φ3×48m回转窑改进

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1、摘 要回转窑是水泥厂重要设备，回转窑发生故障直接影响水泥的产量和质量本课题是通过对回转窑的改进设计，使学生掌握机械设计的过程。348m回转窑改进实际，在水泥厂中用回转窑煅烧水泥熟料。回转窑的技术性能和运转情况决定水泥的质量和成本，所以回转窑是水泥厂中十分重要的设备。本次设计是对回转窑的改进设计，分窑身，窑体和窑尾。三部分主要对窑体的简体和轮带的设计，传动装置的大小齿轮的设计和液压挡轮的设计。通过这些的改进使回转窑的安全运转、效率、产量及质量都会有很大的提高。本次设计就是围绕这些重要部位而展开的。 关键词： 简体 大小齿轮 液压挡轮 轴承 轮带ABSTRACTKiln cement plant

2、is an important equipment, to a fault directly affect the rotary kiln cement production and quality. This issue is through improved design of the rotary kiln, so that students master the mechanical design process. 3 48m kiln actual improvement in the cement kiln used calcined cement clinker. Kiln te

3、chnical performance and functioning of the decision to cement the quality and cost, the rotary kiln cement plant is very important equipment. The kiln is designed to improve the design of the kiln body, kiln and back-end. Three major part of the kiln of Simplified and round with the design, transmis

4、sion device the size of the design and hydraulic gear round the block design. Through these improvements to the rotary kiln security operation, efficiency, yield and quality will be greatly improved. The design is to focus on these important site of the start.Key words：Simplified the size of gears h

5、ydraulic block round the bearings目 录 引言.11. 回转体的设计.11.1简体说明部分.11.2简体的计算.31.3轮带的设计.52. 传动装置.72.1对传动装置的要求.72.2传动方式.82.3大小齿轮的设计.83. 液压档轮装置.103.1液液压档轮的工作原理.103.2主要参数的确定113.3主要零部件的设计与计算.123.4液压泵的设计计算.15结论.16致谢词.16引 言毕业设计是培养学生运用所学知识和技能，分析和解决问题。完成工程基本训练的重要教学环节，通过这次毕业设计来了解机械设计的一般方法，设计过程和进行方式进行了技能的训练。348m回转窑

6、改进实际，在水泥厂中用回转窑煅烧水泥熟料。回转窑的技术性能和运转情况决定水泥的质量和成本，所以回转窑是水泥厂中十分重要的设备。由于设计时间短，我们采用分组设计，在设计中吸收了新工艺新技术，对经济技术进行综合分析和评价。引进新技术使设备结构合理简单、易加工、经久耐用的原则进行改进。在综合所学知识同时做好毕业设计，而且为以后工作打好了基础。由于所学知识面比较窄，设计中出现错误是无法避免的，请批评指正。1、回转体的设计回转体包括简体及其镶砌的耐火衬，也包括附在简体上的轮带、大齿轮等。1.1 简体说明部分1.1.1点数目确定支点数目的确定是一个复杂的问题，从管理使用角度及制造角度希望少一点，从力学角度

7、又希望支点数目不宜太少，L/D=16及D=3m，以及经验支点数目取3个。1.1.2支点位置的确定经验公式窑头的悬伸段: L1/D=1.5 L1=(11.2)D窑尾的悬伸段: L2/D=3 L2=（2.53.4）D烧成带 : L3/D=4.55.5 L3=(56.5)D中间跨距: L4=(68.2)D确定: L1=33.6m取L1=3.5mL2=7.510m取L2=7.5m取L3=L4则L3=L4=(48-L1-L2)2=（48-3.5-7.5）2=18.5m1.1.3简体钢板厚度的确定1一般基体钢板: S=18-50mm2烧成带比普通跨厚度大：轮带下简体厚: S1=0.015D=0.0153=

