双螺杆磨浆机轴向推力测量装置

　　双螺杆磨浆机是一种新型的节约型磨浆设备,在造纸工业中受到广泛重视[1]。双螺杆磨浆机是一种特殊的同向啮合型双螺杆挤出机,在这类螺杆机械中,由于螺杆长径比大,加上物料与机筒强烈的挤压和摩擦作用,通常轴向力较大,其方向指向传动箱,故称轴向推力。由于两螺杆中心距通常较小,所以在传动箱内输出轴通常采用几个推力轴承串联的推力轴承组来承受螺杆的轴向推力[2]。目前,由于螺杆结构复杂、加工物料性能差异大,双螺杆挤出机轴向推力尚无法计算,通常推力轴承组是采用类比法设计。推力轴承组的结构复杂,每个轴承承受的轴向力不均匀,设计时难以把握,所以螺杆机械轴向推力测量的研究是很有必要的。转轴的轴向力是确定轴的刚度和选择推力轴承的重要参数。因此简单易行的轴向推力测量装置对螺杆机械的设计研究是十分重要的。

　　转轴的轴向力的测量有两个关键问题,一是传感器的选择,传感器应尽量结构简单、紧凑,并且灵敏度高;二是测量信号的引出,由于是旋转的轴,需要把旋转的测量信号传递到非转动的引线,以便于连接信号放大处理仪器。于慎波等人[3]用随转轴旋转的应变式测量环作为传感器,采用集流环(又称滑环)将旋转的信号传递到非旋转引线,该结构既可以测量轴向推力,也可以测量径向载荷。

　　沈庆根等人[4]、史俊有等人[5]、姜伟等人[6]研制了双向轴向力测量的装置,类似双向推力滑动轴承的结构,轴承的两端作用在带幅板的弹性测量环上,他们对测量环的结构进行了深入的研究和优化设计,该装置可以用于大型旋转机组轴向力的在线检测。AndoTsutomu等人[7]采用固体传导装置对推力测量进行了研究,有些文献采用压电晶体传感器或者压差传感器[8]对泵或水轮机轴力测量进行了研究。综上所述,大多转轴轴向力测量采用专门设计的应变式传感器,因为应变式传感器结构简单、紧凑,成本较低;采用推力轴承结构可以避免使用集流环,集流环尺寸较大,并且对微弱信号会产生一些干扰。但文献[3-6]将应变片贴在测力环的端面,虽然可以减少测力环的轴向尺寸,但会影响测量的灵敏度,产生相间干扰。下面根据已有的双螺杆磨浆机实验台,在尽可能少的改动情况下,设计了双螺杆磨浆机螺杆轴向推力测量装置,并运用弹性力学方法对其关键元件测力环进行了理论分析和计算。该轴向推力测量装置结构简单、紧凑,灵敏度较高,相间干扰较小,测量范围较宽,通过标定和测量实验,可以满足双螺杆磨浆机轴向推力测量的要求。

　　1　双螺杆磨浆机轴向推力测量装置设计

　　图1是双螺杆磨浆机轴向推力测量装置示意图,双螺杆磨浆机螺杆两端没有轴承支撑,是靠机筒内壁的约束保证其轴心在回转中心线上,即采用浮动结构。由于两螺杆相互啮合,所以中心矩很小,这就要求轴向推力测量装置非常紧凑。在图1中支架7、机筒定位环8和机筒下座9都是原双螺杆磨浆机实验台的结构。轴力测量装置只是增加了测力环1、推力轴承4、后挡板5和螺栓6,对原支架进行了扩孔、原螺杆芯轴轴肩进行了车削。与文献[3-5]不同的是该装置采用在测力环轴向粘贴单轴应变片2,应变片检测到的主要是螺杆在轴向推力Fy作用下应变环产生的轴向应变。推力轴承4紧圈固定在螺杆芯轴10上,松圈压在应变环上,松圈外缘与支架孔壁有一定间隙,避免产生摩擦阻力。