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Parrondo悖論表明（1）（2），交替進(jìn)行的2個輸?shù)牟┺挠螒驎罱K導(dǎo)致贏。但這個令人驚奇的結(jié)果只是用來解答簡單的博弈架構(gòu)。而對于棘齒勢（3），特別是脈沖式棘齒勢（4）（5）能夠維持一個粒子在兩個外在勢能下交替運動，且其中任何一個都無法產(chǎn)生純粹的運動。盡管這種現(xiàn)象和Parrondo悖論有性質(zhì)上的矛盾，但二者之間的關(guān)系一直很“融洽”（事實上，這促成了我們對于博弈游戲的啟發(fā)），而最近在致力于推導(dǎo)出兩者之間的關(guān)系（6）（7）。
在這里，我們重新列出了主方程，利用脈沖棘齒勢中Fokker–Planck方程來清晰地描述它們的關(guān)系。這樣，我們就能夠按照博弈游戲中的概率定義給出動力學(xué)表達(dá)式以及電學(xué)表達(dá)式，同樣，給出棘齒勢，我們就能對應(yīng)博弈游戲來構(gòu)建出它的勢能。
Parrondo悖論中，參與者投擲不同的硬幣出現(xiàn)正（反）面則贏（輸）得一單位的資金，盡管提出了許多可能性(8)(9)(10)（11）（12）（13）（14），這里我們只考慮最原始的那種贏的可能性。定義為資金的實際價值，i為系數(shù)，來給出完全指定的集合或概率。則對于任意Pk都是一個公平的博弈，輸贏都相等，有:
。
這個悖論表明了交替進(jìn)行（隨機(jī)或者周期）兩個公平的博弈游戲可以產(chǎn)生贏的結(jié)果。舉例來說，定義交替的博弈游戲A為定義游戲B為且p0=1/10,p1=p2=3/4,這樣產(chǎn)生了贏的結(jié)果，盡管游戲A和游戲B都是公平的游戲。
定義一個離散次數(shù)τ，則每投擲一次硬幣τ增加1。如果我們定義Pi為次數(shù)τ下i所對應(yīng)的資產(chǎn)的概率，能夠得到下列方程：
（1）
這里指當(dāng)資產(chǎn)為時贏的概率，指當(dāng)資產(chǎn)為時輸?shù)母怕剩⑶覟榱送暾?，我們已?jīng)介紹了為資產(chǎn)i不變時的概率（一個基本沒有考慮Parrondo悖論的博弈游戲）。這里注意，之前按照規(guī)則的描述，我們已經(jīng)設(shè)定了概率{，，}并不取決于次數(shù)，很明顯這滿足：++=1 。 （2）
確保這個概率為：
。
這樣可以連續(xù)寫出主方程：
， （3）
當(dāng)前給出
=， （4）
且： ， （5）
這是與Fokker–Plank離散方程(15)中一個電流的概率P(x, t)一致的形式
（6）
以及電流
（7）
這里有一般的趨勢，及其映射。如果和分別是時間和空間的離散變量，那么有，,可以清晰的得到
， . （8）
這里離散和連續(xù)的概率與有關(guān)，并且考慮到連續(xù)極限有極值，在這種情況下且。
現(xiàn)在，我們考慮了的情況，因于是有：
， （9）
并且電流只不過是到1的概率變化。
因恒定電流，我們發(fā)現(xiàn)從（4）導(dǎo)出的固定的能夠解決邊界情況下的循環(huán)關(guān)系：
（10）
則電流
（11）
是從得到的歸一化常數(shù)，這些表達(dá)式中我們介紹了勢能按照博弈游戲形式的概率
(12)
零電流的情況下,暗示了周期的勢能。這種情況再次出現(xiàn)在這樣公平的博弈中，那么得出指數(shù)函數(shù)注意方程（12）分為極限到或,即為推力和移動系數(shù)之間的一個通常的關(guān)系。
按照勢能，獲取博弈概率的逆運算需要解出方程（12）在（17）這種極限情況：
(13)
通過已給的概率集合，利用（12）這些結(jié)果可以得到隨機(jī)概率（和電流），利用（12）；以及逆運算：獲得了隨機(jī)的勢能下博弈游戲的概率，利用（13）。注意交替進(jìn)行的博弈結(jié)果，γ表示時游戲A的概率，以及
圖1：左邊：因公平的博弈B，從12中可以定義在時的勢能。右邊：在時博弈B的勢能，結(jié)果來自于隨機(jī)變化的博弈B和一個博弈A在概率的情況，。
通過，定義一個博弈B的集合對應(yīng)了一個概率集合，又因變量，得到這種關(guān)系：
（14）
并且相關(guān)概率服從（12）。
我們給出了兩個應(yīng)用了上述形式的例子，在第一個中我們計算了公平的博弈和贏的博弈的隨機(jī)概率，概率時博弈B和博弈A的隨機(jī)結(jié)合是不變的概率，而悖論（1）最基本的解釋中，產(chǎn)生了圖1的結(jié)果，這里注意組合博弈的勢能是如何顯示區(qū)域中那種大幅增加的不對稱性。
圖2：左邊：在時的棘齒勢。那些零星的離散值適用于博弈B的定義。右邊：從概率的博弈A和博弈B得到了組合博弈的勢能離散值,其中的線是在條件下的預(yù)估。
第2個應(yīng)用即為輸入勢能
（15）已被廣泛應(yīng)用于棘齒原型。設(shè)，，將時的概率離散化，利用（13）我們可以得到一個概率集合。因勢能是周期性的，則博弈的B的結(jié)果取決于這些概率是公平的且當(dāng)前為零。博弈A也同樣取決于，。我們繪制了圖2博弈和博弈的勢能，時博弈A和博弈B的隨機(jī)組合，再次注意，與贏的博弈B一樣，已經(jīng)傾斜了。如圖3所示電流基于交替進(jìn)行的博弈A和B。
圖3：方程（11）得出的電流，作為交替進(jìn)行的博弈A和B的概率函數(shù)。博弈B被定義為在時離散化的棘齒勢，對應(yīng)最大值
綜上所述，我們已經(jīng)利用Fokker–Planck方程寫出了主方程來描述過阻尼狀態(tài)的布朗粒子所體現(xiàn)的離散一致性。這樣我們能夠把博弈概率與動力學(xué)勢能關(guān)聯(lián)起來，我們的方法產(chǎn)生了一個公平博弈對應(yīng)的周期性勢能和贏的游戲?qū)?yīng)的傾斜的勢能。生成的表達(dá)式在極限時用來獲取脈沖棘齒勢的有效勢能以及由此產(chǎn)生的電流。
開題報告
一． 工作內(nèi)容
本設(shè)計結(jié)合磁性材料的濕法生產(chǎn)工藝，給出臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的設(shè)計方案，并按照生產(chǎn)工藝的要求，計算出螺旋卸料沉降離心機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要力能參數(shù)，主零部件的受力分析和強(qiáng)度計算，以及壓力機(jī)的安裝維護(hù)和潤滑。并繪制相應(yīng)的圖紙
二． 磁性材料
磁性材料作為一種重要的功能材料，廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，在現(xiàn)今國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中扮演著一個重要的角色。隨著社會步伐的不斷涌進(jìn)，中國磁性材料又面臨一次發(fā)展良機(jī)。
磁性材料作為電子行業(yè)的基礎(chǔ)功能材料，永磁材料作為磁性材料的重要組成部分，在電子工業(yè),電子信息產(chǎn)業(yè)、轎車工業(yè)、摩托車行業(yè)發(fā)揮著重要的作用，同時它還廣泛用于醫(yī)療、礦山冶金、工業(yè)自動化控制、石油能源及民用工業(yè)。永磁材料有永磁以及一切鐵氧體瓷瓦、磁塊、磁環(huán)、磁粉等，廣泛用于各種微電機(jī)、揚聲器、自動化裝置、醫(yī)療機(jī)械、磁選設(shè)備以及一切需要恒定磁源的地方，用永磁代替電磁結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、節(jié)約能源、維護(hù)方便。還有方形、圓形、圓柱、片狀、條形、扇形、瓦形、環(huán)形等多種形狀的永磁材料，可廣泛用于耳機(jī)、聽筒、微形發(fā)聲器件、磁性紐扣、磁性門吸、玩具、馬達(dá)、磁療保健、電腦設(shè)備、電子零件等不同領(lǐng)域。另外，采礦業(yè)、航天航空、高保真音響、電機(jī)等也是詞性材料涉獵的對象。由此可見，磁性材料對我們的生活各方面將越來越重要。
臥式螺旋沉降離心機(jī)是用離心沉降原理分離懸浮液的機(jī)器。對固相顆粒在0.005－3mm，固液比重差較大的懸浮液，均可進(jìn)行固液分離和顆粒分級。有并流、逆流和分級各類型。它主要用于完成固液相有密度差的懸浮液的固相脫水，液相澄清，粒度分級，濃縮等工藝過程。在重力場中，在裝有輕、重兩種液體以及固相顆粒的混合液的容器中，由于重力作用，靜置一段時間后，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，比重最大的固體顆粒會下沉到容器最底部，最上面為輕相液體，在二者之間是重相液體。當(dāng)混合液體進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓并隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)起來后，這個分層過程由于離心力場的作用，會比在重力場作用下的過程大幾千倍的速度加快進(jìn)行（分離因數(shù)就是重力加速度的倍數(shù)，一般不大于3000G）。
特性：連續(xù)運行，適應(yīng)性強(qiáng)，自動卸料，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小
三．離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展