8、0.045m=45mm过渡带简体厚: S2=0.01D=0.013=0.03m=30mm烧成带简体厚: S3=0.007D=0.0073=0.021m=21mm普通跨间简体厚: S4=0.006D=0.0063=0.018m=18mm3回转窑： D=2.53m S=20MMD=33.6m S=22mm 一般基体钢板厚： D=3m取S=20mm4烧成带简体厚： S3=22mm轮带下简体厚： S/D=0.0120.015-S=（0.0120.015）取S=36-45mm S1=40mm5过渡段简体厚S2S/D=0.01 S=0.01D=0.03m=30mm取S2=25mm6普通跨舰体厚： S/D=

9、0.006 S4=0.006D=0.018m=18mm为减少钢板厚度型号取S4=S3=22mm与烧成带相同。1.1.4钢板宽度和长度的选择和确定1钢板宽度的选择：共选取几种不同的宽度 2.0m 1.5m 10.m 2.1m2钢板长度的选择：L=D=3=9.42m1.1.5钢板的排布1保证轮带和大齿轮下面没有孤焊缝2钢板数量和焊缝应尽量少3纵向焊缝应铺开200-300mm1.1.6垫板1垫板与简体集结形式的确定选用焊接形式为保证简体厚可自由伸长采用一端焊接一端自由2安装形式选用可调试(间隙可调试)垫板一薄一厚两块,薄垫板在上厚的在下,在薄垫板磨损后可以更换,从而保证垫板与轮带的间隙。3垫板尺寸，

10、如下图：设计研究图纸：取b=200mm h=40mm l=1100mm 薄垫板：S1=10mm 厚垫板：S2=30mm1.1.7简体的结构本设计为直简体结构窑尾处设有倒锥形窑尾收口以防止倒料。1.2 简体的计算1.2.1载荷的计算1画线载荷图。 2集中载荷计算。取大齿圈：P4=120KH 窑尾集中载荷：P5=50KH1.2.2支点弯矩的计算1支点的弯矩,的弯矩可由窑尾悬伸段求出=(-1/2)q5l5l5-p5l5=（-0.5）50.87.57.5507.5=-1084kN.m2支点的弯矩可由窑头悬伸段求出=-q1l1(l1/2+l2)-0.5q2L22=-72.23（3/2+0.5）-1/29

11、7.50.52=-445.3KH.M3支点的弯矩可由简化后的三弯矩方程求出，支点的弯矩=（-6B1-6A2-L1M1-L2M3）2（L1+L2）=-6（q3/24L33）-6（q4L43/24+P4（18.5-3）3（18.5+3）（6L4）-L3-L42（L3+L4）=-0.48618.53-650.82418.53+20（18.5-3）3（18.5+3）（618.5）-18.5（-445.3）-18.5-（-1804）2（18.5+18.5）=-2452KH.M由此各支点的弯矩为 =-445.7KH.M =-2452KH.M =-1804KH.M1.2.3支反力的计算1支点的反力RI.0=

12、q1L1+q2L2=72.23+97.50.5=265.35KHRI.I可由L3跨（-）求得对静定其点取矩RI.I18.5+-q318.5/2-=0RI.I=（-2452+445.3+8618.5/2）18.5=687KH同理由此RI=RI.0+RI.I=265.35+687=952.35KH根据同样的道理求RR2R.=1/18.5（2452-445+860.518.52）=904KHR.=18.5+-50.80.518.521203=0R.=（-+360+8693）18.5=524.4KHRR.= R.+ R.=904+5204.4=1428.4KH3R.=（-+50.80.518.52+1

13、20155）18.5=535.4KHR. =50+7.550.8=966.4KHR=535.4+431=966.4KH因此各支点反力为 RI= 952.4KH R=1428.4KH R=966.4KH1.2.4求跨中最大走距1跨中最大弯距设跨中最大弯距离支点为X米MI.X= RI.I-X1- q3X1/2+ MI当MI.1X1=RI.I- q3 X1=0X1= RI.I/q3=687/86=7.89M MI.1X1=6877.98-867.98/2-445.3=2298KH.M2求.跨的跨中最大弯距同理X2= R./q4=524.4/50.8=10.32MM=10.32=524.410.32-

