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装配图0,装配
外文资料翻译 带式输送机及其牵引系统 在运送大量的物料时,带式输送机在长距离的运输中起到了非常重要的竞争作用。输送系统将会变得更大、更复杂,而驱动系统也已经历了一个演变过程,并将继续这样下去。如今,较大的输送带和多驱动系统需要更大的功率,控制驱动力和加速度扭矩是输送机的关键。一个高效的驱动系统应该能顺利的运行,同时保持输送带张紧力在指定的安全极限负荷内。为了负载分配在多个驱动上,扭矩和速度控制在驱动系统的设计中也是很重要的因素。由于输送机驱动系统控制技的进步,目前更多可靠的低成本和高效驱动的驱动系统可供选择。1带式输送机驱动1.1带式输送机驱动方式 全电压启动在全电压启动设计中,带式输送机驱动轴通过齿轮传动直接连接到电机。直接全压驱动没有为变化的传送负载提供任何控制,根据满载和空载功率需求的比率,空载启动时比满载可能快34倍。此种方式的优点是:免维护,启动系统简单,低成本,可靠性高。但是,不能控制启动扭矩和最大停止扭矩。因此,这种方式只用于低功率,结构简单的传送驱动中。降压启动随着传送驱动功率的增加,在加速期间控制使用的电机扭矩变得越来越重要。由于电机扭矩是电压的函数,电机电压必须得到控制,一般用可控硅整流器(SCR)构成的降压启动装置,先施加低电压拉紧输送带,然后线性的增加供电电压直到全电压和最大带速。但是,这种启动方式不会产生稳定的加速度,当加速完成时,控制电机电压的SCR锁定在全导通,为电机提供全压。此种控制方式功率可达到750kW。绕线转子感应电机绕线转子感应电机直接连接到驱动系统减速机上,通过在电机转子绕组中串联电阻控制电机转矩。在传送装置启动时,把电阻串联进转子产生较低的转矩,当传送带加速时,电阻逐渐减少保持稳定增加转矩。在多驱动系统中,一个外加的滑差电阻可能将总是串联在转子绕组回路中以帮助均分负载。该方式的电机系统设计相对简单,但控制系统可能很复杂,因为它们是基于计算机控制的电阻切换。当今,控制系统的大多数是定制设计来满足传送系统的特殊规格。绕线转子电机适合于需要400kW以上的系统。直流(DC)电机大多数传送驱动使用DC并励电机,电机的电枢在外部连接。控制DC驱动技术一般应用SCR装置,它允许连续的变速操作。DC驱动系统在机械上是简单的,但设计的电子电路,监测和控制整个系统,相比于其他软启动系统的选择是昂贵的,但在转矩、负载均分和变速为主要考虑的场合,它又是一个可靠的,节约成本的方式。DC电机一般使用在功率较大的输送装置上,包括需要输送带张力控制的多驱动系统和需要宽变速范围的输送装置上。1.2液力偶合器 流体动力偶合器通常被称为液力偶合器,由三个基本单元组成:充当离心泵的叶轮,推进水压的涡轮和装进两个动力部件的外壳。流体从叶轮到涡轮,在从动轴产生扭矩。由于循环流体产生扭矩和速度,在驱动轴和从动轴之间不需要任何机械连接。这种连接产生的动力决定于液力偶合器的充液量,扭矩正比于输入速度。因在流体偶合中输出速度小于输入速度,其间的差值称为滑差,一般为1%3%。传递功率可达几千千瓦。固定充液液力偶合器固定充液液力偶合器是在结构较简单和仅具有有限的弯曲部分的输送装置中最常用的软启动装置,其结构相对比较简单,成本又对现在使用的大多数输送机能提供优良的软启动效果。可变充液液力偶合器也称为限矩型液力偶合器。偶合器的叶轮装在AC电机上涡轮装在从动减速器高速轴上,包含操作部件的轴箱安装在驱动基座。偶合器的旋转外溢出口,允许液体不断地从工作腔中流出进入一个分离的辅助腔,油从辅助腔通过一个热交换器泵到控制偶合器充液量的电磁阀为了控制单机传动系统的启动转矩,必须监测AC电机电流,给电磁阀的制提供反馈。可变充液液力偶合器可使用在中大功率输送系统中,功率可达到数千千瓦。这种驱动无论在机械,或在电气上都是很复杂的,其驱动系统成本中等。勺管控制液力偶合器也称为调速型液力偶合器。此种液力偶合器同样由三个标准的液力偶合单元构成,即叶轮、涡轮和一个包含工作环路的外壳。此种液力偶合器需要在工作腔以外设置导管(也称勺管)和导管依靠调节装置改变勺管开度(勺管顶端与旋转外壳间距)人为的改变工作腔的充液量,从而实现对输出转速的调节。这种控提供了合理的平滑加速度,但其计算机控制系统很复杂。勺管控制液力偶合器可以应用在单机或多机驱动系统,功率范围为150kW750kW。13变频控制(VFC) 变频控制也是一种直接驱动方式,它具有非常独特的高性能。VFC装置为感应电机提供变化的频率和电压,产生优良的启动转矩和加速度。VFC设备是一个电力电子控制器,首先把AC整流成DC,然后利用逆变器,再将DC转换频率、AC。VFC驱动采用矢量控制或直接转矩控制(DTC)不同的负载采用不同的运行速度。VFC驱动能根据给定的S曲线启动或停车,实现自动跟踪启动或停曲线。VFC驱动为传送带启动提供了优良的速度和转矩控制,也能为多机驱动系统提供负载均分。VFC控制器可以容易地装在小功率输送机驱动上。过去在中高电压使用时,VFC设备的结构由于受电力半导体器件的电压额定值限制而变得很复杂,中高电压的变速传动常常使用低压逆变器,然后在输出端使用升压变压器,或使用多个低压逆变器串联来解决。与简单的器件串联连接的两电平逆变器系统比较,由于串联器件之间容易均压以及输出端可以有更好的谐波特性,三电平电压型PWM逆变器系统在数兆瓦工业传动中近年来获得了越来越多的应用。