纺丝计量泵传动轴上安全销的设计探讨.docx

纺丝计量泵传动轴上安全销的设计探讨孙丽丽 徐红 杨春光(大连合成纤维研究所 ,116021)摘要 从理论上推导出纺丝计量泵传动轴上安全销直径的求解公式 ,并对安全销设计中应考虑的因素进行探讨 。关键词 计量泵 传动轴 安全销纺丝计量泵是合成纤维生产中所使用的高精度标准部件 。其作用在于精确计量 、连续输 送成纤高聚物熔体或溶液 ,并产生所预定的压 力 ,以保证纺丝熔体或溶液克服纺丝组件或喷 丝头的阻力 ,从喷丝板的毛细孔 (微孔) 喷出 ,在 空气 、水或凝固液中形成初生纤维 。近年来计量泵传动多采用同步电动机单独传动 ,即每个 计量泵由一永磁性变频同步电动机经行星式减 速机减速后带动一传动轴进行转动 。具体结构 形式见图 1 (计量泵传动轴) 。计量泵 传 动 轴 上 的 安 全 销 是 超 载 保 险 元件 。它的主要作用是 ,当传动轴传动扭矩过大 , 发生超载时 ,安全销即剪断破坏 ,使传动轴上下 两段在 A —A 截面处脱节断开 ,从而避免造成 计量泵损坏 ,起到保护高精度标准部件计量泵 的作用 。合理地确定安全销的直径 ,使计量泵传动轴既能在正常纺丝状态下带动计量泵进行 准确计量 ,连续输送成纤高聚物熔体 ,又能保证 当其过载时 ,并在计量泵设计强度内 ,安全销及 时剪断 ,避免计量泵的破坏 ,是计量泵传动轴设 计中的关键问题之一 。本文旨在从理论上推导出满足上述要求安全销直径求解公式 ,并对安 全销设计中需考虑的因素进行探讨 。计量泵传动轴的传动功率主要取决于计量 泵的功率消耗 。计量泵的功率用于计量输送熔 体 ,并产生预定压力 ,以保证纺丝熔体克服纺丝组件或 喷 丝 头 阻 力 , 从 喷 丝 板 毛 细 孔 中 喷 出 。 据此 ,并利用相关的纺丝工艺计算公式和剪切 强度理论可以推导出安全销直径的计算公式 , 推导过程如下 :1计量泵传动功率的计算△p·Q(1)N =612·η式中 , N ———功率 ,k W2△p ———泵进出口压力差 ,kg/ cmQ ———计量泵每分钟排量 ,L / minη———泵效率 ,η= ηm ·ηvηm ———计量泵的机械效率ηv ———计量泵的容积效率2泵供量的计算Q′= D ·R ·v( 2)10000 K式中 , Q′———计量泵单孔每分钟排量 ,g/ minD ———成品丝纤度 ,dtexR ———拉伸倍数v ———纺丝速度 ,m/ minK ———纤维收缩系数3泵转数的计算Q′n =( 3)γ·η ·Vv t h式中 , n ———计量泵转速 ,r/ minγ———熔体密度 ,g/ cm3V t h ———计量泵单孔理论排量 ,cm3 / r4功率与扭矩间关系T ·nN =( 4)975式中 , T ———扭矩 ,kg·m聚酯工业1998 年·62·将式 (1) 代入式 (5)T = 975·△p·Q( 6)612·η·n进行单位换算Q′·aQ =(7)1000·γ式中 , a ———计量泵出口数将式 (2) 、(3) 、(7) 代入式 (6)△p·V t h ·aT =( 8)628·ηm进行单位换算△p·V t h ·aT′=×100( 9)6 . 28·ηm式中 , T′———扭矩 ,kg·cm在图 1 所 示 计 量 泵 传 动 轴 中 , A —A 上 下 两段轴联接处 ,安全销受剪切力 。该剪切力与 安全销中心至传动轴中心线间距离相乘 ,形成一反力矩 ,与传动轴传动力矩相平衡 ,因此 ,可 得到下式 :τ·l = T′式中 ,τ———安全销所受剪切力 ,kgl ———安全销中心线距传动轴中心线间距 离 ,cm将式 (9) 代入式 (10) 进行推导得 :( 10)△p·V t h ·aτ= T′l = 6 . 28·η ·l( 11)m由式 (11) 可以看出 ,对于一定规格计量泵 ,其 V t h 、a 、ηm 为定值 , 则剪力大小与 △p 成正 比 , 与 l 成反比 。而当 l 也为定值时 , 则安全销 截面上所受剪力只与 △p , 即与计量泵进出口 压差成正比 。计量泵出口压力随出口管路 、纺丝组件阻 力的变化而变化 。阻力越大 ,出口压力越大 ,则消耗的功率也越多 。在纺丝过程中 ,随着组件使用时间的增长 ,过滤层内的杂质逐步增多 ,阻 力越来越大 ,组件压力会不断升高 ,相应地计量泵进出口压差也会增大 。如果此压差超过计量泵设计压差 ,计量泵可能发生损坏 。所以 ,安全 销设计的原则之一是 : 安全销在计量泵设计压差下发 生 剪 切 破 坏 , 从 而 避 免 计 量 泵 的 损 坏 。图 1计量泵传动轴推导由式 (4) 推出5T = 975·N( 5)n/? 1994-2013 China Academic J