14、2452-50.80.510.322=254.6HK.M将各支点弯距支点反力.跨中最大弯距总列表支点号支点弯距（KH.M）支点反力Rn（KH）跨内危险断面距左支点距离M跨中最大弯距（KH.M）Rn.nRn.nRn.n7.892298-445.3265.35687952.35-2452904524.41428.410.32254.6-1804535.4431966.4由上表可知. 质点反力相近，点反力最大.最大弯距与跨中最大玩具接近。因此，在设计中轮装置时可将. 设计成相同尺寸。档托轮设计成最大尺寸，校核简体强度。在、跨钢板厚22mm距处于烧成带，设筒体取低温度350（由于支点处钢板比基体钢板厚

15、，故反验算跨中最大弯距）。=M/WKT.KS1M最大弯距: M=2298KH.M2W抗磨断面模数W=/4P2=/432（103）222=1.58108MM33温度影响系数: T=350 KT=K（340）+K（350） 2=（0.75+0.71）2=0.734KS焊接强度系数，取KS=0.855许用弯曲应力I IP68=2000-2700N/cm2=20-27Mpa=M/WKT.KS=(2298106)（1.551080.730.85）=23.89Mpa在=20-27 Mpa范围内，所以简体强度合格1.3轮带的设计（档靠近窑尾一档）1.3.1轮带的形式轮带是一个环形铸钢料是回转窑中重要的零件，

16、它套装在简提上，随窑体在齿轮上转动。回转体上的全部重量通过轮带给托轮，轮带本身增强，简体钢性的作用，轮带在简体上的位置依窑的规格和简体强度而定。因此设计选用实心矩形轮带。下图就是实心矩形轮带断面形式。1.3.2轮带尺寸的确定1外径D1的确定实心矩形轮带D=3m内径D2截面高HD2=D+2+20.040.01=3017m=3170mm截面高H=（D1- D2）/2=（3.75-3.17）2=0.29m3轮带宽度B1的确定B1=（0.202Q2E（i+1）/P02D1轮带外径D1=3.75m Q2 =1.1Rn=1.11428.4103=1.57106H i=3-4取i=3 E=2 1011Pa

17、P0许用接触应力,轮带材料ZG340-640HB=160190 取P0=450 Pa =4.5108 Pa 所以轮带宽度B1=（0.202Q2E（i+1）/P02D1=0.2021.5710621011（3+1）（4.5108）23.75=0.334m取B1=0.5m1.3.3弯曲应力与温度应力计算1轮带断面模数平均直径D1C= D1+1=3.46m 平均半径R1C=1.73mw=BH2/6=6.5103（0.29103）26=7.008106mm32弯曲应力校核内缘1500（2100）=0.086 QiRiC/W=（0.0861.571061.73103）（7.008106）=33.33M

18、Pa外缘1500（2100）=-0.086 QiRiC/W=（-0.0861.571061.73103）（7.008106）=-33.33M Pa轮带ZG340-640 HB=160190 G =90 M Pa因为内缘=-外缘温度应力的校核外缘 外=E2（TB-TH）/3（2R1R2）/（R1R2）（Pa）内缘内=-E2（TB-TH）/3（2R1R2）/（R1R2）（Pa）1.3.6 轮带钢度的计算W=1+22P1C/1000或中W轮带椭圆度1垂直方向直径减少1=0.039Q2Ri3c/EJ2水平方向直径减少2=0.0418Q2Ri3c/EJDC轮带平均直径DC=3.46mIX=BH3/12=

19、500290312=1.016109mm4I=B3H/12=500329012=3.021109mm4J= (IX2+ I2)1/2=(1.016109)2（3.021109）2=3.19109 mm4因为1=（0.0391.571061.733）(210113.1910-3)=4.9710-4m2=（0.04181.571061.733）(210113.1910-3)=5.3310-4m所以W=1+2=1.0310-3m2P1q/1000=(23.46)/1000=6.9210-3m所以W 总传动比的确定I总=N电/N窑=I减-Ig或中I减减速器的传动比 Ig 大齿轮的传动比I总=1000/

