一、 项目的确定
（一）、任务的来源
水泥是国民经济建设中不可缺少的基础原料。改革开放以来，水泥工业获得了较快发展，为我国经济持续、快速发展做出了重要贡献。根据水泥工业发展规划，“九五”末期和“十五”期间，水泥工业的发展坚持以现有企业改、扩建为主，大力发展预分解窑干法水泥生产线的方针，坚决淘汰能耗高、污染严重的小水泥。行业共性技术和装备研发取得明显进展，新增生产能力、技术装备水平总体达到国际先进水平，形成技术装备研发制造体系。
随着水泥工业的发展，节约能源、提高能源利用率已提到世界水泥工业的发展议程，世界各国纷纷研制节能设备，立式辊磨机得到较快的发展，立式辊磨减速机是该系统中的关键设备；它和传统的管磨机相比较，可节约能源30%左右。
重齿公司通过三十多年的齿轮传动技术研究，形成了自己独特的技术积淀，开发设计了710kW立式磨机减速机并一举获得成功，顺利通过部级鉴定，获中船总科技进步三等奖。随着日产2000吨-5000吨新型干法水泥生产线的日益增多，其原材料采用节能显著的立式辊磨数量增多，重齿公司逐步研制出1000kW、1300kW、1800kW、2500kW等立式磨机减速机，但与磨机配套的2500kW-4000kW的立式磨机减速机还依赖进口。这无疑增加了日产5000吨以上水泥生产线的建设投资，阻碍了水泥工业的发展。能否研制生产中国自己的大功率立式辊磨减速机，以保证我国水泥工业的顺利发展，已作为一个不可回避的问题摆在了我们面前。随着我公司技术改造的进一步完善，新添了一大批高、大、精、尖设备的正常运转，加上近三十多年来，设计生产大型硬齿面磨机减速机的经验，重齿公司已基本具备了设计、制造3800-4000kW立式辊磨减速机的能力。JLP400立式辊磨减速机是重齿公司多年来为进入日产5000吨水泥生产线而进行研发的立式辊磨减速机。目前为止，其技术开发时间已历时三年多。安徽海螺集团、山西省榆次同力达水泥有限公司、山东日照港源水泥有限公司、济南山水集团、内蒙西水等与我公司签定了10余台3800-4200kW国内5000吨水泥生产线的立式辊磨减速机JLP400，这是国产化的第一批，这对于重齿公司乃至整个建材行业实现大型立式辊磨减速机国产化，振兴民族工业都是一件大事，也是一项艰巨的任务。
（二）、项目意义
针对大型立式辊磨减速机研制的需要，不断加强和完善我公司的设备制造体系，不仅会大大提高国内设计、制造大型硬齿面磨机减速机的能力和技术水平，填补了国内空白。替代进口可减少我国大型水泥生产线的建设投资费用，为国家节约大量的外汇；同时促进了建材水泥行业的稳步发展，振兴了民族工业，而且还可以出口创汇。
二、立式辊磨减速机JLP400设计和研制概括
（一）、立式辊磨减速机工作特性
立式辊磨减速机靠磨辊对物料施加巨大的碾压力将物料碾碎、粉磨。减速器通常安装在磨机的下部，其输出法兰直接与磨盘相接，除了传递扭矩和匹配转速外还要承受磨盘、磨辊的重量以及液压装置所产生的粉磨力。在粉磨过程中由于物料颗粒大小和硬度不均会对磨辊产生冲击载荷，且经常波动，磨辊总是在不均匀料层上运动，产生的垂直载荷直接通过箱体立壁(只承受压力不受弯矩)传递到基础。
（二）、 立式辊磨减速器的传动方式及特点
JLP400立式辊磨减速机其设计技术来源于公司三十多年来的硬齿面齿轮传动装置设计制造所积累的丰富经验，技术是熟、可靠。由于该产品的结构型式、参数选择及优化、焊接箱体结构等均采用了现代设计中的多种分析技术和方法，其技术性能指标均达到国际先进水平。安全系数和齿轮AGMA服务系数均大于国外同类产品，设计是安全可靠的。