離心分離是利用離心力對液一固、液一液一固、液一液等非均相混合物進(jìn)行分離的過程。實現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)。離心機(jī)和其它分離機(jī)械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點。因此，自1836年第一臺工業(yè)用三足式離心機(jī)在德國問世，迄今一百多年以來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機(jī)品種繁多，各有特色，并正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用機(jī)種越來越多。現(xiàn)在，離心機(jī)己廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個領(lǐng)域。例如:濕法采煤中粉煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素的濃縮，三廢治理中的污泥脫水，各種石油化工產(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動物油、米糠油等食品的制造，織品、纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油、燃料油的提純等都使用離心機(jī)。離心機(jī)己成為國民經(jīng)濟(jì)各個部門廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械。
離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來的。例如:18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后，隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，1836年出現(xiàn)了棉布脫水機(jī)。1877年為適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當(dāng)作燃料油使用，50年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離機(jī)，到60年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護(hù)、三廢治理發(fā)展的需要，對于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高，因此促使臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)有了進(jìn)一步的發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。
離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種機(jī)器應(yīng)用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實踐是個長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識，主要還是用來說明試驗的結(jié)果，而在預(yù)測機(jī)器的性能、選型以及設(shè)計計算，往往仍要憑借經(jīng)驗或試驗。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固一液分離技術(shù)越來越受到重視，離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉(zhuǎn)。
二、離心機(jī)的分類
離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程一離心過濾和離心沉降。而與其相應(yīng)的機(jī)種可區(qū)分為過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)。
三、螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)，現(xiàn)該離心機(jī)己廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長期運轉(zhuǎn)。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，螺旋卸料沉降式離心機(jī)有著廣闊的市場。例如:城市的建設(shè)得到了迅速發(fā)展，城市的規(guī)模擴(kuò)大，人口增加，水環(huán)境污染成了一大難題。據(jù)專家統(tǒng)計，我國城市污水排放量年增加為3億立方米左右，加快城市污水廠的建設(shè)步伐勢在必行。城市污水處理廠的污泥脫水設(shè)備應(yīng)用比較廣泛的是帶式壓濾機(jī)和螺旋卸料沉降式離心機(jī)。但是，由于螺旋卸料沉降式離心機(jī)的技術(shù)明顯優(yōu)于帶式壓濾機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)將逐步取代帶式壓濾機(jī)。
1954年國際上出現(xiàn)了真正具有現(xiàn)代實用價值的第一臺螺旋卸料沉降式離心機(jī)。根據(jù)不同的分離物料，設(shè)計者根據(jù)物料特點進(jìn)行專門的設(shè)計?，F(xiàn)就不同的應(yīng)用領(lǐng)域，己有相應(yīng)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)出現(xiàn)，在國際上，該技術(shù)己相當(dāng)成熟。處理氣一液一固三相混合物的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、處理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、粒子分級用螺旋卸料沉降式離心機(jī)、逆流洗滌螺旋卸料沉降式離心機(jī)、并流式螺旋卸料沉降式離心機(jī)、污泥脫水用螺旋卸料沉降式離心機(jī)。在國際上的發(fā)達(dá)國家，污泥用的螺旋卸料沉降式離心機(jī)已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。近幾年還在其結(jié)構(gòu)上根據(jù)應(yīng)用的實踐進(jìn)行了許多改進(jìn)，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的專利。例如最近推出了一種叫，“nxono”的螺旋卸料沉降式離心機(jī)，它的適應(yīng)性非常強(qiáng)，能處理多種不同尺寸和形狀大小的材料，操作方便，用計算機(jī)控制。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的NX型螺旋卸料沉降式離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號，還可以根據(jù)新的材料要求，設(shè)計新的螺旋卸料沉降式離心機(jī)。它的動平衡和靜平衡處理非常好，能在負(fù)載下高速運轉(zhuǎn)，其輸入和輸出口的設(shè)計有效地防止物料阻塞。該螺旋卸料沉降式離心機(jī)與固體物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨損，旋轉(zhuǎn)部位用不銹鋼材料，使整個運轉(zhuǎn)過程處在一個封閉的系統(tǒng)里，其自動裝置充分保障了工作安全。該臥螺離心機(jī)能有效分離纖維、粒子等，其處理顆粒的尺寸范圍可從1微米到5毫米，而且處理量大，能達(dá)到每小時50000加侖流量。瑞典阿爾法在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究和制造設(shè)計己經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，從螺旋卸料沉降式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、使用材料、防腐措施、應(yīng)用范圍、自動控制和密封裝置研究的都很透徹。因此，它的機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于世界各地的各個領(lǐng)域。國外較著名的離心機(jī)生產(chǎn)商有德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUINARD公司、瑞典ALAF公司等。
我國在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究方面也取得了相當(dāng)不錯的進(jìn)展。80年代，我國開始重視螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展，一些科研工作者開始研究國外螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展動態(tài)，機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所翻譯了大量英文和俄文資料，為我國臥式螺旋沉降離心機(jī)的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。我國在九十年代己能自己研制生產(chǎn)螺旋卸料沉降式離心機(jī)，國家在1979年便在工廠進(jìn)行螺旋卸料沉降式離心機(jī)的生產(chǎn)，成功的生產(chǎn)出WL200，WL1000，LWB500，LWG500等型號的產(chǎn)品。
重慶江北機(jī)械廠是國家最早投入螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)廠家之一，為我國第一批螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)作出了較大貢獻(xiàn)，為我國離心機(jī)理論提供了不少數(shù)據(jù)和實驗?，F(xiàn)在該廠引進(jìn)法國堅納公司技術(shù)，并嚴(yán)格按法國堅納公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國際水準(zhǔn)的新產(chǎn)品D(LW)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品性能卓越具有完善的工作特點和傳動裝置，它的差速器可實現(xiàn)無級變速，它是與計算機(jī)完美結(jié)合的典型，在計算機(jī)的屏幕上，我們可看到其主要參數(shù)，其自動裝置和密封系統(tǒng)也比較先進(jìn)。