由三台750kW/2.3kV的这种逆变器构成的VF系统已经成功安装在成庄煤矿长2.7km的带式输送机驱动系统中。2使用IGBT的中性点箝位三电平逆变器 由于串联器件电压均分容易,器件每次开关的dv/dt低以及输出端出色的谐波品质,三电平电压型逆变器在大功率传动应用中变得越来越流行。高压IGBT(HV-IGBT)的出现使得应用三电平中性点箝位原理的中高压逆变器设计了更大的应用范围。这种逆变器目前可以实现从2.3kV到4.16kV范围的应用。HV-IGBT模块串联可使用在3.3kV和4.16k设备。2.3kV逆变器每个开关只需要一个HV-IGBT。21主功率逆变电路主功率逆变电路用三电平中点箝位电压型逆变器实现,可以满足中高压交流传动应用的需要。与两电平电压型逆变器相比,三电平中点箝位电压型逆变器提供三个电压级别给输出端,对于同样的输出电流品质,开关频率可降低到原来的1/4,开关器件的电压额定值可减小到原来的1/2,附加到电机上的额外的瞬态电压应力也可能减少到原来的1/2。三电平中点箝位电压型逆变器的开关状态可归纳于表1,U,VW分别表示三相,P,N和O是直流母线上的三个点。例如,当开关S1U和S2U合时,U相处于状态P(正母线电压),反之,当开关S3U和S4U闭合时,U处于状态N(负母线电压)。在中性点箝位时,该相在O状态,这时根据相电流极性的正负,或者是S2U导通或者是S3U导通。为了保证中性点电压平衡,在O点被注入的平均电流应该是零。2.2输入端变流器为通常使用12脉冲二极管整流器给直流环节电容器充电,在输入端引入的谐波是很小的。若对输入谐波有更高的要求,可以使用24脉冲二极管整流器作为输入变流器。对于需要有再生能力的更高级应用,可以用一个有源输入变流器取代二极管整流器,这时输入整流器与输出逆变器为同一结构。2.3逆变器控制电机控制感应电机的控制可以使用转子磁场定向矢量控制器实,通过PWM调制器完成了恒转矩区和高速弱磁区的控制。指令磁通r是速度的函数,反馈速度和前馈滑差控制信号sl相加。对相加结果的频率信号积分,然产生单位矢量(cose和sine),最后通过矢量旋转器产生电压角控制PWM调制器。PWM调制器该调制器实际上是把空间矢量调制概念扩展到三电平逆变器。其基本原理是三电平PWM调制器使用两个参考波Ur1和Ur2,但只使用一个三角波。它以一种优化方式确定每一次开关时刻。产生的谐波尽可能的小,使用尽可能低的开关频率以最小化开关损耗;可将零序成分加到每一个参考波里以便最大化基波电压。作为一个附加的自由参考波与三角波的相对位置改变,这可以用于直流环节中点的电流平衡。3测试结果三个750kW/2.3kV三电平逆变器在成庄煤矿2.7km长带式输送机驱动系统成功安装之后,对整个变频传动系统(VFC)的性能进行了测试,测试结果显出使用VFC控制系统的带式输送机的优良特性。由测试结果波形看出,曲线1显示受控带速,带速呈S曲线形状,曲线2、3分别表示电流和扭矩,曲线4显示带张力。可以发现,带张力的波动范围很小,所有检测结果显示出带式输送机驱动系统令人满意的特性。4结论近年来输送机驱动控制技术的进步已更为可靠,符合低成本效益和高效驱动的驱动系统为用户提供了选择。在这些选择中,可变频率控制(VFC)的方法显现出在将来长距离输送中带式输送机扮演了重要的角色。使用高压IGBT中点嵌位三电平逆变器本身可以提供电机终端所需的供电中高压,使变频控制的应用更为简单。通过成庄煤矿2.7k长带式输送机中采用的中点嵌位三电平变器变频调速(VFC)控制系统的测试结果表明,采用HV-IGBT的中点嵌位三电平逆变器以及使用转子磁场矢量控制策略的感应电机变频传动,使带送机驱动系统具有非常优秀的性能,显示出良好的应用前景。洛阳理工学院毕业设计(论文)0.9x3m四筒平衡节能球磨机的设计 摘要从目前社会各种粉磨工业行业主要还在使用单筒结构磨机作业,虽然其结构简单、安装方便、检修便利的优点,但在节省能量,高效率粉磨方面还存在着一定的缺陷。武汉工业大学 许林发在发表的多筒球磨机功率的探讨中研究提出单筒式球磨机电耗较高,其主要原因是磨机在运转中研磨体重心偏离回转中心,因此产生了很大回转力矩,为了克服这个力矩需要很大动力【1】便增加了能耗。本次设计的磨机主旨是节能降耗、提高研磨效率。在降低能耗、提高研磨效率方面,主要从筒体结构的改变来入手,将单筒磨机的三分之二部分筒体改为并联四个小筒与单筒串联。通过理论计算及分析得出以下几个结论:节能方面;第一,整体来看大筒变小筒则筒体的直径缩小,在单筒最适宜转速下小筒的转速将增加,相反要使得小筒的转速为最适宜转速则磨机转速必须降低,所以磨机整体功率降低,这样便达到节能降耗的目的。第二,研磨体的偏心距减小,其产生的力矩减小,则磨机克服该力矩所需的功减小。第三,在填充率、磨机规格相同的情况下,四筒磨机比单筒磨机的功率降低了49%,即四筒磨机更加节能。第四,在相同的研磨体装载量的情况下,四筒磨机比单筒磨机的功率降低20%左右。研磨效率方面;第一,单筒改为四筒相同规格下,四筒磨机研磨体对筒体的空间占用率增加,研磨更加充分,则研磨效率便相对提高,第二,四筒磨机在回转的过程中,四个小筒的研磨状态是在倾泻状态下研磨,则研磨效果更佳。