JLP400立式辊磨减速机主要技术参数如下：
传递功率：3800～4200 kW
输入转速： 993 r/min
传 动 比： 39.286：1或46.053：1
输出转速： 25.32或 21.6 r/min
输出扭矩： 1860 kN.m
重 量: 104215 kg (不含膜片联轴器和油站重量)
其结构具有如下优点：
辊式磨减速器结构型式目前主要为锥-行星两级减速传动，通常标准设计是电机水平布置，动力水平输入，垂直向上输出。本设计采用锥-平-行星三级减速传动，主要由四个部分构成,即(a)锥齿轮部分，(b)平行轴部分，（c）行星传动部分，(d)推力轴承及箱体部分（如图）。具有如下优点：
(a) 由于行星传动部分实行功率四分流,使齿轮尺寸和重量大大减小,结构紧凑,从而减少了齿轮加工量；内齿圈的直径减速小，热处理变形小，精度利于保证；减速器重量、运输费用和安装基础费用相对降低。
(b) 箱体为圆柱形封闭结构，加工制造容易，精度易于保证，刚性好，结构合理，传力路线短，有利于推力轴承支承磨辊载荷。
(c) 大锥齿轮和平行轴齿轮传动作为独立装置安装在箱体底部,平行级大齿轮的轴通过齿形联轴器与行星机构相连，两部分工作互不干扰，便于装拆和均载。
(d) 增加一级平行轴传动减小了锥齿轮的速比，缩小了锥齿轮的直径，可降低对设备的要求，减少了制造难度，提高加工精度，缩短交货期。
(e) 减速比大且功率的一部分是以力偶形式传递，因而效率高、噪音低，高速级圆锥齿轮引起的脉冲频率噪音，因圆锥齿轮位于减速器底部而得到了抑制。
(f) 由磨盘法兰与行星架所组成的旋转装置安装在两个轴承上（即承受垂直载荷的推力轴承和作为导向作用的径向轴承），保证减速机的可靠运行。
为了使磨辊作用而产生的磨盘倾斜运动不能传递到行星轮上，同时保证行星级载荷均载，在JLP400结构设计上采用了(a)太阳轮浮动(b)行星轮采用调心滚子轴承支撑,使行星轮浮动的方式。行星级内齿圈经过有限元详细计算，选取合适的壁厚，使其在运转过程中有一定的弹性变形，起到均载的效果。
（三）、设计研制概况:
该减速机的设计思想原则是：既要使其性能指标具有一定的先进性,又要保证减速机有高度的可靠性和良好的工艺性。为此，JLP400减速机从以下方面进行了优化设计：
1. 齿轮
随着生产的不断发展和科学技术的不断进步，齿轮传动正向高速、重载、硬齿面、高精度、高性能、低噪音方向发展。众所周知,硬齿面齿轮表面硬度高，芯部韧性好，噪音低，承载能力是软齿面齿轮的2.5倍以上。JLP400减速机的圆锥齿轮采用克林根贝尔格弧齿锥齿轮，均采用深层渗碳淬火磨削齿轮。
平行级齿轮输出与太阳轮的联接采用鼓形齿联轴器，可使太阳轮在轴向和径向的浮动，达到均载的目的。在平行轴齿轮与行星级传递中太阳轮和行星轮设计上，增加轮齿高，从而增加重合度，增加传动的平稳性及降低载荷，大幅度提高齿轮承载能力，齿轮进行齿顶修缘和齿向修正，可改善载荷分布，减小冲击和噪声，使齿轮弯曲应力降低20%，寿命提高1.1～1.5倍。齿轮材质采用冲击韧性好的高级渗碳合金钢，内齿圈采用高级合金钢调质处理。
齿轮副设计按无限寿命进行设计,齿轮强度按国家标准计算， 其接触强度安
全系数大于1.5，弯曲强度安全系数大于2.5。
2. 轴承
输入锥齿轮轴两端轴承的设计，主要是考虑到锥齿轮接触对轴偏斜的敏感性及实际使用时存在较大的轴向力，采用了短圆柱加球面滚子推力轴承。轴承支点的径向力与轴向力通过不同的轴承的分担，很好地解决了轴承的选型及寿命问题。