金華鐵路機(jī)械廠通過二十多年的研制生產(chǎn)，也擁有比較雄厚的技術(shù)力量，該廠設(shè)計制造的螺旋卸料沉降式離心機(jī)是在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)分離機(jī)械的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國石油、地質(zhì)勘探的需要而研制開發(fā)的系列產(chǎn)品，近來己推出最新機(jī)型有LW355x1460，LW400x860，LW500x1250，LWG500—1250。它們的主要特點是能去除泥漿中的有害粗顆粒，調(diào)整泥漿比重，降低粘度，其中LW500xl250，LW500xl250的最大處理量能達(dá)到50立方米。
1958年成立的上海離心機(jī)研究所，近些年來通過與國際著名離心機(jī)制造公司的密切合作，己生產(chǎn)出大長徑比的螺旋卸料沉降式離心機(jī)系列產(chǎn)品，使轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)域物料分離時間延長，從而顯著提高固液分離效果，并在此基礎(chǔ)上成功的研制了國內(nèi)第一套污泥脫水成套設(shè)備和首輛污泥脫水成套設(shè)備工程車;一些高等院校也在這些方面做了不少工作。
四．方案計劃
第1，2周 知識準(zhǔn)備，文獻(xiàn)檢索， 英文翻譯
第 3 周 實習(xí)，撰寫總論
第 4 周 撰寫開題報告，總體方案思路設(shè)計
第 5 周 結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)參數(shù)計算
第 6 周 力能參數(shù)計算
第7，8周 主要零部件受力分析與強(qiáng)度計算
第9-14周 CAD及手工繪制圖紙
第 15 周 整理撰寫說明書
第 16 周 修改，打印
第 17 周 準(zhǔn)備答辯
五．文獻(xiàn)綜述
1 黃剛. 全球磁性材料開發(fā)生產(chǎn)的現(xiàn)狀與發(fā)展. 電子質(zhì)量, 1995, 第3期, 5～10
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3 常映輝. 臥式螺旋沉降離心機(jī)理論計算與分析. 西安建筑科技大學(xué)碩士論文.2006年
4 顧威. 臥式螺旋沉降離心機(jī)的螺旋強(qiáng)度和振動分析. 北京化工大學(xué)碩士論文. 2002年
5 馬澤民,張劍鳴. 國外壓榨式臥螺沉降離心機(jī)的發(fā)展概. 過濾與分離，1995，第3期, 30～35
6 孫啟才,金鼎五. 離心機(jī)原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計計算. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1987年3月
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8 成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊第四版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002年1月
9 蔡濤. 螺旋卸料沉降式離心機(jī)沉渣受力分析及推料功率的計算公式. 化工與通用機(jī)械. 1980，第6期，31～36
10 機(jī)械化運輸設(shè)計手冊編委會. 機(jī)械化運輸設(shè)計手冊. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1997年5月
11 吳宗澤,羅圣國. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊. 北京: 高等教育出版社, 2004年4 月
12 濮良貴,紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計第七版. 北京: 高等教育出版社, 2004年5月
13 東北大學(xué)《機(jī)械零件設(shè)計手冊》編寫組. 機(jī)械零件設(shè)計手冊第三版. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1994年4月
14 鄭州工學(xué)院機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室. 擺線針輪行星傳動. 北京: 科學(xué)出版社, 1979年3月
14 葉能安,余汝生. 動平衡原理與動平衡機(jī). 武漢: 華中工學(xué)院出版社, 1985年12月
16 東北大學(xué)機(jī)械設(shè)計機(jī)械制圖教研室. 機(jī)械零件設(shè)計手冊第一版. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1976年7月
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18 湯惠華,楊德武,汪洋等. 螺旋卸料過濾離心機(jī)的理論研究. 過濾與分離,2004，第4期，12～14
19 顏春敏.臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)沉渣的輸送. 耳過濾與分離，1999，第1期，20～24
20 劉金榮，王天林. 螺旋卸料沉降式離心機(jī)振動性能的試驗研究. 石油機(jī)械，1999，第2期，26～29
21 李福明. 螺旋卸料沉降式離心機(jī)的螺旋展開計算研究. 過濾與分離，1995，第2期，7～11
22 聞邦椿，顧家柳，夏松波. 高等轉(zhuǎn)子動力學(xué)—理論、技術(shù)與應(yīng)用. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1999年
23 楊伴池等. 計算方法. 西安：:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1996年
24 曹巖，趙汝嘉. SolidWokks 2006 工程應(yīng)用教程. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2006年3月
25 立雅科技. SolidWokks 2007 自學(xué)手冊. 北京： 人民郵電出版社， 2007年7月
關(guān)鍵詞：臥式螺旋卸料沉降離心機(jī) 磁性材料 濕法生產(chǎn)
摘要
離心機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機(jī)械。 離心機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油)；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機(jī)甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機(jī)還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心機(jī)還可對固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級。本設(shè)計通過計算和校核，設(shè)計一個臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，用以對磁性材料的濕法加工進(jìn)行物料篩選分離，滿足該工藝流程中的要求。
Key Words: Screw Conveyor of Decanter Cenrtiufge, Wet magnetic，materials production
Abstract
Centrifuge is the use of centrifugal force to separate liquid and solid particles or liquid mixtures and liquid components of the machinery. Centrifuges will be mainly used for suspension of solid particles and liquid separately; or emulsion density of two different and separate from each other dissolving liquids (for example, isolated from butter milk); it can also be used to excluded from the wet solid in the liquid, such as washing clothes and dry off; special separator tube speed can also be separated from gas mixtures of different densities; the use of different density or particle size of solid particles in the liquid velocity different characteristics, there are centrifuges can also be the settlement of solid particles by density or particle size classification. By calculating the design and verification, the design of a horizontal spiral centrifuge discharge settlement to the wet processing of magnetic screening material separation, to meet the requirements of the process.