关键词:降低能耗,提高粉磨效率,球磨机,四筒,填充率0.9 x3m four cylinder balance design of energy saving ball millABSTRACTSofar,thesocialvariousgrindingindustryresearchmainlystillusessinglecylindermilloperationstructure.Althoughitsadvantagesofsimplestructure,convenientinstallationandmaintenanceconvenience,insavingnergy , highefficiencygrindingways,therearesomeshortcomings.XuLinfainwuhan universitypublishedtechnology in theconeballmillpowertoexploremoretostudy andput forwardthehigherpowerconsumptionofsingletypeballmill.Themainreasonismillgrindingrotarycenterheartweightdeviationintheoperation,soproduceslargetorque,inordertoovercometheforcetorchneedbigpower1. Idesignthemillinreducingenergyconsumptionandimprovingthegrindingefficiencywhichisdifferentfromtheabovemethods,mainlyfromchangesinthestructureofcylinderofthetwo-thirdsofthesinglecylindergrindingmachinepartscylinderrestructuringforparallelfoursmalltubewithsingletubeseries,thebigdrumsmallercylindercylinderdiameterbecomessmallerinmonocularoptimumspeedundersmallcylinderspeedwillincrease,incontrasttomakethespeedofthesmalltubeforoptimumspeedissinglecylinderspeedmustbereduced,sothemilloverallpowerislower,thusachievethepurposeofsavingenergyandreducingconsumption,throughthetheoreticalcalculation,thefillingrate,millundertheconditionofsamespecification,fourcylindermillmoreenergy-savingthansingletubemill.Monoculartofourcylinderunderthesamespecification,grindingmediumspaceoccupancyrateincreases,thegrindingmorefully,atthesametimeisthestatusofthefoursmallconegrindinginstatethroughthegrinding,sothegrindingefficiencyaregreatlyimproved.KEY WORDS: Reduce energy consumption, Improve the grinding efficiency,Ball mill,Fill rates 目录前言1第1章 球磨机的原理及总体方案21.1 球磨机的工作原理21.2 磨机的整体方案31.3 磨机的回转部分 3 1.3.1 筒体的结构设计3 1.3.2 磨门与人孔4 1.3.3 磨机整体回转部分筒体的条件选择51.4 磨机的传动部分5 1.4.1 边缘传动5 1.4.2 中心传动61.5 磨机的支承部分6 1.5.1 滑履支承6 1.5.2 主轴承支承7 1.5.3 混合支承71.6 球磨机进料装置的形式8 1.6.1 利用螺旋叶片进料8 1.6.2 利用加料螺旋叶片进料8 1.6.3 截头圆锥漏斗进料81.7 磨机出料装置9第2章 磨机主要参数的计算102.1 四筒磨机研磨体装载量的计算102.2 讨论以小筒体为对象分析四筒磨机最适宜转速10 2.2.1 筒体磨机最佳转速10 2.2.2 四筒磨机的临界转速112.3 讨论以大筒为对象分析计算小筒的参数12 2.3.1 单筒磨机的临界转速12 2.3.2 单筒的理论最适宜转速12 2.3.3 实际 工作转速132.4 四筒磨机的功率计算13 2.4.1 讨论在研磨体装载量相同下四筒与单筒磨机的功率比13 2.4.2 讨论在磨机相同规格下四筒与单筒磨机的功率比15 2.4.3 磨机电动机功率选择16 2.5 四筒磨机的生产能力计算16 2.5.1 四筒磨机的单位小时生产能力17 2.5.2 单筒磨机的单位小时生产能力18第3章 四筒磨机的零件设计193.1 磨头19 3.1.1 中空轴的相关尺寸20 3.1.2 四筒磨机磨头的计算21 3.1.3 四筒磨机磨头的结构223.2 衬板设计23 3.2.1 四筒磨机衬板作用23 3.2.2 四筒磨机衬板材料23 3.2.3 四筒磨机衬板种类24 3.3 隔仓板26 3.3.1 隔仓板的作用及结构 26 3.3.2 隔仓板的类型26第4章 磨机的校核284.1 筒体上所承受的总载荷284.1.2 第二部分力研磨体跟物料随筒体回转产生的力294.2 筒体作用力的分布294.3 四筒磨机筒体的弯曲强度计算31 4.3.1 进出料端主轴承处的支反力31 4.3.2 验算磨机筒体的弯曲强度334.4 磨头(磨尾)与筒体法兰的链接螺栓校核33结论35谢 辞36参考文献37外文资料翻译388前言本次四筒平衡节能磨机的设计课题的研究意义主要有两个方面,第一个方面是目前水泥工业对于能量资源的需求是比较明显的,尤其是电能的消耗。