20、3.108=321.752Ig传动长窑 Ig=68取Ig=83I减=I减 /Ig=321.75/8=40.224减速器的选型根据I减=40.22 n=1000r/min Ni=110kw选ZSY315型减速器i=40,n1=1000r/min,p1=108kw验算功率 P2m=P2f1P1或f1I总系数取f1=1 P2是传动功率 P2=N=95.34kw所以P2m=P2f1初定dfD=3m确定小齿轮数Z1Z1=17- 23选用奇数取Z1=193大齿轮齿数Z2 Z2= Z1Ig I总= Ig I减Ig=R总/ I减=321.75/40=8.04 Z2=198.04=152.8取 Z2=154实际

21、传动比:Ig= Z2/ Z1=154/19=8.114确定模数mm=df/ Z2=5.1103154=33.11取标准值m=325具体确定d1、d2d1=m Z1=3219=608mm d2= m Z2=32154=4928mm2.3.3确定齿圈的宽度1齿圈的宽度B24.461011NYKjKd(Ig+1)d22nj2 或N=88.69kw Kj=1.0511取Kj=1.075 Kd动载荷系数取Kd=1.1 Y=0.970.98取Y=0.98 j 对于ZG340-570齿圈按HB=170取j=420MPa,另外d2=4928mm n=3.108n/min Ig=8.11 B24.4610118

22、8.690.981.0751.1(8.11+1)492823.1084202 313.64mm 2小齿宽度B1B1= B2+（4060）简体窜动量4060mm取B1= B2+40=360mm3修正系数小齿轮采用正变位:1=0.4 大齿轮不变位:2=04齿轮齿圈参数Z1=19 Z2=154 d1=608mm d2=4928mmB1=360mm B2=320mm 1=0.4 2=02.3.4齿轮齿圈的弯曲强度校核1f=2KT1/bmd1YFYSFMPaF=YnFLinL/SFLim（MPa）FLim齿轮材料的弯曲疲劳极限应力MPa 大齿轮：铸钢正火HB=163187 FLim1=310 MPa小齿

23、轮：铸钢调质HB=203275 FLim2=450 MPaYn弯曲疲劳寿命强度的许用最小安全系数取Ym=Yn2=1SFmin1= SFmin2=1.00 所以F1=1.03101.00=310 MPa F2=1.04501.00=450 MPa2齿形系数YF 由Z1=19 1=0.4取YF1=2.28由Z2=154 2=0取YF2=2.153应力修正系数 YS1=1.73 则Z1=19 1=0.4YS2=1.84 则Z2=154 2=04T1扭矩:T1=9550N/n1N传动功率:N=88.69kwn1小齿轮转速:n1= n电/I减=1000/40=25r/minT1=955086.6925=

24、3.39104Nm 载荷系数: K=KAKVKBKA使用系数 KA=1.25KV动载系数 Kv=1.1KB齿向载荷分布系数 KB=1.23+0.36（b/ d1）2+0.61103b =1.23+0.36（360/ 608）2+0.61103360=1.81K=KAKVKB=1.251.11.81=2.49所以F1=2KT1/bmd1YF1YS1=（22.493.39104103）（36032608）2.281.73=95.1MPaF1=310MPaF2=2KT1/bmd1YF2YS2=（22.493.39104103）（32032608）2.51.04=107.3 MPa轮带与托轮表面接触不

25、良，容易出现脱落。点蚀等缺陷，降低使用寿命2由于档轮歪斜接触面减少比压增大3接触面润滑不良4由于存在以上缺陷，故障出现概率大，维护管理频繁3.1.2液压档轮的工作原理液压档轮的液压工作系统由油缸、油泵站等组成，在窑启动的同时启动油泵电动机，使油从油箱中吸出经滤油器吸入油泵，压力油经单向阀进入溢流节流阀，此时由于电流节流阀与油缸形成通路，高压油经电磁换向阀进入油缸，推动活塞使窑体和轮带向上移动。3.1.3液压档轮的结构液压档轮的结构参见图纸，液压档轮装置图R202-02-02锥形档轮内装有推动球轴承和调心滚子轴承，调心滚子轴承、使档轮摆动，一个微小的结构角度以使档轮的侧面与轮带完全接触档轮通过空

