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摘 要：论述了20万吨聚酯短丝装置卷曲机改造的必要性，提出了改造依据和改造方案，并进行了改造效果对比。
关键词：卷曲机减速机卷曲辊
1、卷曲机的工作原理
德国NEUMAG公司生产的BALTIC520型的卷曲机，采用填塞箱式的工作原理，即将进行卷曲工艺加工的丝束，通过可以调整的斗型进料装置喂入卷曲机，丝束被卷曲辊夹持，通过卷曲辊的转动进入填塞箱，卷曲机上刀的压力使丝束在填塞箱内产生一个阻力，阻力使丝束在填塞箱内相互挤压，从而产生了卷曲效果，已达到工艺要求性能。卷曲辊的夹持力通过气动传动系统来实现，进、退刀以及刀的锁紧紧通过液压控制系统来实现，卷曲辊的转动通过驱动电机来实现。
2、改造前的现状
天津石化短丝装置后加工工段卷曲机的驱动装置为二级减速，一级减速通过P.I.V减速机（型号为：PB16-R11-V12-4-Z1）实现，减速比为5：1，输入转速为1452-145.3min-1，输出转速为363.3-36.63min-1，最大输出扭矩6680NM，二级减速机通过NEUMAG传动箱（NEUMAG订货号：06873840）来实现，减速比为1：1。现二级传动装置是为原460mm的卷曲辊配套的传动装置，后加工装置产能提高之后，卷曲辊宽度改为520mm，辊外径加大，由原来的240mm增加到300mm，而传动系统未作相应调整，导致NEUMAG传动箱出口的两件万向联轴节的张开角度大大增加，张开角度增大，所带来的后果是万向联轴节十字头轴承所需要承受的扭矩增加，减小了使用寿命，同时卷曲机的二级传动给检修作业带来了不便，已经不符合生产现状。
3、改造原因分析
由于卷曲辊变化，NEUMAG传动箱出口万向联轴节的张开角度的增加，以致造成NEUMAG传动箱出口的万向联轴节与卷曲辊处于严重倾斜运转状态，长期高速运转，使得万向联轴节严重失去了动平衡。这里我们设定张开角度为a，卷曲辊需要的驱动扭矩为M，那么万向联轴节所要承受的扭矩与导致传动箱的输出扭矩就有如下的关系：
设定传动箱的输出扭矩为M0，万向联轴节的传动扭矩为M1，那么可以得出如下公式：
公式1：M1=M÷COS a 公式2：M0=M1÷COS a
即M0=M÷（COS a）2
因为 a肯定为锐角，所以，a越大，万向联轴节所承受的扭矩就越大，同时传动箱的输出扭矩就越大，它们的损坏率就提高，使用寿命就降低，并且容易造成卷曲运转不稳定，使得卷曲辊轴承的使用寿命缩短。因此，张开角度a加大是造成卷曲机万向联轴节损坏频率增高，卷曲机运转不稳定的主要原因。
4、改造方案
通过上述分析计算，可以得出，万向联轴节的张开角度由2.26°增加到8.98°是造成卷曲机运转不稳定的根源，只有减小张开角度a才能解决这个问题。
减小万向联轴节的张开角度有三种方法：
（1）增加万向联轴节的长度也就是增加传动箱与卷曲辊的距离；
（2）减小卷曲辊的外径；
（3）减小减速箱输出轴的中心距。
第一种方案不是从根源解决问题，并且万向联轴节加长高速运转时增加了自身的不稳定，同时万向联轴节加长，紧接着的传动箱、减速机以及驱动电机都需要重新做基础。第二种方案减小卷曲辊的外径，也就意味着降低生产能力，不可采纳。而第三种方案从根源解决了问题，因此被采用。
根据上文的分析，短丝车间提产之后，卷曲机卷曲辊外径增大，导致传动箱万向联轴节张开角度增大，是万向联轴节损坏频率增高，卷曲机运转不稳定的主要因素，但万向联轴节在运转过程中应该存在一个张开角度，以保证卷曲辊运转中存在一个向下的拉力，防止卷曲辊高速运转产生向外的离心力，减小了卷曲辊对丝束的夹持力，导致丝束夹持不住，产生抱辊。同时，为了减少卷曲机在更换减速机或者传动箱甚至电机操作的过程中膜片联轴节找水平等工作的复杂程度，将目前的二级减速传动在减速比以及传动扭矩不变的前提下改为一级减速传动。
5、方案实施
5.1传动系统架台改造
现状是，传动箱底座高102mm，传动箱地面到下传动轴的中心距为210mm，它们相加为312mm，也就是说，原来整个卷曲机传动系统中心线（传动箱下轴，减速机主轴以及电机主轴在一条线上）距离传动系统架台的高度为312mm，且根据上文提出的传动箱两个输出轴中心距为220mm，传动箱两个输出轴中心线距离架台表面为：