目錄
1 緒論 1
1.1 磁性材料 1
1.1.1 磁性材料的發(fā)展 1
1.1.2 磁性材料的生產(chǎn)工藝 5
1.2 離心機(jī)的概況 6
1.2.1 離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展 7
1.2.2 離心機(jī)的分類 8
1.2.3 螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 8
1.2.4 螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況 10
1.2.5 臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)點 11
1.2.6 臥旋離心機(jī)的主要缺點 11
2 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力計算 12
2.1 生產(chǎn)能力概述 13
2.2 生產(chǎn)能力計算 13
3 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的功率計算與電機(jī)選擇 16
3.1 功率計算 17
3.1.1 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率 17
3.1.2 啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率 20
3.1.3 螺旋輸送沉渣所需功率 21
3.2 電機(jī)選擇 22
4 V帶設(shè)計計算 23
4.1 帶動轉(zhuǎn)鼓的V帶設(shè)計計算 25
4.2 帶動螺旋輸送器的V帶設(shè)計計算 28
5 轉(zhuǎn)鼓壁的厚度校核 29
6 擺線針輪差速器設(shè)計計算 33
5.1 擺線針輪差速器概述 30
5.2 擺線針輪行星差速器個參數(shù)的確定 32
5.3 擺線針輪差速器輸入軸與輸出軸的設(shè)計計算 45
7 離心機(jī)的日常保養(yǎng) 46
參考文獻(xiàn) 47
致謝 49
關(guān)鍵詞：臥式螺旋卸料沉降離心機(jī) 磁性材料 濕法生產(chǎn)
摘要
離心機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機(jī)械。 離心機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油)；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機(jī)甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機(jī)還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心機(jī)還可對固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級。本設(shè)計通過計算和校核，設(shè)計一個臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，用以對磁性材料的濕法加工進(jìn)行物料篩選分離，滿足該工藝流程中的要求。
Key Words: Screw Conveyor of Decanter Cenrtiufge, Wet magnetic，materials production
Abstract
Centrifuge is the use of centrifugal force to separate liquid and solid particles or liquid mixtures and liquid components of the machinery. Centrifuges will be mainly used for suspension of solid particles and liquid separately; or emulsion density of two different and separate from each other dissolving liquids (for example, isolated from butter milk); it can also be used to excluded from the wet solid in the liquid, such as washing clothes and dry off; special separator tube speed can also be separated from gas mixtures of different densities; the use of different density or particle size of solid particles in the liquid velocity different characteristics, there are centrifuges can also be the settlement of solid particles by density or particle size classification. By calculating the design and verification, the design of a horizontal spiral centrifuge discharge settlement to the wet processing of magnetic screening material separation, to meet the requirements of the process.
目錄
1 緒論 1
1.1 磁性材料 1
1.1.1 磁性材料的發(fā)展 1
1.1.2 磁性材料的生產(chǎn)工藝 5
1.2 離心機(jī)的概況 6
1.2.1 離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展 7
1.2.2 離心機(jī)的分類 8
1.2.3 螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 8
1.2.4 螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況 10
1.2.5 臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)點 11
1.2.6 臥旋離心機(jī)的主要缺點 11
2 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力計算 12
2.1 生產(chǎn)能力概述 13
2.2 生產(chǎn)能力計算 13
3 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的功率計算與電機(jī)選擇 16
3.1 功率計算 17
3.1.1 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率 17
3.1.2 啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率 20
3.1.3 螺旋輸送沉渣所需功率 21
3.2 電機(jī)選擇 22
4 V帶設(shè)計計算 23
4.1 帶動轉(zhuǎn)鼓的V帶設(shè)計計算 25
4.2 帶動螺旋輸送器的V帶設(shè)計計算 28
5 轉(zhuǎn)鼓壁的厚度校核 29
6 擺線針輪差速器設(shè)計計算 33
5.1 擺線針輪差速器概述 30
5.2 擺線針輪行星差速器個參數(shù)的確定 32
5.3 擺線針輪差速器輸入軸與輸出軸的設(shè)計計算 45
7 離心機(jī)的日常保養(yǎng) 46
參考文獻(xiàn) 47
致謝 49
目錄
1? 緒論?1
1.1? 磁性材料?1
1.1.1? 磁性材料的發(fā)展?1
1.1.2?磁性材料的生產(chǎn)工藝?5
1.2? 離心機(jī)的概況?6
1.2.1? 離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展?7
1.2.2? 離心機(jī)的分類?8
1.2.3? 螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀?8
1.2.4? 螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況?10
1.2.5? 臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)點?11
1.2.6? 臥旋離心機(jī)的主要缺點?11
2? 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力計算?12
2.1? 生產(chǎn)能力概述?13
2.2? 生產(chǎn)能力計算?13
3? 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的功率計算與電機(jī)選擇?16
3.1? 功率計算?17
3.1.1? 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率?17
3.1.2? 啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率?20
3.1.3? 螺旋輸送沉渣所需功率?21
3.2? 電機(jī)選擇?22
4? V帶設(shè)計計算?23
4.1? 帶動轉(zhuǎn)鼓的V帶設(shè)計計算?25
4.2? 帶動螺旋輸送器的V帶設(shè)計計算?28
5? 轉(zhuǎn)鼓壁的厚度校核?29
6? 擺線針輪差速器設(shè)計計算?33
5.1? 擺線針輪差速器概述?30
5.2? 擺線針輪行星差速器個參數(shù)的確定?32
5.3? 擺線針輪差速器輸入軸與輸出軸的設(shè)計計算?45
7? 離心機(jī)的日常保養(yǎng)?46
參考文獻(xiàn)?47
致謝?49
安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書
1 緒論
1.1 磁性材料
1.1.1 磁性材料工業(yè)現(xiàn)狀
1、 產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)值不適配