26、心轴支承在两根平行的导向轴上，导向轴由左右两个。3.2 主要参数的确定3.2.1窑体上窜最大阻力P设计P=（1.21.5）GSin 取P=1.3GSin G回转部分重量。简体重量=R1+R2+R3=952.35+1428.4+966.4=3347.15N物料重、轮带、垫板、窑衬重等，按简体重的百分之十取, 则 G=1.13347.15=3682KN简体倾斜角度：348m回转窑倾斜：=3.5=tg 则=avctg0.035=2则P=1.3GSin=1.33682Sin2。=167.05KN3.2.2档轮受力分析档轮受力情况如下图F=P/cos =10。18。 取=10。F=P/cos=167.0

27、5/cos10。=171.4 KN水平分力FA（径向分力）FA= F cos= P cos/cos=P =167.05 KN轴向分力FB FB= FAtg=167.05tg10。=38.6 KN3.2.3窑体的游动行程窑体的游动行程，应保证窑体在窜动时轮带沿托轮全宽上游动，以达到托轮均匀磨损，因此主要由二者之差来确定。 应满足下式：Sin=-式中托轮宽 轮带宽 为了获得轮带在全宽度上与托轮上均匀接触，避免在轮带表面磨出沟槽，一般应设托轮比轮带宽50100mm，本设计取Smin=50mm。又考虑到简体热膨胀取温度值与实际有出入，适当加大其行程。可按下式确定Smax=Smin+ss=+Ct温度误差

28、 取t=50热膨胀系数: =11.410-6s =t L=11.410-6503.7104=21.1mmSmax=Smin+s=50+21.1=71.1mm 取Smax=72mm3.2.3窑体游动速度可按v=0.30.5mm/min选取本设计取v=0.4mm/min3.3 主要零部件的设计与计算3.3.1档轮1材料档轮的材料应比轮带的材料稍好一些2结构形状3尺寸确定tg=d1t/p1 由此可得档轮大端直径d1t:d1t=D1 tg式中D1为轮带外径D1=3750mm=10。18。 取=10。 dH=3750tg10。=661.26mm 取dH=670mm档轮厚度H:h=(1/32/3)H H为

29、轮带厚度H=0.29mh=(1/32/3)H=0.0970.193m 取h=0.12m=120mm 验算档轮的接触强度:P0=0.59(EFA/hdcp)1/2P0 式中：E弹性模量 E=20 104MPa=21011PaFA径向分力 FA=167.05KHh档轮厚度 h=120mmdcp档轮中径为大端直径与小端直径之和的一半已知S=h/ cos=120/ cos10。=121.8mmd小= dH2(s2h2)1/2= 6702(121.821202)1/2=627.68mmP0=0.59(20167.05103104)(120648.84)1/2=396.5 MPa调心滚子轴承P= FA=1

30、67.05KN工作额定动载荷C:C=（10167.0510/3）1.0（6031.44105）1/2106=443.5KN选用53528GB288-87轴承其主要参数d=140mm D=250mm B=60 重量:14.5kg因为Cr=558kwC=443.5kw所以符合要求,故选用调心滚子轴承53528GB228-87。2单向推力球轴承选用单向推力球轴承来承担轴向力: P= FB=29.5KN工作额定动载荷:C=（1.02905）1.0（6031.44105）1/3106=87.3KN选用轴承8144GB301-84因为C0 =145KNC=87.3KN所选轴承满足要求主要参数d=220mm