在整个工厂中不光是煤炭资源的需求,在整个生产工艺路线中除了运送物料路线上的设备需要耗电之外,主要的电耗在于粉磨上面,尤其是球磨机这一环节。它是一个电耗无底洞,每天二十四小时运作,所以要对球磨机这块加大人力物力的投入,研究出一款能节约能源降低经济成本而且提高粉磨小率的球磨机,那么在这方面的需求就有着不可言喻,众所周知的迫切,从而可以引出本课题设计的四筒球磨机主要从降低能耗方面进行设计,那么如何相对于目前社会工业中普遍使用的单筒磨机在能耗方面降低的优势做出合理的理论依据呢?事实表明磨机在回转的过程中筒体内部的研磨体和物体随筒壁一起上升下降回转运动,在这个过程中有一个回转力矩,就是筒体中心与研磨体重心之间的距离称之为偏心距,偏心距越大则要克服这个回转力矩便会需要越大的能量,从而导致磨机能耗的增加,所以四筒磨机主要就是为了减小这个偏心距来减小能耗。第二个方面就是单筒磨机除了偏心距大之外就是整个内部有效空间利用率低,四筒磨机的结构刚好将整个大得空间分割成四个较小的空间然后研磨体跟物料再回转的过程中尽可能的占用了越多的空间,四筒磨机较之于单筒磨机多筒磨机能够使细磨仓运行最佳化, 并且筒体结构的改变使得筒体空间体积利用率提高,小筒的转速较之于大筒转速相对减小使得物料充分研磨同时保证生产出高细度水泥提高粉磨效率。 从国内外的研究状况来看,四筒磨机尚在一个萌芽期,并不是普遍推广使用,在前苏联一家水泥厂将一台单筒磨机结构改变为四筒,运作试验发现电耗较之于单筒降低了将近一半。在国内也处于研究状态,合肥水泥设计院也对多筒磨机进行了试验得出了同样的结论,所以四筒磨机有一定的发展空间和潜力。 第1章 球磨机的原理及总体方案确定1.1 球磨机的工作原理球磨机的主要工作部分是一个回转筒体,装在两个轴承上水平放置,用隔仓板把筒体分成几个仓而各仓内用一定量及规格的研磨体填充,研磨体主要有钢球、钢段、钢棒、卵石、砾石等。在筒体内壁装有衬板其作用是为了防止筒体被磨损。磨机转动时,研磨体在离心力跟与衬板面产生的摩擦力的作用下,在筒体固定的衬板面上粘连,随筒体一起转动,而且随它运动到一定的高度,重力作使其自由掉落,掉落时它会像抛物体那样,撞击底部的物料把物料击碎同时在运动的过程中研磨体跟物料之间相互挤压摩擦而碾碎物料。在筒体运转的过程中研磨体跟物料的运动情况就这样上去下来周而复始的不停地运动研磨。物料由进料端缓慢流动到出料端是在进料端不断喂入新物料情况下,进料与出料端物料之间存在着一定的压迫力,并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动而且磨内气流运动也有一定的使物料横向流动流动的力,从而完成作业。杨树森译自苏联水泥,文章中指出目前在水泥工业中应 用的管磨机是不经济的, 磨制一吨水泥需耗30 一35 度电能。电耗大的主要原因是, 物料和研磨体偏心地分布在磨机中, 使磨机运转时产生很大的阻力矩, 因此就必须用相当的能量克服之。查阅相关资料苏联奥尔格水泥工业设计院, 研制了一种均衡式多筒球磨机, 经过试验得到了满意的结果。多筒式球磨机多个筒体组成: 一个中心筒体, 用于粗碎物料, 三个(或四个) 均衡用的筒体, 起着继续破碎作用; 还有六个( 或八个) 筒体成对地分布在外围, 用来最后细磨水泥【2】。最终实验结果表明,其一相比较同规格同条件下的传统单筒磨机其耗电量降低了将近一倍,其二粉磨效率提高30%。我国国家建材局合肥水泥研究设计院也做了相似的实验并且也进行了工业性试验也得出相同的结论。那么结构的改变从理论来讲磨机在运转中研磨体重心偏离回转中心产生了很大回转力矩,为了克服这个力炬需要很大动力从而增加了电耗,同时多筒在单筒的基础上增加了研磨体的填充率,在单筒的转速下多筒的转速增大从而也提高了其粉磨效率。1.2磨机的整体方案首先磨机它分为以下几大部分,传动部分、支承部分、回转部分、进料部分、出料部分 图1-1球磨机总装图 图1-2 球磨机总装图 1进料部分 2主轴承支承 3回转部分 4尾部出料部分 5中心传动部分1.3 磨机的回转部分1.3.1 筒体的结构设计 本次筒体设计成“分段式” 结构,结构分三个部分,第一部分位置在进料端为一个单筒,主要对大颗粒物料进行粉磨,这一部分占总体长度的三分之一,第二部分为四个并联的小筒组成,该部分为设计的主要部分其长度占总长的接近三分之二,第三部分为汇料仓,主要使四个小筒的物料汇集到一起最终将物料排出。 筒体每一部分之间采用法兰联接结构,筒体与端盖的链接方式选用的是内接法兰联接,这样的联接是大中型磨体广泛采用的结构他的特点是原材料的利用率相当高,结构设计比较合理。 图1-3 磨机回转体部分 计算得大筒半径与小筒半径的关系式为: (1-1)由于R=450mm,代入上式得 =186.7 从结构来讲小筒需要安装固定在大筒上则需要留出小筒与大筒链接法兰部分尺寸,法兰尺寸定为48mm,另外为了便于安装需要预留水平方向最近的两个小筒之间的距离能使工作人员的手进出,取值为32mm, 图1-4 筒体结构图1.3.2 磨门与人孔 我们知道磨门是便于人孔的封闭而设置的,主要作用就是拆卸安装便利,衔接牢靠。