陕西理工学院学报磨粉机磨辊驱动方案设计探讨范恒彦（陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中大型磨粉机的引进、消化吸收项目实施已有多年，到目前为止，对磨粉机磨辊驱动方案设计方面的系统性研究成果较少。作者从1987年开始参加我国小麦制粉行业引进设备的消化吸收项目，在长期实践的基础上对主传动系统和两种磨辊驱动方案进行了系统的分析与计算，指出了各种主传动系统和两种磨辊驱动方案的特点，提出了一些新的观点，为新型磨粉机的开发设计提供了理论基础。
辊式磨粉机的工作原理如所示，快辊和慢辊间的挤压力和速度差，保证物料经过研磨区时同时承受挤压力和剪切力的联合作用。
合理的挤压力和速度差可以使物料在经过研磨区时最大限度地被磨碎但不会因温度的升高而破坏物料本身的物理性质。目前，我国大、中磨粉机磨辊的驱动方案均为对引进产品方案的仿制，主传动系统亦为引进产品的翻版，缺少创新和拥有自主知识产权的产品。所谓主传动系统是指保证快、慢辊转速差的传动系统。用来保证快、慢辊转速差的主传动系统的发展，宏观上经过了链传动、齿轮传动、双面同步带传动和步楔复合带（即同步带和多楔带组成的复合型传动带）传动等阶段。国际上较为先进的大、中磨粉机的主传动系统均已淘汰了链传动和齿轮传动，只有小型磨粉机的主传动系统还在使用齿轮传动。但是，到目前为止，在我国，对磨粉机磨辊驱动方案设计方面的综合、系统性研究较少，制约了我国磨粉机事业的发展。笔者有幸于1987开始参加我国小麦制粉行业引进设备的消化吸收项目，长期从事大、中型磨粉机的研究工作。在长期实践的基础上，对主传动系统和两种磨辊驱动方案进行了系统地分析与计算，指出了各种主传动系统和两种磨辊驱动方案的特点，提出了一些新的观点，可供我国磨粉机设计人员。
1不同类型主传动系统的特点分析11齿轮传动若将中的四个带轮及带组成的传动系统用一对外啮合齿轮传动代替，可以满足两辊转向相反且保持快、慢辊定转速差的要求。由于快、慢辊之间的中心距需要调节以满足粒度大小不同的物料之间的研磨需求，所以一般的标准齿轮传动（一对）不能满足变中心距的需求。常采用大齿高变位齿轮传动、异型齿轮传动或机构组合等来满足这种需求。前者机构简单但在中心距较大的情况下使用时，轮基金项目：陕西省重点快辊驱动方案可知，在磨辊间无物料时，两个磨辊分离，电动机驱动快辊转动，联接于快辊另一端的小带轮通过张紧轮，在保证大带轮包角的前提下驱动大带轮反向转动。这时，位于小、大带轮之间的这部分带为松边，张紧轮位于紧边。从这个角度上讲，在启动过程中或正常工作断料时（制粉过程中的正常现象），张紧轮的布置显然不合理。当物料进入研磨区时，两个磨辊合闸，由于快、慢慢辊驱动方案辊的直径相同而转速不同，所以物料对快辊的摩擦力与快辊的线速度方向相反，阻碍快辊转动；物料对慢辊的摩擦力与慢辊的线速度方向相同，迫使慢辊有转快的趋势。在研磨时，由于慢辊既承受物料的摩擦力，又承受带的作用力，前者迫使慢辊转快，后者驱使慢辊保持原转速，这时，大带轮变成驱动轮而小袋轮变成从动轮，位于小、大带轮之间的这部分带变为紧边。所以，正常工作时，两个张紧轮位于传动带的松边，是合理的。上述分析同样适用于所示的步楔复合带传动的情况。对于齿轮传动，启动过程中或正常工作断料时为减速传动而正常工作时为增速传动。
引进设备上，所示快辊驱动方案在启动过程中，由于从动大带轮位于双面同步带的松边，另外，下方张紧轮为弹性张紧且位于紧边，所以松边会有较大的松弛量。因此，在启动过程中容易在大带轮上产生跳齿。而所示传动系统，由于张紧轮只有一个，张紧方式为固定张紧且带的总长度缩短，虽然其他情况与前述相同，但松边松弛量相对减小，故跳齿频率大为降低。由于启动过程、过渡过程和正常研磨过程中，主传动系统中带传动紧、松边不断发生变化，所以，传动带中存在反向冲击。对于所示的快辊驱动方案，当冲击载荷超过传动带的静强度或疲劳强度时，必然引起断带。对于所示的主传动系统，由于多楔带与带轮为摩擦传动，受冲击载荷时，若载荷超过最大有效圆周力，会产生打滑，从而减轻冲击，因此，断带频率大为降低。但是，由于打滑时不能保证快、慢辊的速比，因此影响研磨效果，同时会加速传动带的磨损。同理，由于启动、过渡过程和正常研磨过程中，主传动系统中带传动紧、松边发生变化，同步带带齿的齿根弯曲应力变为双向循环，对带传动极为不利。此外，这也是大、中型磨粉机主传动系统淘汰齿轮传动的主要原因之一，因为齿轮传动缓冲能力差。