220÷2+312=422mm
新型减速机输出下轴中心线距离减速机底面481mm，根据上文提出的，新型减速机两个输出轴中心距为263mm，这样我们可以计算，新型减速机输出轴中心线距离架台表面为：
263÷2+481=612.5mm
因此在卷曲机本身不变的情况下，需要把原来的传动系统架台下降：
612.5-422=190.5mm
5.2驱动电机垫高
新型减速机为1入2出，输入轴中心线距离减速机底面为280mm，而上文提出驱动电机主轴中心线距离传动系统架台表面312mm，因此，為了使驱动电机主轴中心与新型减速机输入轴中心在一条线上，需要在驱动电机底座增加一个增高台，这个台子的高度为：
312-280=32mm
这样，通过以上两个步骤，就能够保证输入联轴器的水平，和输出万向联轴节平衡。
6、改造效果
6.1传动扭矩的变化
依然按照上文定义卷曲机的卷曲辊在正常运转过程中需要的驱动扭矩M为6000Nm，那么，根据公式1和公式2，对改造前后万向联轴节以及传动箱所承受的扭矩进行比较如下表：
从表1中可以看出，改造之后，万向联轴节以及传动箱所承受的扭矩明显减小。6.2卷曲机运行状态的变化
没改造之前减速机、传动箱的振动在1.1-1.4mm/s之间，油温44-49度之间，电流118-120A之间，改造之后，A、B线卷曲机运行检测数据如下：
A线卷曲机振动：0.8mm/s2油温：51度电流：101.6-103.0A
B线卷曲机振动：0.8mm/s2油温：52度电流：96.6-98.2A
对改造前后进行比较，可以看出，振动以及驱动电机的电流均明显减小，只有减速机润滑油的油温有略微提高，这个问题的主要原因是改造后的减速机润滑油的基础填充量为81L，而改造前的减速机润滑油的基础填充量为20L，减速机里的润滑油越多油温就越高。
7、结论
针对短丝装置卷曲机的现状，从减小万向联轴节张开角度入手，减少由于万向联轴节传动的不平衡量，从而减少卷曲辊轴承、传动箱输出轴轴承甚至减速机以及电机的输入输出轴轴承的径向振动，达到减小卷曲机运转的不稳定因素，提高设备运转率，减小设备维修费和备件损失费，节约成本。改造后，卷曲机运转良好，达到预期改造目标，设备运转率大幅提升。
（作者单位：中国石化股份天津分公司化工部短丝车间）
关键词：卷曲机减速机卷曲辊
1、卷曲机的工作原理
德国NEUMAG公司生产的BALTIC520型的卷曲机，采用填塞箱式的工作原理，即将进行卷曲工艺加工的丝束，通过可以调整的斗型进料装置喂入卷曲机，丝束被卷曲辊夹持，通过卷曲辊的转动进入填塞箱，卷曲机上刀的压力使丝束在填塞箱内产生一个阻力，阻力使丝束在填塞箱内相互挤压，从而产生了卷曲效果，已达到工艺要求性能。卷曲辊的夹持力通过气动传动系统来实现，进、退刀以及刀的锁紧紧通过液压控制系统来实现，卷曲辊的转动通过驱动电机来实现。
2、改造前的现状
天津石化短丝装置后加工工段卷曲机的驱动装置为二级减速，一级减速通过P.I.V减速机（型号为：PB16-R11-V12-4-Z1）实现，减速比为5：1，输入转速为1452-145.3min-1，输出转速为363.3-36.63min-1，最大输出扭矩6680NM，二级减速机通过NEUMAG传动箱（NEUMAG订货号：06873840）来实现，减速比为1：1。现二级传动装置是为原460mm的卷曲辊配套的传动装置，后加工装置产能提高之后，卷曲辊宽度改为520mm，辊外径加大，由原来的240mm增加到300mm，而传动系统未作相应调整，导致NEUMAG传动箱出口的两件万向联轴节的张开角度大大增加，张开角度增大，所带来的后果是万向联轴节十字头轴承所需要承受的扭矩增加，减小了使用寿命，同时卷曲机的二级传动给检修作业带来了不便，已经不符合生产现状。
3、改造原因分析
由于卷曲辊变化，NEUMAG传动箱出口万向联轴节的张开角度的增加，以致造成NEUMAG传动箱出口的万向联轴节与卷曲辊处于严重倾斜运转状态，长期高速运转，使得万向联轴节严重失去了动平衡。这里我们设定张开角度为a，卷曲辊需要的驱动扭矩为M，那么万向联轴节所要承受的扭矩与导致传动箱的输出扭矩就有如下的关系：
设定传动箱的输出扭矩为M0，万向联轴节的传动扭矩为M1，那么可以得出如下公式：
公式1：M1=M÷COS a 公式2：M0=M1÷COS a