人孔的作用顾名思义就是便于工作人员进出维修 、安装、采样。磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型,本次我使用外盖式结构类型。其衬板与盖用螺栓链接,简单易行,操作方便。1.3.3 整个磨机回转部分筒体的条件选择由于本次设计是小规格试验型磨机我们选用筒体的钢板材料为选择Q235材料,其优点硬度、强度、塑性、韧性均适中耐磨性也不错,而且经济实惠降低生产成本。筒体有的部分需要焊接,所以钢板的厚度=20mm。筒体的最小内径 (1-2) 式中 筒体的最大直径,=900mm; 筒体的最小内径,mm; 衬板厚度,m;取50mm。 筒体的有效长度 (1-3) 式中 筒体的规定长度,L=3000mm; 筒体的有效长度,mm; 端盖衬板的厚度,mm;取50 隔仓板的厚度,mm;取50mm 扬料装置的厚度,mm;取100m。代入公式(1-3) m1.4 磨机的传动部分1.4.1 边缘传动 图1-5 边缘传动边缘传动需要在筒体上安装一个大齿圈,而这个大齿圈直径大制造难度大,同时它会使得磨机整体占用空间大,机械效率相对较差 。1.4.2.中心传动 图1-6 中心传动中心传动通过中空轴带动筒体转动,占用空间小,机械效率较高本次设计采用中心传动。1.5 支承部分1.5.1 滑履支承 图1-7 滑履支撑滑履轴承的磨机是通过固装在磨机筒体上的轮带支承在滑履上运转,滑履轴承与回转筒体间的摩擦是滑动摩擦,即磨机筒体上的滑环在特殊金属层(一般为巴氏合金)表面滑动,以减小阻力。滑履轴承与普通轴承的功用差不多,但其最大缺点是不耐高温,一般75便会失效。1.5.2 主轴承支承 图1-8 主轴承支承 主轴承支承他承受整个磨机的筒体及其他部件的重量,主轴承的结构由轴瓦、轴承底座、轴承盖、润滑和冷却系统组成,轴瓦整体式的比较廉价一般用在受力要求比较低的地方,而轴承是标准件,用在受力要求比较高一点的地方,如果受使用空间或特殊要求限制或是受力或间隙要求非常严格,一般需要专门设计的轴瓦(一般是对开式,极少用整体式)1.5.3 混合支承 图1-9 混合支承混合支承就是滑履支撑和主轴承支承的混合使用,这样的好处是磨机安装的自由度大,磨机长期使用的过程中灵活调节及维修操作,磨机在长期使用的过程中会受到不同程度的磨损,导致磨机运转不正常,从而增加能耗,降低生产率,目前工业中广泛使用这种混合支承。但缺点是制造成本高,对于试验样机来说不经济。那么本次设计支承装置就使用主轴承支承。1.6. 进料装置球磨机常用进料装置形式1.6.1利用螺旋叶片进料物料由进料口进入装料接管内,接管有钢板制成,内装有螺旋叶和隔板,接管用螺钉固定到空心轴径的端部,并随之一起旋转,空心轴径内装有套筒,套筒的里面焊有螺旋叶片.当接管和套筒随磨机旋转时,由进料口进入接管中的物料,在螺旋叶的推动下进入隔板中,并由隔板带起流入套筒中,进入套筒中的物料在螺旋叶片的作用下被推入磨机机体中.在加料溜子和接管之间,装有毛毡密封圈以防止漏料.1.6.2利用加料螺旋进料 该进料装置的结构空心轴径中装有固定的套筒,由单独的传动机构带动螺栓在套筒中转动,物料由加料口加入套筒中,在螺栓的作用下,将物料推入磨体中.该进料装置形式只在一些原有的老式球磨机上还有使用,新型球磨机已不在采用.1.6.3截头圆锥漏斗形式 进料端物料经铸铁加料溜子加入球磨机,溜子支撑在支座上,物料从溜子进入锥形漏斗,漏斗嵌入轴颈内腔.漏斗有较大的中心角,以保证加料充足,进料漏斗的物料能迅速沿轴线向筒体内移动,钢环起磨头衬板的作用,以保护磨头不受物料和研磨体的冲刷磨损.肋板起加强磨头钢度的作用,同时也是环的支架,钢环以螺栓与磨头联结.采用这种结构形式时截头圆锥的倾斜角大于物料的休止角. 图1-10 进料部分 图1-11 螺旋进料装置本次使用螺旋叶片进料方式1.7 出料装置 出料装置跟进料装置有很大得相似之处,出料装置需要一个外罩,其形式大致有三种,中心传动中心卸料,中心传动尾部卸料,边缘传动中心卸料。本次设计使用中心传动尾部卸料方式,在出料端的辅助设备中如果用螺旋运输机,在该设备里会有叫螺旋叶片的零件 图1-12出料装置第2章 主要参数的计算2.1 四筒磨机的研磨体装载量计算 研磨体装载量的计算,它取决于填充率的大小选择研磨体填充系数为=0.3, H=0.00785Di2L (2-3)式中 G磨内研磨体装载量,t Di-磨机有效直径,m L磨机有效长度,m 磨内研磨体填充率, 研磨体容积密度,t/m3,(钢球的容积密度一般为4.564.85t/m3)第一部分筒体内研磨体的装载量,由公式 H1=0.00785Di2L =0.007850.8760.87610.34.56 =8.2410-3 t第二部分四个小筒内研磨体的装载量; H2=0.00785Di2L =0.007850.2760.27620.34.564 =6.510-3 t两部分研磨体装载量总和为G H=1.4710-2 t2.2 讨论以小筒为对象分析四筒磨机最适宜转速2.2.1 四筒磨机的最佳转速所谓理论最适宜转速通俗易懂的讲就是研磨体跟物料随筒体上升到一个相对于筒体底部形成的最大距离,那么这个距离是研磨体跟物料在回转的整个过程中的最大距离我们称之为最大降落高度,使得物料粉碎的效果最佳。