根据设计需要，JLP400减速机输出轴行星架支撑采用径向滑动轴承，支承并限制输出法兰的径向位移。输出法兰的承载采用圆形推力轴承，它在减速机内作为一个整体部件安装在减速机内部，它属于流体润滑静压推力轴承。其油膜厚度是动压轴承数倍以上。润滑站采用恒流量供油,因而采用节流器实现对外载荷波动的自动调节.在设计时满足了强度、刚度及制造容易、安装方便的要求外，还使应力在各瓦块间载荷分配均匀。
3. 箱体
JLP400减速机箱体除了承受齿轮副传递扭矩所产生的径向力外，还要承受由磨辊施加于磨盘的静力和动态力，因此对箱体的设计要求是：应有足够的刚性，必须承受全部的内外载荷，保证齿轮接触良好，应防尘、防渗漏，结构应便于装拆、检查和维护。
JLP400的箱体是圆柱形，采用焊接结构，由于箱体立圆筒壁厚的中点面与推力轴承支点十分接近，从而保证载荷通过箱体圆筒壁直接传入地基。箱体内圆筒壁用60厚钢板卷焊，在箱体的外壁与内壁均增加了筋板，用以提高并加强箱体的整体刚性，并通过有限元分析计算箱体的最大应力及最大位移点，采取有效措施使箱体爱载均匀，保证减速机的正常运行。
4、 减速机的润滑和监控
减速机润滑状况的好坏,对其承载能力和使用寿命有着极其重要的影响.采用先进技术和监控的供油系统对所有齿轮和轴承进行强制润滑，有的轴承因结构限制采用浸油润滑,油品采用粘度等级为N320中负荷工业齿轮油。不管是低压润滑系统还是高压系统均进行精过滤和冷却，以保证轴承、齿轮不受润滑油中杂质损害。
为了保证整个传动装置的绝对安全运行，在减速机运行过程中，高压系统处于工作状态，保证推力轴承表面油膜存在。对整个传动装置和润滑系统进行连续监控，监控低压过滤器前、后的油压，减速机进口和高压泵后的油压。特别是对推力轴瓦温度进行就地与远程显示监控，并实行联锁控制。稀油站和主电机进行电气联锁,通过油站的控制柜对整机配备自动报警、自动停机等保护措施。
5、 减速机的密封和通气
由于立磨用减速机的工作环境粉尘比较大,通风条件又不太好,所以立磨用减速机各部位的密封和通气应给予高度重视.
输入端采用“O”型橡胶密封圈和碳素纤维密封环组成的双重密封,输出法兰与箱体之间则采用迷宫式密封，以防止漏油和灰尘进入齿轮箱内部。
在减速机下部及上部（推力轴承油池）装有通气帽。以便当减速机内温度升高时保持箱体内外气压平衡,确保减速机安全可靠地运行。
JLP400立式辊磨减速机在研制过程中根据公司设备更新情况，内齿圈工艺改为磨齿，大大提高精度，降低噪音，减小振动，在整个设计中还采用了很多先进的行之有效的工艺方法：
A． 硬齿面齿轮制造的内在质量
我们知道齿轮制造的内在质量主要取决于齿轮的原材料及渗碳淬火的热处理工序。如何保证齿轮设计的表面硬化层深度、表面硬度、芯部硬度，以及保证表面层到芯部硬度的平缓过渡是保证齿轮制造的核心技术。这项技术是目前我们公司生产的齿轮箱质量优于国内其它制造商生产的齿轮箱的关键技术之一。众所周知硬齿面硬化层深度是按大于剪应力深度来设计的，这时的齿轮具有很高的接触疲劳极限值。但是硬化层过深，芯部硬化过高，使齿轮的齿根圆角表面残余压应力下降，从而导致弯曲强度降低。另外齿轮渗碳层表面含碳量和碳浓度梯度分布对齿轮质量和寿命有较大的影响。为了获得理想的表面碳浓度和比较平缓的碳浓度梯度分布以及最佳残余应力分布，我公司通过大量研究和多年的实验探索，可根据齿轮材料的化学成分和渗碳层深度，准确制定出渗碳、扩散和淬火三个阶段的碳势、温度和时间的热处理工艺要求，保证了齿轮制造的内在质量。