目前，我國的磁性材料工業(yè)在產(chǎn)量方面已經(jīng)初具規(guī)模，根據(jù)本行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，1998年我國的永磁鐵氧體銷售量約11.5萬噸（其中粘結(jié)鐵氧體0.5萬噸），出口約6.5萬噸。軟磁鐵氧體銷售量約4.2萬噸（其中偏轉(zhuǎn)磁芯約1萬噸），出口約1萬噸。稀土釹鐵硼成品銷售約4100噸，鋁鎳鈷約2000噸。中低檔產(chǎn)品占據(jù)了較大的國際市場，但在高檔產(chǎn)品方面還沒有形成較強(qiáng)的實力，缺少國際競爭能力。從行業(yè)整體來看，我國的磁性工業(yè)與國外先進(jìn)國家相比，存在著管理水平低、制造工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量差和產(chǎn)品檔次低的問題。
2、磁性產(chǎn)品性能偏低
國內(nèi)的磁性材料產(chǎn)品的大部分集中在低檔次，缺少參與國際市場競爭的能力。另外，價格低廉，贏利極微薄。永磁鐵氧體以揚聲器磁體為主，產(chǎn)品性能在Y30以下。電揚磁瓦的性能在Y30H－1，但大批量生產(chǎn)時性能不夠穩(wěn)定。軟磁鐵氧體的產(chǎn)品集中在消費類產(chǎn)品，工業(yè)類磁芯的產(chǎn)量較少。大批量生產(chǎn)的功率鐵氧體材料的性能相當(dāng)于日本TDK產(chǎn)品的PC30版號；高磁導(dǎo)率鐵氧體的μ在6000左右。少數(shù)企業(yè)能小批量生產(chǎn)PC40牌號和磁導(dǎo)率達(dá)到10000以上的產(chǎn)品。釹鐵硼磁體的生產(chǎn)性能一般在N35左右（磁能積為35MGOE），N40以上和高矯頑力牌號N38H。N32SH的只有少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)。國外推出的新牌號已經(jīng)達(dá)到N50，N48H。
3、生產(chǎn)工藝和設(shè)備相對落后
目前，我國的磁性材料專用設(shè)備銷售總額達(dá)到1.43億元，能提供成套成線的磁性材料生產(chǎn)設(shè)備?！笆濉逼陂g我國磁性材料的性能和檔次將會有新的提高，同時，由于國內(nèi)外競爭激烈，要求產(chǎn)品成本不斷降低。為此，磁性材料專用設(shè)備應(yīng)開發(fā)自動化程度高，低能耗和高效率的設(shè)備。工裝設(shè)備的改善，可使磁性產(chǎn)品提高一個檔次，采用自動化程度高的連續(xù)生產(chǎn)線，能減少人為因素的影響，保證產(chǎn)品的一致性。
1.1.2 我國磁性材料工業(yè)發(fā)展前景
磁性材料是各種電子產(chǎn)品主要的配套產(chǎn)品，無論是消費類家電產(chǎn)品和工業(yè)類整機(jī),如計算機(jī)、通訊設(shè)備、汽車以及國防工業(yè)均離不開磁性材料。據(jù)專家分析，世界磁性材料市場將以15%的年增長率發(fā)展，我們在表2列出各類磁性材料世界增長情況。今后5年內(nèi)，中國的磁性材料工業(yè)主要將在質(zhì)量和性能方面得以提高，在產(chǎn)量方面增長的速度會較慢。同時，一些發(fā)達(dá)國家以及港臺地區(qū)的磁性材料工業(yè)向中國轉(zhuǎn)移?？偖a(chǎn)量要突破預(yù)測的數(shù)字。
1、世界磁性材料市場發(fā)展
現(xiàn)在世界汽車產(chǎn)量為4900萬輛左右，按每輛汽車使用電機(jī)數(shù)從目前的20只，到2005年增加到30只，預(yù)測需要電機(jī)從8億只增加到16億只。隨著汽車生產(chǎn)量和使用揚聲器數(shù)量的增加，汽車用的揚聲器產(chǎn)量從目前的1.6億只增加到2.3億只，增加的量均在1倍左右。預(yù)測需要鐵氧體永磁從目前的15萬噸增加到25萬噸。從發(fā)展看，亞太地區(qū)的產(chǎn)量將增加較快。
由于汽車向小型化和輕量化發(fā)展，以及為了保護(hù)環(huán)境采用非汽油驅(qū)動汽車，需要應(yīng)用新材料提高電機(jī)的功能和減小尺寸，促使各向?qū)辰Y(jié)釹鐵硼磁體的發(fā)展將會加快。假如，汽車中有50%采用粘結(jié)釹鐵硼磁體，如雨刷電機(jī)、窗沖洗電機(jī)、反光鏡電機(jī)、門鎖和座位調(diào)節(jié)電機(jī)等方面應(yīng)用，就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體102克／輛。到2005年，世界生產(chǎn)汽車以5540萬輛計算，就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體5540噸。估計到2005年世界永磁體的產(chǎn)值將超過100億美元。
計算機(jī)發(fā)展帶動了相關(guān)配套元件的發(fā)展，磁盤、光盤驅(qū)動器和打印機(jī)驅(qū)動頭是西使用釹鐵硼最大的一個方面。顯示器需要各種高檔次鐵氧體軟磁、多媒體音響對永磁材料的需求量也是很大的。隨著信息時代到來，近幾年工業(yè)發(fā)達(dá)國家正形成計算機(jī)進(jìn)入家庭的熱潮。據(jù)美國市場調(diào)查，1996年全世界家用PC機(jī)總銷量達(dá)2000萬臺，2000年將達(dá)4000萬臺，2005年約達(dá)8000中。通訊業(yè)的發(fā)展，電話和移動電話裝置需要越來越多的抗干擾磁芯、片式微型化電感，以及傳聲器和揚聲器，這對軟磁和永磁材料帶來了良好的市場。
總之，從市場發(fā)展看，到21世紀(jì)全球市場發(fā)展將比目前翻一番，相應(yīng)的磁性材料發(fā)展前景是樂觀的；但是，信息產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展需求是高檔磁性材料配套，所以落實技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略，開發(fā)高檔磁性材料產(chǎn)品占領(lǐng)國際市場是當(dāng)務(wù)之急的頭等大事。
2、國內(nèi)磁性材料市場發(fā)展
根據(jù)原電子部的21世紀(jì)規(guī)劃目標(biāo)來看，電子產(chǎn)品的趨勢大約總體在15%。規(guī)劃目標(biāo)程控交換機(jī)80000萬線、移動通信電話手機(jī)3000萬部、彩電6000萬臺、黑白電視機(jī)1500－1600萬臺、錄像機(jī)440萬部。根據(jù)汽車行業(yè)的發(fā)展，規(guī)劃“九五”末產(chǎn)量達(dá)400萬輛，其中轎車120－130萬輛，預(yù)計配套電機(jī)1500萬套。品種有搖窗電機(jī)、空調(diào)電機(jī)、油泵電機(jī)、儀表電機(jī)、門鎖電機(jī)、刮水器電機(jī)、散熱風(fēng)扇電機(jī)、起動電機(jī)及發(fā)電機(jī)。預(yù)計2005年摩托車總產(chǎn)量突破1500萬輛，需要起動電機(jī)1000萬套／年。據(jù)電聲行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，21世紀(jì)初國內(nèi)市場將需揚聲器12億只，受話器3.6億只，耳機(jī)300萬付。世界電聲器件市場需要配套揚器33億只，送受話器約4億只，傳聲器約2.9億只,要滿足和達(dá)到配套能力，磁體需要量是很大的。
隨著環(huán)境保護(hù)的要求，發(fā)展無油汽車、摩托車是世界發(fā)展方向，這將對稀土永磁體的發(fā)展帶來廣闊的市場。為了減少發(fā)電廠二氧化硫的排放量，國際上實施“綠色照明工程”來節(jié)電，從而達(dá)到減少發(fā)電量；所以節(jié)能燈的應(yīng)用在國外發(fā)展很迅速，這也是我國的一項重大工程。節(jié)能燈的發(fā)展，需要使用大量高檔的鐵氧體軟磁濾波磁芯、抗干擾磁芯等；根據(jù)專家分析，如我國全面推廣使用節(jié)能燈，需求量將在5億支左右。
根據(jù)本行業(yè)的專家分析，2005年本行業(yè)鐵氧體永磁市場將達(dá)到21萬噸左右，鐵氧體軟磁市場將達(dá)到9.4萬噸左右，稀土磁體約8000噸。按行業(yè)的發(fā)展來看，這些指標(biāo)有可能達(dá)到。
總之，21世紀(jì)是中國磁性材料工業(yè)發(fā)展的世紀(jì)。根據(jù)市場發(fā)展的需要，今后中國的磁性材料工業(yè)應(yīng)該重視以下幾點。
（1）消費類產(chǎn)品有市場，但價格將下降隨著消費類產(chǎn)品的價格影響，磁性材料行業(yè)的價格競爭將很激烈，會淘汰一些小企業(yè)，大型集約化公司在競爭中聯(lián)合組建增多。揚聲器用的中低檔磁體預(yù)計需量增加,彩電用的UE型磁芯和小磁芯出口量會增加，但價格下降。
（2）工業(yè)類產(chǎn)品是主導(dǎo)市場汽車、通訊、計算機(jī)工業(yè)發(fā)展，帶動國內(nèi)高檔磁性材料的發(fā)展。企業(yè)應(yīng)該重視科技進(jìn)步和技術(shù)改造，使產(chǎn)品的檔次能上一個新臺階。鐵氧體永磁要有陶8以上的產(chǎn)品,鐵氧體軟磁應(yīng)有PC40產(chǎn)品和高導(dǎo)磁材料（大于1000），釹鐵硼磁體要生產(chǎn)N38以上材料，另外粘結(jié)磁體的開發(fā)生產(chǎn)要加快發(fā)展。
1.1.3 磁性材料的生產(chǎn)工藝
圖1濕法生產(chǎn)車間工藝示意圖
磁性材料的生產(chǎn)方法一般有兩種,主要是干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)。磁性材料濕法生產(chǎn)的裝置布置原理如圖1，其各裝置布置順序關(guān)系如圖2。磁性材料濕法生產(chǎn)和干法生產(chǎn)的主要工藝流程分別如圖3、圖4所示，兩種生產(chǎn)工藝的主要區(qū)別在于是否加水和勻，其次是原料上的區(qū)別。相比較，干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)的主要優(yōu)缺點與區(qū)別，如下：
圖2 濕法生產(chǎn)車間布置圖
鐵鱗＋添加劑→球磨機(jī)(粉碎及和勻) →造球(加少量的水) →鏈靡機(jī)(預(yù)氧化) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為6～8毫米的球體
圖3 磁性材料干法生產(chǎn)主要工藝流程
鐵紅＋添加劑→一次攪拌桶(加85%～90%的水) → 球磨機(jī)(粉碎及和勻) →二次攪拌桶→膠泵(定量) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為6～8毫米的球體