如图所示 图2-1 研磨体的运动轨迹要使得研磨体在最大降落高度处的条件为 (2-7)其中 =0,=60,代入得四筒磨机的最佳转速 (rad/s)将R=0.45mm,代入公式得 将角速度转换为转速,有公式 即四筒磨机大筒的最佳转速为3.92rad/s时,小筒中研磨体跟物料获得最佳降落冲击能,从而达到最佳研磨的效果。 但是为了提高研磨效率磨机的转速必须比上面计算的转速低,这样才能达到研磨体跟物料运动形成倾泻的状态。2.2.2 四筒磨机的临界转速 研磨体跟物料随筒体回转,筒体转速越大研磨体和物料随筒体内壁上升的高度越高,当筒体的转速达到一定值时研磨体跟物料在某个高度受力平衡即它本身的重力等于周转运动时产生的离心力,此时的研磨体跟物料的位置称为极限位置。 (2-8)将R=0.45mm,代入公式得 则 2.3 讨论:以大筒为对象分析计算小筒的参数2.3.1 单筒的临界转速N0称为脱离角并且等于零,那么根据单筒临界转速的公式得: (2-9)式中 临界转速,r/min;磨机筒体有效直径, m。代入公式 我们所采用的这个公式是在一定的假设情况下分析得出的优化公式,那么事实上这样计算出来的转速比实际转速小,那是怎么个小法呢且听我慢慢道来,我们假设的前提条件是研磨体之间以及研磨体与筒体内壁之间是不存在相对滑动的,那么实际情况是不可能不存在相对滑动的,所以要达到某个高度筒体的转速必须在理论基础上增加,所以实际筒体转速比理论转速高。2.3.2 大筒的理论最适宜转速n同样也会有个脱离角的值等于5444,根据公式 cos,得 (2-10)代入公式 我们可以根据他们的比值计算出转速比 (2-11)2.3.3 实际工作转速磨机的实际工作转速就是再次去掉假设模型,根据实际试验以及经验和各种资料总结的一套经验值,我们同样得出一些经验公式,都是根据筒体的直径来做一定的变化,在此本次的磨机的筒体直径为=0.9m,那么他的相对应的经验公式为当1.8m (2-12)式中 筒体的实际工作转速,r/min;筒体的有效内径,m;筒体规格直径,m。代入公式 经过上述讨论发现,根据研究分析在填充率、磨机筒体尺寸、磨机结构等相同条件下分析的对象不同得出的四筒磨机最佳转速不同。为了达到最佳状态,采用以大筒为对象分析计算出得磨机转速,下面我们根据第二种讨论方案计算的磨机转速数据分别来计算磨机的功率及其产量。2.4 四筒磨机的功率计算2.4.1 讨论一:研磨体装载量相同下,四筒磨机与单筒磨机的功率比A 根据转速n计算四筒磨机的功率 磨机的功率主要根据磨机的有效容积磨机的有效内径磨机的最适宜转速和研磨体装载量以及磨机的填充率等数据来计算。其他的影响因素还有很多,但都是一些小得影响在这里就不做讨论,本次设计我们采用下面着个公式来计算磨机的功率。 (2-13)式中 W-磨机的功率;kw H-球磨机筒体内研磨体的总重量;N R-筒体有效半径 ;m n-磨机转速;r/min -球磨机的机械效率;(中心传动=0.92-0.94,边缘传动,=0.86-0.90)代入数据计算 由公式 =2.8710-3 kw 则,总功率为 8.3510-3 kw B 根据转速n来计算单筒磨机的功率由上述功率公式 在研磨体装载量相同的条件下四筒磨机与单筒磨机的功率之比为W即 从比值来看在同规格筒填充率等得条件下:四筒磨机比单筒磨机功率降低了22%左右,换言之四筒磨机比单筒磨机能量消耗降低了22%左右。2.4.2 讨论在相同规格下,四筒磨机与单筒磨机的功率比A 根据转速n计算四筒磨机的功率 =2.8710-3 kw则,总功率为 8.3510-3 kw B 根据转速n来计算同规格单筒磨机的功率 同规格下单筒磨机筒体内研磨体的装载量,由公式 H=0.00785Di2L =0.007850.8760.87630.34.56 =2.4710-2 t由上述功率公式 在相同规格及其他条件下四筒磨机与单筒磨机的功率之比为W即 从比值来看在同规格筒填充率等得条件下:四筒磨机比单筒磨机功率降低了49%,换言之四筒磨机比单筒磨机能量消耗降低了将近一半。2.4.3 磨机电动机功率计算=1.251.00.00835=1.0810-2 kW (2-14)式中 与磨机结构、传动效率有关的系数,见表2-1;电动机储备系数,在1.01.1间选取。表2-1 与磨机结构、传动效率有关的系数磨机形式干法磨中卸磨边缘传动1.31.4中心传动1.251.352.5 四筒球磨机的生产能力的计算球磨机的生产能力的计算方法有很多种,目前还没有统一的一套理论公式来计算其生产能力,就现在的一些公式都是根据跟磨机有关的相关性能及参数得到的经验公式,那么影响磨机生产能力的因素大体又研磨体的填充率物料的颗粒粒度钢球的级配等。我们选择的经验公式为: (2-15)式中 Q-球磨机的生产能力,t/h V-球磨机筒体的有效容积,m3 K-球磨机单位功率单位时间的产量,t/(kw.h);(普通开流系统的干法水泥的K值一般取0.029-0.031) D-球磨机筒体的有效内径,m2.5.1 四筒球磨机的单位小时生产能力 第一部分大筒的计算代入数据计算得: 第二部分四个小筒的计算 代入数据计算得: 四筒磨机的单位小时的生产力为Q 2.5.2 单筒磨机的单位小时生产力的计算 通过上述两种研磨体装载量相等的情况下得出的单位小时生产能力,四筒磨机生产能力高于单筒。相反在相同规格下单筒磨机的生产能力 可以看出单筒磨机的单位小时生产能力大于四筒磨机。这是因为相同规格下单筒磨机的研磨体装载量大于四筒磨机的研磨体装载量。