即M0=M÷（COS a）2
因为 a肯定为锐角，所以，a越大，万向联轴节所承受的扭矩就越大，同时传动箱的输出扭矩就越大，它们的损坏率就提高，使用寿命就降低，并且容易造成卷曲运转不稳定，使得卷曲辊轴承的使用寿命缩短。因此，张开角度a加大是造成卷曲机万向联轴节损坏频率增高，卷曲机运转不稳定的主要原因。
4、改造方案
通过上述分析计算，可以得出，万向联轴节的张开角度由2.26°增加到8.98°是造成卷曲机运转不稳定的根源，只有减小张开角度a才能解决这个问题。
减小万向联轴节的张开角度有三种方法：
（1）增加万向联轴节的长度也就是增加传动箱与卷曲辊的距离；
（2）减小卷曲辊的外径；
（3）减小减速箱输出轴的中心距。
第一种方案不是从根源解决问题，并且万向联轴节加长高速运转时增加了自身的不稳定，同时万向联轴节加长，紧接着的传动箱、减速机以及驱动电机都需要重新做基础。第二种方案减小卷曲辊的外径，也就意味着降低生产能力，不可采纳。而第三种方案从根源解决了问题，因此被采用。
根据上文的分析，短丝车间提产之后，卷曲机卷曲辊外径增大，导致传动箱万向联轴节张开角度增大，是万向联轴节损坏频率增高，卷曲机运转不稳定的主要因素，但万向联轴节在运转过程中应该存在一个张开角度，以保证卷曲辊运转中存在一个向下的拉力，防止卷曲辊高速运转产生向外的离心力，减小了卷曲辊对丝束的夹持力，导致丝束夹持不住，产生抱辊。同时，为了减少卷曲机在更换减速机或者传动箱甚至电机操作的过程中膜片联轴节找水平等工作的复杂程度，将目前的二级减速传动在减速比以及传动扭矩不变的前提下改为一级减速传动。
5、方案实施
5.1传动系统架台改造
现状是，传动箱底座高102mm，传动箱地面到下传动轴的中心距为210mm，它们相加为312mm，也就是说，原来整个卷曲机传动系统中心线（传动箱下轴，减速机主轴以及电机主轴在一条线上）距离传动系统架台的高度为312mm，且根据上文提出的传动箱两个输出轴中心距为220mm，传动箱两个输出轴中心线距离架台表面为：
220÷2+312=422mm
新型减速机输出下轴中心线距离减速机底面481mm，根据上文提出的，新型减速机两个输出轴中心距为263mm，这样我们可以计算，新型减速机输出轴中心线距离架台表面为：
263÷2+481=612.5mm
因此在卷曲机本身不变的情况下，需要把原来的传动系统架台下降：
612.5-422=190.5mm
5.2驱动电机垫高
新型减速机为1入2出，输入轴中心线距离减速机底面为280mm，而上文提出驱动电机主轴中心线距离传动系统架台表面312mm，因此，為了使驱动电机主轴中心与新型减速机输入轴中心在一条线上，需要在驱动电机底座增加一个增高台，这个台子的高度为：
312-280=32mm
这样，通过以上两个步骤，就能够保证输入联轴器的水平，和输出万向联轴节平衡。
6、改造效果
6.1传动扭矩的变化
依然按照上文定义卷曲机的卷曲辊在正常运转过程中需要的驱动扭矩M为6000Nm，那么，根据公式1和公式2，对改造前后万向联轴节以及传动箱所承受的扭矩进行比较如下表：
从表1中可以看出，改造之后，万向联轴节以及传动箱所承受的扭矩明显减小。6.2卷曲机运行状态的变化
没改造之前减速机、传动箱的振动在1.1-1.4mm/s之间，油温44-49度之间，电流118-120A之间，改造之后，A、B线卷曲机运行检测数据如下：
A线卷曲机振动：0.8mm/s2油温：51度电流：101.6-103.0A
B线卷曲机振动：0.8mm/s2油温：52度电流：96.6-98.2A
对改造前后进行比较，可以看出，振动以及驱动电机的电流均明显减小，只有减速机润滑油的油温有略微提高，这个问题的主要原因是改造后的减速机润滑油的基础填充量为81L，而改造前的减速机润滑油的基础填充量为20L，减速机里的润滑油越多油温就越高。
7、结论
针对短丝装置卷曲机的现状，从减小万向联轴节张开角度入手，减少由于万向联轴节传动的不平衡量，从而减少卷曲辊轴承、传动箱输出轴轴承甚至减速机以及电机的输入输出轴轴承的径向振动，达到减小卷曲机运转的不稳定因素，提高设备运转率，减小设备维修费和备件损失费，节约成本。改造后，卷曲机运转良好，达到预期改造目标，设备运转率大幅提升。
（作者单位：中国石化股份天津分公司化工部短丝车间）