圖4 磁性材料濕法生產(chǎn)主要工藝流程
一、 干法生產(chǎn)的缺點：
1.由于其原料主要是連鑄機(jī)和初軋機(jī)的氧化鐵皮，主要成分是四氧化三鐵，而鐵氧體的主要成分是三氧化二鐵；所以原料的純度不高。直接經(jīng)球磨機(jī)粉碎和勻，達(dá)到的效果比較差。
2.最后所得的直徑為6～8毫米的球體，大小相對并不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)出的磁性材料性能并不穩(wěn)定。
3.預(yù)氧化用的鏈靡機(jī)在工作中會產(chǎn)生大量的灰塵，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
二、 濕法生產(chǎn)的優(yōu)點：
1.由于其原料主要是冷軋酸洗后產(chǎn)生的廢物，所以原料的性能很穩(wěn)定。
2.球磨機(jī)粉碎和勻的前后都加水充分?jǐn)嚢?，即濕法球磨的和勻磨碎效果很好?
3.最后所得的直徑為6～8毫米的球體，大小均勻，生產(chǎn)出的磁性材料性能也穩(wěn)定。
在現(xiàn)代的新濕法生產(chǎn)工藝中，又在回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)成型前加入了沉降離心機(jī)，經(jīng)離心機(jī)離心分離后，含水量減少到30～35％，大大節(jié)省了燒結(jié)蒸發(fā)中所需的能源，對節(jié)能與環(huán)保作出了巨大的貢獻(xiàn)。
1.2 離心機(jī)概況
1.2.1 離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展
離心分離是利用離心力對液一固、液一液一固、液一液等非均相混合物進(jìn)行分離的過程。實現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)。離心機(jī)和其它分離機(jī)械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點。因此，自1836年第一臺工業(yè)用三足式離心機(jī)在德國問世，迄今一百多年以來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機(jī)品種繁多，各有特色，并正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用機(jī)種越來越多?，F(xiàn)在，離心機(jī)己廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個領(lǐng)域。例如:濕法采煤中粉煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素的濃縮，三廢治理中的污泥脫水，各種石油化工產(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動物油、米糠油等食品的制造，織品、纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油、燃料油的提純等都使用離心機(jī)。離心機(jī)己成為國民經(jīng)濟(jì)各個部門廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械。
離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來的。例如:18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后，隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，1836年出現(xiàn)了棉布脫水機(jī)。1877年為適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當(dāng)作燃料油使用，50年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離
機(jī)，到60年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護(hù)、三廢治理發(fā)展的需要，對于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高，因此促使臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)有了進(jìn)一步的發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。
離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種機(jī)器應(yīng)用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實踐是個長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識，主要還是用來說明試驗的結(jié)果，而在預(yù)測機(jī)器的性能、選型以及設(shè)計計算，往往仍要憑借經(jīng)驗或試驗。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固一液分離技術(shù)越來越受到重視，離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉(zhuǎn)。
1.2.2 離心機(jī)的分類
離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程——離心過濾和離心沉降。而與其相應(yīng)的機(jī)種可區(qū)分為過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)。
離心過濾過程從廣義的概念上來說，可理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個步驟。
離心沉降過程也可分為兩個物理階段：固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。具體分類見圖5。
1.2.3 螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)，現(xiàn)該離心機(jī)己廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長期運轉(zhuǎn)。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，螺旋卸料沉降式離心機(jī)有著廣闊的市場。例如:城市的建設(shè)得到了迅速發(fā)展，城市的規(guī)模擴(kuò)大，人口增加，水環(huán)境污染成了一大難題。據(jù)專家統(tǒng)計，我國城市污水排放量年增加為3億立方米左右，加快城市污水廠的建設(shè)步伐勢在必行。城市污水處理廠的污泥脫水設(shè)備應(yīng)用比較廣泛的是帶式壓濾機(jī)和螺旋卸料沉降式離心機(jī)。但是，由于螺旋卸料沉降式離心機(jī)的技術(shù)明顯優(yōu)于帶式壓濾機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)將逐步取代帶式壓濾機(jī)。1954年國際上出現(xiàn)了真正具有現(xiàn)代實用價值的第一臺螺旋卸料沉降式離心機(jī)。根據(jù)不同的分離物料，設(shè)計者根據(jù)物料特點進(jìn)行專門的設(shè)計。現(xiàn)就不同的應(yīng)用領(lǐng)域，己有相應(yīng)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)出現(xiàn)，在國際上，該技術(shù)己相當(dāng)成熟。處理氣一液一固三相混合物的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、處理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、粒子分級用螺旋卸料沉降式離心機(jī)、逆流洗滌螺旋卸料沉降式離心機(jī)、并流式螺旋卸料沉降式離心機(jī)、污泥脫水用螺旋卸料沉降式離心機(jī)。在國際上的發(fā)達(dá)國家，污泥用的螺旋卸料沉降式離心機(jī)已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。近幾年還
圖5離心機(jī)的分類
在其結(jié)構(gòu)上根據(jù)應(yīng)用的實踐進(jìn)行了許多改進(jìn)，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的專利。例如最近推出了一種叫，“nxono”的螺旋卸料沉降式離心機(jī)，它的適應(yīng)性非常強(qiáng)，能處理多種不同尺寸和形狀大小的材料，操作方便，用計算機(jī)控制。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的NX型螺旋卸料沉降式離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號，還可以根據(jù)新的材料要求，設(shè)計新的螺旋卸料沉降式離心機(jī)。它的動平衡和靜平衡處理非常好，能在負(fù)載下高速運轉(zhuǎn)，其輸入和輸出口的設(shè)計有效地防止物料阻塞。該螺旋卸料沉降式離心機(jī)與固體物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨損，旋轉(zhuǎn)部位用不銹鋼材料，使整個運轉(zhuǎn)過程處在一個封閉的系統(tǒng)里，其自動裝置充分保障了工作安全。該臥螺離心機(jī)能有效分離纖維、粒子等，其處理顆粒的尺寸范圍可從1微米到5毫米，而且處理量大，能達(dá)到每小時50000加侖流量。瑞典阿爾法在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究和制造設(shè)計己經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，從螺旋卸料沉降式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、使用材料、防腐措施、應(yīng)用范圍、自動控制和密封裝置研究的都很透徹。因此，它的機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于世界各地的各個領(lǐng)域。國外較著名的離心機(jī)生產(chǎn)商有德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUINARD公司、瑞典ALAF公司等。