17洛阳理工学院毕业设计(论文)第3章 四筒磨机的零件设计3.1 磨头 磨头是一个总称,它从作用上分为筒体端盖、中空轴两部分,从整体来看他是一个两个作用合成的一个整体,从端盖的作用来讲,他是链接和固定筒体的结构通过螺栓将筒体上的法兰跟磨头链接,另外起到密封的作用将物料通过进料装置将物料送进磨头汇流到筒体,从中空轴的作用来讲,本次设计支撑装置是主轴承支承,支承的位置在中空轴上,磨机在运转时中空轴上会产生应力集中现象,所以在结构制造上应当有去除应力的工艺,由于磨头部分是磨机寿命最短的部位,所以需要用简单、易换、好安装、另外某些部位需要精加工降低表面粗糙度,的结构,大多磨头的结构制造都采用浇铸式,浇铸式磨头有一些隐患就是工艺处理的过程中会在某些部位产生应力集中,如果没能及时消除这些应力,磨机在工作时间久了会产生不必要的安全隐患,还有的磨头结构采用焊接的方式将中空轴与端盖之间进行焊接,工艺简单,操作方便,比如端盖部分不需要加工精度直接浇铸,中空轴部分工艺比较多,也有精加工的部位,所以分开制造操作起来容易,本次设计就采用了焊接式的磨头结构。由于是小规格试验磨机所以不需要加强筋的结构, 图3-1 磨头3.1.1 中空轴的结构和相关尺寸 已知 D = 900mm ,则mm ,取 = 750 mm 。 磨头轴颈宽。由磨头支承装置部位的支承力和他的许用压力分析得出mm (3-1) 图3-2 中空轴的结构及相关尺寸的距离的设计保证了轴颈间隙,由于磨机在长时间的运作过程中会有一定的磨损,磨损之后就会使轴的同轴度变大,从而导致不同轴产生振动,此时为了避免这个问题的出现将轴颈处进行预留间隙,让轴可以细微活。取=345mm,mm,刚开始计算我们先假定中空轴内径=925mm= +34cm, 中空轴的轴肩直径,取= 1130 mm 。r =(0.050.10),r 轴根圆角半径,取 r = 100mm 。3.1.2 磨头的计算 如图所示支承装置处那个支座反力N,四筒球磨机的转速n=33.94r/min,传动需用功率,中空轴中心与筒体水平界面处的长度为mm.筒体材料跟端盖材料Q235,钢板厚度为1640mm,=0.28。磨头与筒体链接端处的最大尺寸D=985mm,端盖法兰直径d=1020mm,磨头与筒体链接端处板宽度L=40mm。3.1.4四筒球磨机中空轴的结构设计 磨头支承装置处的弯曲应力= (3-5)代入公式=24.6MPa 式中:K应力集中系数,可查表3-1。 表3-1 应力集中系数r/ d10.3 0.2 0.1 0.05 K 1.5 2.0 2.25 3.0 取K=2.25验算磨头支承装置处的弯曲强度 = /n (3-6)式中: 磨头支承装置处的许用弯曲应力,Pa; 磨头支承装置处中空轴材料的疲劳极限, Pa; n 安全系数,一般取5-8。取n=8。代入公式(3-6) ,故材料足够. 图3-4 压条衬板 3.3 隔仓板3.3.1隔仓板的作用及结构隔仓板就是在每一部分处有一个圆盘式的零件其结构如图所示,它的作用有这样几个面,第一,用来将物料从一部分运送到另一部分,期间会将一定大得颗粒阻挡住,即起到流通与筛选的作用。第二,筒体内部除了物料还有研磨体,研磨体有一定的规格,那么它只能在某一个特定的舱室内,不能随一定细度的物料溜走,所以隔仓板起到分离物料与研磨体。第三,磨机筒体内部的物料需要经过长久的慢慢研磨才能达到一定的细度要求,如果流动速度过快就不能达到要求,那么隔仓板的结构排列会对物料进行一定的阻挡从而控制了物料的流动速度。即隔仓板有控制物料流动速度的作用。 图3-5 单层隔仓板3.3.2隔仓板的类型第一种,单层隔仓板,单层隔仓板它有篦板中心孔板,制作时主要考虑到它从人孔进出的尺寸进出 ,这一点很重要,本次设计主要用到五个隔仓板,第一个是大筒体部分的隔仓板,其他四个是用在四个小筒上的隔仓板。第二种,双层隔仓板,双层隔仓板又分为过渡式双层隔仓板、提升式双层隔仓板、选粉式隔仓板、筛粉式隔仓板,与单层隔仓板的区别就在于双层隔仓板多了一部分提升物料装置,筒体在选装的过程当中,物料经过提升板将物料从底部提升到高处然后在倾斜的角度面上溜走,最后将物料送到下一个部分舱室,本次设计没有采用双层隔仓板,因为磨机规格以及结构的问题,将提升物料的部分单独设计,分为一个零件安装,这样方便拆卸运送物料更加高效。 本次设计使用了单层隔仓板,他的结构如图所示3.4 篦板篦板的形式有好多种形式,我们在实际使用的过程中发现扇形的形式使用起来比较方便,安装误差小。篦板的排版样子可谓是千差万别,按照缝隙的排列角度有同心圆式、多边形式、放射形状的、斜线形的、八字形的等等,本次设计采用同心圆式排列。 图3-6 篦板的局部形状图对于同心圆排列篦孔是平行的跟什么平行的就是跟研磨体的运动状态相一致。虽然隔仓板是有阻碍物料流通速度的作用但阻力大小也是对粉磨产量能力有一定的正相关的影响,对于同心圆篦孔他对物料的阻力小,而且量也多。对于篦板的主要要求就是不能让物料大量返回的情况,一般他的结构形状是沿着物料流动方向成喇叭形状,开口大的一面指向物料流动方向。 第4章 磨机校核4.1 筒体上所承受的总载荷Q磨机转动过程中在其上所承受的总载荷Q根据受力分析得到两部分力作用,第一部分力是筒体内部装有的研磨体跟物料在随着筒体回转时产生的力K,第二部分力是磨机筒体的总重力G。4.1.1 第一部分力是磨机筒体的总重力G (4-1)式中 筒体的总重力,N;第一部分筒体的重力,N;第二部分小筒体的重力,N;磨头的重力,N;磨尾的重力,N;磨机隔仓板的重力,N; 磨机衬板的重力,N;由公式 (4-2)代入公式(4-1) 4.1.2 第二部分力是筒体内部装有的研磨体跟物料随着筒体回转时产生的力K K=1.02H (4-3)式中 H研磨体的装载量,N.