22慢棍驱动方案特点分析慢辊驱动方案见电动机动力由慢辊的一端驱动慢辊，慢辊的另一端通过双面同步齿型带传动来保证快、慢辊之间的速度差。磨辊间无物料时，两个磨辊分离，电动机驱动慢辊转动，联接于慢辊另一端的大带轮通过张紧轮，在保证大带轮包角的前提下驱动小带轮反向转动。这时，位于大、小带轮之间的这部分带为紧边，张紧轮位于松边，张紧轮的布置合理。当物料进入研磨区时，两个磨辊合闸，同理物料对快辊的作用力与快辊的线速度方向相反，阻碍快辊转动；物料对慢辊的作用力与慢辊的线速度方向相同，迫使慢辊有转快的趋势。研磨时，由于快辊既承受物料的摩擦力，又承受带的作用力，前者迫使快辊转慢，后者驱使快辊保持原转速，这时，大带轮仍为驱动轮而小袋轮仍为从动轮，位于大、小带轮之间的这部分带仍为紧边。所以，慢辊驱动方案中，不管是启动过程、过渡过程还是正常研磨过程中，大、小带轮之间的传动带始终为紧边，张紧轮始终位于传动带的松边，这是有利的一面。对步楔复合带传动、齿轮传动一样是有利的一面。
23两种驱动方案主传动系统传递功率的计算（值为F）。d，d2和D分别代表小带轮、大带轮和磨辊（快、慢辊直径相等值径。主传动系统带的紧边拉力为F，松边拉力为F2由快辊上的力矩平衡得：其中：F（=Fi-F2，由慢辊上的力矩平衡得：联解（1）、（2）两式得：为使问题简化，不计轴承和传动系统的损耗及物料的加速引起的功耗。对于快辊驱动方案，电动机动力由快辊传入（见）。设输入的转矩为Tk快辊的转速为ck，慢辊的转速为Wm.正常工作时，快辊通过物料对慢辊产生的摩擦力为F慢辊通过物料对快辊的摩擦力为F与F大小相等，方向相反因为主传动带传递的功率为=F（。X~2Xck其中：Nr=TkXck为电动机输入功率。Nd为内部循环功率，其值大小取决于两辊的速度差、挤压力和物料性质等。类似于机械功率流封闭试验台中的封闭功率。
的力矩平衡得：FX -Tm（5）由快辊上的力矩平衡得：FXD=FcX2di对于慢辊驱动方案，电动机动力由慢辊传入（见）。设输入的转矩为Tm，其余同上。由慢辊上因为在被研磨的物料、喂料量、轧距等完全相同的情况下，电动机的输出功率Nr是不变的，实际磨粉机中i始终大于1故由式（4）和式（8）可知，相同情况下，慢辊驱动方案中主传动系统传递的功率明显加大，对带传动和齿轮传动这都是不利的一面。
3结论由上述分析可知：采用快辊驱动方案时，主传动系统不管是那种传动（双面同步带、步楔复合带、齿轮等）形式，其传递的功率较小，但主传动系统在过渡过程中存在反向冲击。启动过程和正常工作断料时，主传动系统为减速传动，正常工作时，主传动系统为增速传动；采用慢辊驱动方案时，主传动系统不管是那种传动（双面同步带、步楔复合带、齿轮等）形式，其传递的功率较大，是快辊驱动方案时的i倍，但在启动过程、正常工作断料时和正常工作过程中，主传动系统均为增速传动，无反向冲击。
在满足其它要求的情况下，若主传动系统本身的传动能力相对较差时（如采用双面同步带传动、步楔复合带传动等），选择快辊驱动方案不失为一种好方案，但过渡过程中的反向冲击无法避免。
若主传动系统本身的传动能力相对较强，载荷增加对传动系统的成本影响不大时（如采用齿轮传动），选择慢辊驱动方案不失为一种较好方案，因为此时该系统无反向冲击。
李壮云。机械设计大典5M.南昌：江西科学技术出版社，2002孟宪源。现代机构手册。面粉通讯，2002（