我國在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究方面也取得了相當(dāng)不錯的進(jìn)展。80年代，我國開始重視螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展，一些科研工作者開始研究國外螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展動態(tài)，機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所翻譯了大量英文和俄文資料，為我國臥式螺旋沉降離心機(jī)的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。我國在九十年代己能自己研制生產(chǎn)螺旋卸料沉降式離心機(jī)，國家在1979年便在工廠進(jìn)行螺旋卸料沉降式離心機(jī)的生產(chǎn)，成功的生產(chǎn)出WL200，WL1000，LWB500，LWG500等型號的產(chǎn)品。
重慶江北機(jī)械廠是國家最早投入螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)廠家之一，為我國第一批螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)作出了較大貢獻(xiàn)，為我國離心機(jī)理論提供了不少數(shù)據(jù)和實驗?，F(xiàn)在該廠引進(jìn)法國堅納公司技術(shù)，并嚴(yán)格按法國堅納公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國際水準(zhǔn)的新產(chǎn)品D(LW)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品性能卓越具有完善的工作特點和傳動裝置，它的差速器可實現(xiàn)無級變速，它是與計算機(jī)完美結(jié)合的典型，在計算機(jī)的屏幕上，我們可看到其主要參數(shù)，其自動裝置和密封系統(tǒng)也比較先進(jìn)。
金華鐵路機(jī)械廠通過二十多年的研制生產(chǎn)，也擁有比較雄厚的技術(shù)力量，該廠設(shè)計制造的螺旋卸料沉降式離心機(jī)是在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)分離機(jī)械的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國石油、地質(zhì)勘探的需要而研制開發(fā)的系列產(chǎn)品，近來己推出最新機(jī)型有LW355x1460，LW400x860，LW500x1250，LWG500—1250。它們的主要特點是能去除泥漿中的有害粗顆粒，調(diào)整泥漿比重，降低粘度，其中LW500xl250，LW500xl250的最大處理量能達(dá)到50立方米。
1958年成立的上海離心機(jī)研究所，近些年來通過與國際著名離心機(jī)制造公司的密切合作，己生產(chǎn)出大長徑比的螺旋卸料沉降式離心機(jī)系列產(chǎn)品，使轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)域物料分離時間延長，從而顯著提高固液分離效果，并在此基礎(chǔ)上成功的研制了國內(nèi)第一套污泥脫水成套設(shè)備和首輛污泥脫水成套設(shè)備工程車;一些高等院校也在這些方面做了不少工作。
1.2.4 螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況
螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)，本文研究的是臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)。該離心機(jī)已廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。它利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長期運轉(zhuǎn)。
最初的臥式螺旋卸料離心機(jī)是由兩對開式齒輪傳動獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差轉(zhuǎn)速，以輸送沉渣并被應(yīng)用于淀粉工業(yè)上。真正現(xiàn)代的有實用價值的第一臺螺旋離心機(jī)首次使用了二級行星齒輪差速器。臥螺離心機(jī)出現(xiàn)后，由于具有突出的優(yōu)點而得到了迅速的發(fā)展。
螺旋卸料沉降式離心機(jī)是國際上五十年代發(fā)明的機(jī)械，七十年代，我國開始引進(jìn)。國產(chǎn)化一些機(jī)型成為原化工部七五科技攻關(guān)項目。八十年代我國就開始測繪，己測繪德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUNIARD公司、瑞典ALAF—Laval公司等國外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的離心機(jī)，并進(jìn)行仿制，國家當(dāng)時在全國組織6個生產(chǎn)廠家進(jìn)行仿制生產(chǎn)?，F(xiàn)國內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)有WL200，WL350，WL 450，WL600，WL800，DLW430，L W350，LW400，LW500，LW620等。
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對高精度、高質(zhì)量設(shè)備的需求量不斷增加。當(dāng)前各種類型的離心機(jī)品種繁多，各具特色，并且都向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、機(jī)電一體化方向發(fā)展。螺旋卸料沉降離心機(jī)由于能夠連續(xù)出料，生產(chǎn)能力大，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少等特點，因此應(yīng)用越來越廣泛。目前其發(fā)展速度很快，但從總的趨勢看：
1、為了提高單機(jī)生產(chǎn)能力，采取加大轉(zhuǎn)鼓直徑，增加長徑比的方法，如
GUNIARD公司的D型螺旋卸料沉降式離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑最大的為1500mm，長徑比為4.7。
2、為了分離固相顆粒比較細(xì)，粘度大的懸浮液，采取提高轉(zhuǎn)速度方法，如阿法拉法公司生產(chǎn)的4500離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑310mm，轉(zhuǎn)速達(dá)7600/min，這樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達(dá)到。
3、目前國外離心機(jī)正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展，己實現(xiàn)在離心機(jī)上對分離物料的自動檢測與調(diào)節(jié)，機(jī)械性能自動保護(hù)，振動的隨機(jī)檢測和自動報警，過載保護(hù)分離反饋等。我國目前已開始注意機(jī)電一體化的研究與應(yīng)用，但在離心機(jī)方面也只是剛剛起步。
4、適應(yīng)不同物料及工況的需要，目前國內(nèi)外離心機(jī)制造廠又推出來許多不同型號的防爆型離心機(jī)，用于易燃易爆場合的物料分離。
1.2.5 臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)點
1、自動、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運轉(zhuǎn)，維修方便。
2、應(yīng)用范圍廣。它能完成下列分離過程：
（1）固相脫水：對易分離物料，其脫水效果與過濾式離心機(jī)一樣好。對含有可壓縮固相的懸浮液，在過濾離心機(jī)上分離效果很差，甚至無法分離；用臥螺離心機(jī)能完成此分離過程。
（2）液相澄清：它對液相的澄清效果雖然不如分離機(jī)，但是可獲得比分離機(jī)干得多的沉渣，而允許的懸浮液固相濃度比分離機(jī)高的多。
（3）可分離固相重度比液相輕的懸浮液：通常這種物料是用過濾式離心機(jī)來分離的，但是當(dāng)固相是可壓縮的物料或濾布清洗、再生有困難時，只有依靠這種結(jié)構(gòu)上稍加改進(jìn)的臥螺離心機(jī)進(jìn)行分離。
（4）液—液—固分離：固相含量大于14%的液—液—固混合物，在碟式分離機(jī)上就難以分離。一般分離這種物料要先進(jìn)行液—固分離，再進(jìn)行液—液分離。然而，用臥螺離心機(jī)可以直接把固相和輕、重液相一次分離。
（5）粒度分級：通過臥螺離心機(jī)可以將固相按顆粒大小進(jìn)行分級。
3、對物料的適應(yīng)性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分離得很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動不影響分離的效果。
4、結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機(jī)型能在高壓和低溫條件下操作。
5、單機(jī)生產(chǎn)能力大(當(dāng)量沉降面積可達(dá)10000平方米，生產(chǎn)能力可達(dá)190立方米每小時)，分離質(zhì)量比較高，操作費用的，占地面積小。
1.2.6 臥旋離心機(jī)的主要缺點
1、沉渣的含濕量一般比過濾離心機(jī)稍高，大致與真空過濾機(jī)相等。
2、沉渣的洗滌效果不好。
3、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價高。
