поверхностями зубьев, за счет чего зубчатый перебор можно выполнять более узким и тем самым более дешевым.
Другие преимущества и варианты выполнения изобретения поясняются ниже на основе описания примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - частичный разрез привода согласно первому примеру выполнения;
фиг.2 - привод, согласно фиг.1, на виде сбоку;
фиг.3 - частичный разрез привода согласно второму примеру выполнения;
фиг.4 - частичный разрез привода согласно третьему примеру выполнения.
На фиг.1 и 2 показан привод для вращающегося барабана, в частности, для вращающейся трубчатой печи для производства цемента. Он состоит по существу из зубчатого венца 1, который предназначен для крепления без возможности проворачивания на наружной окружной стороне неизображенного вращающегося барабана, и находящейся в зубчатом зацеплении с зубчатым венцом 1 шестерни 2, которая расположена с возможностью качания и без возможности проворачивания на приводном валу 3. Приводной вал 3 на обеих сторонах 2 опирается на подшипники 4, 5, которые в свою очередь смонтированы на основной раме 6.
Шестерня 2 предпочтительно установлена в подшипниках 4, 5 приводного вала предпочтительно с возможностью сдвига в осевом направлении. Шестерня 2 может также направляться в осевом направлении с помощью зубчатого венца 1.
Качаемая шестерня 2 имеет внутреннее тело 2а шестерни и наружное тело 2b шестерни, которые для передачи вращательного движения приводного вала 3 соединены друг с другом с помощью дуговых зубьев 2с. Кроме того, наружное тело 2b шестерни имеет входящие в зацепление с зубчатым венцом 1 зубья 2d. Внутреннее тело 2а шестерни имеет полусферическую поверхность, на которую сферически опирается наружное тело 2b шестерни. Передача крутящего момента внутреннего тела 2а шестерни, которое соединено без возможности проворачивания с приводным валом 3, на наружное тело 2b шестерни осуществляется через дуговые зубья 2с.
За счет сферической опоры и дуговых зубьев наружное тело 2b шестерни имеет две поворотные степени свободы вокруг средней точки 2е сферической опоры. Между зубьями 2d шестерни 2 и взаимодействующими с ними зубьями 1а зубчатого венца имеется зубчатое зацепление с силовым замыканием. Наружное тело 2b шестерни следует за возможным прецессионным биением зубчатого венца 1, когда неравное распределение нагрузки по ширине зубьев преодолевает силы трения в сферической опоре и дуговых зубьях 2с.
Возможное радиальное биение зубчатого венца 1 компенсируется за счет контакта качения с геометрическим замыканием шестерни 2 с зубчатым венцом 1. Для этого на зубчатом венце 1 закреплены два осесимметричных заплечика 1b, 1с, которые имеют каждый цилиндрическую дорожку 1d, 1е качения. Соответственно, на шестерне 2, в частности, на наружном теле 2b шестерни выполнены соответствующие осесимметричные заплечики 2f, 2g, которые имеют цилиндрические контактные поверхности 2h, 2i, при этом соответствующая контактная поверхность 2h, соответственно, 2i находится в контакте качения с дорожкой 1d, соответственно, 1е качения зубчатого венца. Контактные поверхности 2h, 2i шестерни 2 имеют диаметр, который соответствует диаметру окружности качения зубьев 2d шестерни 2. Соответственно, дорожки 1d, 1е зубчатого венца 1 имеют диаметр, который соответствует диаметру окружности качения зубьев 1а зубчатого венца 1.
Для создания контакта качения между зубчатым венцом 1 и шестерней, основная рама 6 удерживается с возможностью поворота в подшипниках 7, 8. При этом пружинные элементы 9, 10 обеспечивают сохранение также при остановке привода контакта между контактными поверхностями шестерни 2 и дорожками качения зубчатого венца 1. Контактные поверхности 2h, 2i за счет окружной силы (силы привода) зубьев и с помощью дополнительных пружинных элементов 9, 10 прижимаются к соответствующим дорожкам качения зубчатого венца 1. С помощью этой сравнительно простой конструкции шестерня 2 может непосредственно следовать за возможным радиальным биением зубчатого венца, так что в любое время обеспечивается оптимальное зацепление между зубчатым венцом и шестерней. Таким образом, можно надежно предотвращать перегрузки зубьев и их возможные повреждения.
Приводной вал 3 с помощью места 11 сопряжения соединен с главной передачей 12 так, что главная передача 12 с приводным валом 3 может следовать за возможными поворотными движениями основной рамы б. Между главной передачей 12 и основной рамой 6 предусмотрен схематично изображенный упор 13 против проворачивания.
Место сопряжения целесообразно выполнено так, что возможны различные изготовители, соответственно, поставщики перебора и главной передачи. Кроме того, расположенный стационарно приводной двигатель 14 соединен с помощью шарнирного вала 15 с главной передачей 12, при этом соединенный с главной передачей 12 шарнирный вал 15 может быть расположен в направлении приводного вала (как изображено) или под углом к нему. За счет этой конструкции главная передача 12 соединена на стороне высокого крутящего момента непосредственно через место сопряжения, т.е. без дополнительного шарнирного вала, с приводным валом 3. Предусмотренный на главной передаче 12 упор 13 против проворачивания и шарнирный вал 15 могут целесообразно воспринимать осевое движение приводного вала.
В примере выполнения согласно фиг. 1 осесимметричные заплечики 1b, 1с образованы цилиндрическими кольцами, которые закреплены на зубчатом венце 1. На фиг. 3 показан привод,
согласно второму примеру выполнения, который отличается от первого примера выполнения по существу тем, что заплечики 1'b и 1'c выполнены в виде единого целого с зубчатым венцом 1.
Другая возможность состоит в том, что между дорожкой 1е качения и контактной поверхностью 2i, соответственно, дорожкой 1d качения и контактной поверхностью 2h предусмотрено образованное концентрично вокруг приводного вала 3 и установленное с возможностью вращения кольцо 16, соответственно, 17 (см. фиг.4). При этом оба кольца фиксированы в осевом направлении за счет расположения между наружным телом 2b и заплечиками 2g, соответственно, 2f. За счет посадки с зазором кольца 16, 17 могут выполнять относительное движение относительно контактных поверхностей 2h, 2i заплечиков 2f и 2g.
За счет указанного выше привода можно использовать простые, опробованные и недорогие конструктивные элементы. Кроме того, за счет контакта качения между шестерней и зубчатым венцом обеспечивается всегда, независимо от рабочего состояния, оптимальное зацепление. Кроме того, на стороне высокого крутящего момента главной передачи за счет непосредственного соединения главной передачи 12 с приводным валом 3 можно отказаться от промежуточно включенных и склонных к повреждениям шарнирных валов.