31、 D=270mm T=37 重量为:4.60kg3.3.3中空轴的强度校核主要尺寸选择核剪切应力: I=4 FA/3.14(d12-d22)I,式中I 许用剪切应力 I=60MPaFA径向分力: FA=167.05KNd1、d2 中空轴截面内、外径 d1= 140mm d2=96mm因为I=4167.051033.14（1402-962）=20.5 MPa已知 L1=100mm L2=266mm L3=800mm L=1166mm求剪切及弯矩 Pc=Pd=G4 FB/4FB=29.5KN=2.95104 NPc= Pd=(2.95104+4411)/4=8477.75NRA= Pc(L3+L2

32、) +Pd L2/4=8477.75(266+800)+8477.75266/1166=9684.7NRB= Pd(L1+L3) +Pc L1/4=8477.75(100+800)+8477.75100/1166=7270.8NAC段Qx= RA=9684.7NCD段Qx= PcRA=8477.759684.7=-1206.95NDB段Qx= RB=7270.8NMc= RA L1=9684.7100=968470N.mm Md= RB L2=7270.8266=1934032.8N.mmMmax=Md=1934032.8N.mm2刚度校核fmaxffmax= Pd(L1+L2)/23L24(

33、L1/2+L2/2)2/（24EJ）J极惯性矩 J=3.14d4/64=4.91106mm4E弹性模量 E=2 105 MPafmax= 8477.75(100+266)/23116624(100/2+266/2)2 /（242 1054.91106）=0.260mmf=(0.00030.0005)L=(0.00030.0005) 1166=0.34980.583mm因为fmax液压系统的特点a.小流量Q100mc/min。b.分别调速窑上窜泵供油，窑下滑由调速阀控制。c.泵断续运转。2系组成示意图如下：3.4.2液压缸装置的设计计算1油缸内径D的确定D1.13（FA/P）1/2式中P油缸工作

34、压力可适当选低值，以使D值较大，有利于液压元件的选型。取P=6.3MPa FA径向分力 FA=167.05KN D1.13（167.05103/P）1/2184mm 取D=184mm2壁厚度的 确定按厚变圆简公式计算D/2/（1.73P） 1/21式中=75MPa许用应力S184/2（757517.36.31）3活塞杆直径d取d=(0.50.7)D4缸底厚度0.433D（P/d 1/23.4.3液压元件设计的一些说明1油缸采用铸钢ZG310-570铸后采用正火调质处理。2活塞与活塞杆采用铸造，铸后采用退火处理，加工后采用调质处理。3活塞与缸体之间的密封采用Y型密封圈，因为油缸的两个腔，一端有变

35、压，而另一端则是补充油箱来的油为大气压力，为防止泄露采用密封效果好的Y型密封圈，在油缸端盖处采用O型密封圈。结 论本设计在老师指导下，学生独立设计完成，其间每个细节的结构，每一个精确的数字都有付出了汗水。通过本次设计，使我对球磨机的结构，性能，使用维护以及对设计过程方法有了更深一步的了解，并对以前所学知识起到了温故知新的作用学知识有限，由于设计时间短，任务重加之本人所加之本人所学知识有限，设计中难免出现错误，希望老师加以批评来促进我知识的增长。谢谢！致谢辞 感谢我的指导老师对我循循善诱的指导，从论文的开始直到论文的结束，老师对我提出的问题都一一给予解答，使我能够顺利地完成这篇论文。在电脑前来给我的论文号上一个完美的句号，这个圆满的结束就意味着我又要开始新的人生路，想到这里我的心情无法平静，在这里我要对三年来教导我的老师们说一声:您辛苦了！请在这里接受我诚挚的谢意。参考文献1、 张森林 建材机械与设备，武汉工业大学出版社，2004年3月2、郑志平 机械零件，高等教育出版社，2006年7月3、田思远 流体传动与控制，武汉工业大学出版社，2005年6月4、周开勤 机械零件手册，高等教育出版社，2003年8月5、祈良昌 公差配合与技术测量，2002年9月6、许德珠 金属工艺学，高等教育出版社，2066年3月7、程嘉佩 材料力学，高等教育出版社，2004年10月20