代入公式(4-3) K=1.021.4710-2=1.4910-2N粉磨物料的重力粉磨时研磨体和物料是混合在一起的,这部分物料重量约为研磨体重量的14%。即:=1.14G (4-4)式中 粉磨物料的重力,N.代入公式(4-4 =1.141.4710-2=6.3910-3 N综上计算筒体内部装有的研磨体跟物料在随着筒体回转时产生的力K跟筒体的总重力之和为 Q=GI+1.14K (4-5)代入公式(4-5) Q=4.56104+1.141.4710-2=4.3610-2 N4.2 筒体作用力的分布计算作用在筒体上的弯矩时,筒体上的作用力分布如图所示。 (4-6)式中 单位长度上受力,; L筒体长度,. =N/m 筒体运动使得研磨体产生的运动力1.14P同样沿筒体长度L均匀分布.第一部分筒体跟第二部分筒体内的研磨体装载量不同,导致作用于筒体上的力也不一样,此时应该分开计算。第一部分单位长度上受的力为: (4-7)式中 第一部分筒体的单位长度上受的力, L1第一部分筒体的长度,m第二部分筒体单位长度上受力 式中 第二部分筒体单位长度上受的力,;第二部分筒体的长度,. 磨头重力G3和磨尾重力G4作为集中载荷,磨尾的重力作用点在磨尾与筒体法兰接触面到主轴承支承中心的距离L4 的1/3处,同样磨头的重力作用点也在在磨头与筒体法兰接触面到主轴承支承中心的距离L4 的1/3处 图4-1 作用在筒体上的受力分析图4.3 筒体弯曲强度4.3.1进料端主轴承处的支反力 (4-8)出料端主轴承处的支反力 (4-9) 磨机筒体所受最大弯矩 (4-10) 令,求的 代入上式得 筒体所受扭矩 (4-11) 筒体所受当量弯矩M (4-12) 四筒磨机筒体所受抗弯断面模数W (4-13) 四筒磨机所受弯曲应力 (4-14) 四筒磨机筒体许用弯曲应力 其中 n-安全系数,取n=6 -Q235材料的抗拉强度极限,其值为 - Q235材料的屈服极限,其值为 4.3.2 验算四筒球磨机的弯曲强度 (4-15)经过大量的计算,最终验算得四筒球磨机的弯曲强度满足许用弯曲强度要求。 4.4 磨头及磨尾与筒体法兰的链接螺栓校核螺栓的剪切力主要是磨机中心轴传递的回转力和磨机本身重力及研磨体和物料随筒体产生的力的合力形成的,螺栓的剪切力的确定及校核是磨机整体在长期运作的过程中保证他的安全平稳。剪切力 (4-16) 剪切力 (4-17) 螺栓所受的剪切合力Q Q= + = (4-18) 螺栓数量的确定 根据剪切力计算螺栓的剪切应力 (4-19) 式中 m-螺栓的数目, D-螺栓剪切面的直径,m -许用剪切应力,一般动载荷时 代入计算得 本次设计由于磨头磨尾与筒体结合处的螺栓还受挤压力跟拉力的影响,所以取螺栓数目为18个,小筒与大筒结合处取螺栓8个。 36 结论水泥行业是一个对产品需求量大的一个行业,有些行业基本都离不开这个行业的存在,但为水泥行业又是一个个对环境污染较大得行业,我国的雾霾比较严重,政府为了治霾出台政策将河北好多不合格的水泥厂进行报废,可见水泥厂对空气污染的严重性,从另一个方面来讲水泥行业又是一个高能耗的行业,磨机一旦开动就是昼夜不停地运作,时刻都在消耗着煤炭资源和电能,而且对电能的消耗跟高。本次课程设计就是从节省能源提高粉磨效率来就行的设计,理论的进行了对目前普遍使用的单筒磨机的比较,得出了令人可喜的结论,就是在同规格的条件下,四筒磨机在功率消耗上比单筒磨机降低了百分之三十,相同的研磨体装载量的条件下得出四筒磨机的单位小时产量比单筒磨机高很多。以上这些结论是理论数据的必然结果,如果将四筒磨机的结构设计的更加节约空间那么得出的结论更加可观。另外也进行了对不同的经验公式使用,在磨机的转速上分别以单筒跟四筒为分析对象,进行了公式计算讨论,得出在这样的规格下磨机的转速值大致相同。 致谢 首先要感谢指导老师刘建寿老师多次不厌其烦的耐心指导,从刚开始的问题百出到后来一个一个的基本解决,这个过称非常之苦恼,但最后的结果感觉自己巩固了好多知识,从中也学到了新的知识。另外也要感谢我的同学的帮助,相信在设计的过称中每个同学都会遇到相同的操作苦恼比如CAD绘图、Proe三维绘图,我们在相互交流经验的过程中使得自己节约了很多时间少走了很多弯路。这次设计是非常贴近我的专业方向,在以后的工作中相信会事半功倍、得心应手。 参考文献1胜永斌.摘译自苏联水泥1 9 8 3年第9 期2杨树森.译自苏联水泥1976年第3期3许林发.多筒球磨机功率计算探讨.矿山机械,1986.114许林发.多筒球磨机工转速的研究.矿山机械,1986.115马玉民.节能增产多筒球磨机.矿山机械,187.66胜永斌.译自苏联水泥 1 9 8 2 年第6 期6一9 页7欧树坚.编译自苏联水泥1 9 8 7 年第6 期8李文亮.国外大型球磨机发展现状.矿山机械,2007.19张海涛 张仁博.关于影响球磨机磨矿效果因素的研究. 北方重工集团有限公司矿山机械分公司 10刘建寿 赵红霞.水泥生产粉碎过程设备.武汉理工大学出版社,2012.7 11吴宗义. 机械零件设计手册. 机械工业出版社, 2004.1.1 12王继杰.球磨机的研究进展及实用技术综述.中国粉体工程,2006.0813陈剑锋.肖飞凤.球磨机的发展方向综述.中国矿业,200
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