B． 理想的“大圆弧”滚刀滚切技术
采用带“凸头”滚刀齿廓。该刀具齿廓使齿根在渗碳淬火前受到过切，在渗碳淬火的后续符合啮合原理的齿面磨削工序中，可以避免齿根处产生磨削台阶。这对于提高轮齿的齿根弯曲强度是特别重要的。因过切齿根不受磨削，因而其渗碳淬火硬化层得以完全保留。该硬化层在化学处理过程中，同时辅以喷丸强化，物理机械性能改善，产生了残余压应力，增加了硬度并改善了组织状态。另一方面，过切齿根避免了磨削中过热和局部烧伤引起的内部压力降低以及裂纹的出现。应用这一齿形技术，轮齿抗弯曲的疲劳极限可提高20-30%，齿轮寿命提高1.1~1.5倍。
C．齿廓修缘和齿向修正技术
齿廓修缘和齿向修正可降低齿轮动载荷，改善载荷分布。采用修缘技术可使弯曲应力降低20%，节点下齿面接触应力降低15%。此外，齿廓修缘的齿轮在进入啮合时，建立起了楔形油膜，保证接触区能可靠地吸入润滑油，这对改善齿面磨损极为有利。为满足齿轮在受载情况下的各种变形和热变形的需要，我们充分运用现代化的磨齿设备，开发应用了齿向修正技术，使齿形加工达到了当今世界上最完美的状态。
D．焊接箱体的变形控制
箱体是齿轮箱的重要基础零部件，它的制造精度固然很重要，因此人们对制造精度都能给予足够的重视，首先从硬件上能满足箱体加工精度要求的设备来保证，从工艺上与之相适应的加工方法和具体措施来实现。除此之外我们对齿轮箱的焊接箱体制造在其变形控制上进行了多方面的研究。工艺上采取粗加工前和粗加工后进行人工时效处理外，在对工件的安装、定位、夹紧、精加工余量、切削要素等在工艺上都有明确规定并进行了严格控制，实现了对焊接箱体变形的有效控制，提高了产品使用的稳定性和可靠性。
E．齿轮修磨技术在齿轮箱装配调试中的运用
我们都知道，任何一台机器都是由多个零部件组成的，即使每个零件的制造精度都合格，由于每个零件都有它自己的制造公差，在将每个零件按其装配关系组装成一台设备时都存在有累计误差就有可能造成齿轮副接触不良的情况，为满足齿轮副的接触精度要求，根据装配调试时齿轮副的接触情况，运用齿轮修磨准确无误的将齿轮副中某一齿轮进行微量修磨来实现齿轮副接触精度要求；同时为保证减速机在运行中有高的可靠性，根据受力及使用情况在装配调整初期让齿轮着色斑点靠向某一端，保证减速机满负荷运行后齿面着色斑点达到要求。
（四）、质量保证体系
按照ISO9001标准，公司建立了严格的质量保证体系，对JLP400立磨减速机主要零部件制造和整机装配实行工序管理，对齿轮、轴、箱体等关键件、重要件的关键加工工序同时设立质量控制点，使整个齿轮箱从零件加工到装配调试都处于受控状态，使JLP400立磨减速机研制一次性获得成功。
（五）、研制的感受
JLP400立式辊磨减速机在重齿公司领导正确指挥下，在全体员工和工程技术人员的辛勤工作和努力下，一次性研制成功。作为该项目的主要负责人，深感技术研发主要经验首先是其在于公司领导高瞻远瞩后的正确抉择。其次是技术上善于取长补短，充分研究和吸收国内外先进成功经验，不断总结和完善重齿公司自身设计制造技术，精心设计、大胆创新，保证研发项目具有显著的先进性，同时又必须有高度的可靠性和较高的工艺性。再有就是在产品设计和工艺设计的过程中，技术人员要深入实际，充分调查研究，群策群力，才能解决一个又一个的关键技术难题，确保项目顺利成功。
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