2 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力計算
2.1 生產(chǎn)能力概述
懸浮液自進(jìn)料口進(jìn)入沉降離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓后，液相沿轉(zhuǎn)鼓軸向流動至溢流口處溢出轉(zhuǎn)鼓外，其中的固相粒子隨液相作軸向移動外，還在離心力作用下沿徑向沉降。較細(xì)的粒子由于沉降速度較慢，沉降到轉(zhuǎn)鼓壁所需的時間較長。如懸浮液進(jìn)料量過大，軸向流速過快，使較細(xì)粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間少于沉降所需時間，則細(xì)粒子將隨液流溢出轉(zhuǎn)鼓外而不能被分離。因此，沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力，應(yīng)理解為能將所需分離的最小固相粒子沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，而不致隨分離液帶出的最大懸浮液流量。這樣，分離因素一定的同一離心機(jī)，對于不同的物料或同一物料在不同的分離要求下，生產(chǎn)能力也將是不同的。
2.2 生產(chǎn)能力計算
沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力取決于液體的軸向流速和粒子的離心沉降速度，前者由于不同的流動理論而有不同的計算方法，因而得出不同的生產(chǎn)能力計算方法。
（1）按∑理論計算生產(chǎn)能力；
（2）按層流理論計算生產(chǎn)能力；
（3）按線性理論計算生產(chǎn)能力；
此處以∑理論計算臥螺沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力。
∑理論是由安布勒（Ambler）于1952年提出的，由于其表達(dá)式簡單，概念明確，一直沿用至今。在保證具有一定澄清度條件下的生產(chǎn)能力Q(m/h)，按照∑理論，對于具有圓錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋型離心機(jī)，實際生產(chǎn)能力的計算公式可表達(dá)為：
Q=∑ （1）
式中 Q——實際生產(chǎn)能力，m/h；
——分離效率系數(shù)；
——懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度，m/s；
∑——當(dāng)量沉降面積, ㎡；
2. 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的當(dāng)量沉降面積∑的計算
D
L
L
L
r
h
圖6 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀尺寸
∑= （2）
式中 ——分離系數(shù)；
D——轉(zhuǎn)鼓大端公稱直徑，m；
——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的沉降區(qū)長度，m；
——轉(zhuǎn)鼓錐段的沉降區(qū)長度，m；
L——轉(zhuǎn)鼓沉降區(qū)總長度（+），m；
h——液池深度，m；
r——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑，m；
——取2h/D；
LW400×1200逆流型的主要性能參數(shù)可知如下：
最大分離因素為2580
最大轉(zhuǎn)速為3400 r/min
D=0.4m，=0.542m， 轉(zhuǎn)鼓錐角=8°
液池最大最小深度分別為0.0826m和0.0542m.
且分離因數(shù)與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方成正比，取轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n為2800r/min,則此時分離因數(shù):
=2580×=1736.2
當(dāng)h=0.0826m時：
=2h/D=0.4132, =h/sin8°=0.5935m
∴L=（+）=1.1355m
則 ∑=
=1353.7㎡
2. 懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度
= （3）
式中 ——阻滯情況下的沉降速度修正系數(shù)；
——固相（氧化鐵）密度，㎏/；
——液相（水）密度，㎏/；
——懸浮液的動力粘度，；
——懸浮液中固相顆粒的計算直徑，；
——懸浮液中固相顆粒的粒子形狀修正系數(shù)。
其中 =（1+4.5）
上式中 ——懸浮液中液相動力粘度，；
——固相單位體積濃度；
取 =0.008，=0.15；
則 =0.008（1+4.5×0.15）=0.0134
由表3-7與3-8可取:
=5×10 =2.12 =0.48,查表1－1－5得：
=2.4×10㎏/ =1.0×10㎏/
由上參數(shù)數(shù)值，有：
∴ ==0.48
=1.447×10/s
3. 分離效率數(shù)
可按下列經(jīng)驗公式求得：
=16.42 （4）
式中 ——沉降區(qū)計算長度，m。
對于柱錐型轉(zhuǎn)鼓：=+
=0.542+×0.5935
=0.839m
其它參數(shù)意義同上。
∴
=0.2247
結(jié)合以上各參數(shù)的計算
可得， 生產(chǎn)能力Q=∑=1.585 m/h
同理，當(dāng)h=0.542m時，
3 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的功率計算與電機(jī)選擇
3.1 功率計算
臥螺離心機(jī)的功率計算及電機(jī)選擇是臥螺離心機(jī)設(shè)計中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機(jī)的工作要求進(jìn)行功率計算，可以合理地確定主、輔電動機(jī)的功率，選擇電機(jī)及差速器。臥螺離心機(jī)的功率消耗與臥螺離心機(jī)的類型，操作方式和臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般情況下，臥螺離心機(jī)所需功率包括下幾個方面：
（1）啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率；
（2）啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率；
（3）螺旋輸送沉渣所需功率N。
3.1.1 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率
欲使臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件，由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動能，必須由外界作功，該功為
A= （5）
式中 A——外界所作的功，J；
v ——轉(zhuǎn)動件線速度，m/s；
J——轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量，kg.㎡
∴啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率，為：
= （6）
式中 ——啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率，kW；
t——啟動時間，s；
——臥螺離心機(jī)的角速度，rad/s。
而==303.7 rad/s
1. 計算轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量J
① 圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量J
由表1-1-85公式
J= （7）
式中 J——圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量，kg.㎡；
m——旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量，kg；
K——系數(shù)，見表中；
——旋轉(zhuǎn)體的飛輪計算直徑，m。
由表，取K=0.5, =
式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的外徑，m；
——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的內(nèi)徑，m；
取=0.42m, =0.40m, m=80 kg
則 ==0.3364㎡
∴J==3.5743 kg.㎡
② 圓錐段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量J
由Soliworks 2006 作出長度為625mm，大小端直徑分別為424mm和390mm，拔模角為8°，厚為15mm的圓臺殼體。再由質(zhì)量分析得出下列相關(guān)參數(shù)：
零件( Part Configuration - 默認(rèn) ) 的質(zhì)量特性
輸出坐標(biāo)系 : -- 默認(rèn) --
密度 = 0.01 克/立方毫米
質(zhì)量 = 83869.57 克
體積 = 10752508.36 立方毫米
表面積 = 1299409.01 平方毫米
重心 : ( 毫米 )
X = 0.00
Y = 0.00
Z = 283.82
慣性主軸和慣性力矩 : ( 克 * 平方毫米 )
由重心決定。
Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 2301548159.95
Iy = (0.00, -1.00, 0.00) Py = 3811901499.34
Iz = (1.00, 0.00, 0.00) Pz = 3811901499.34
慣性張量 : ( 克 * 平方毫米 )
由重心決定，并且對齊輸出的坐標(biāo)系。
Lxx = 3811901499.34 Lxy = 0.00 Lxz = 0.00
Lyx = 0.00 Lyy = 3811901499.34 Lyz = 0.00
Lzx = 0.00 Lzy = 0.00 Lzz = 2301548159.95
慣性張量: ( 克 * 平方毫米 )
由輸出座標(biāo)系決定。
Ixx = 10567760827.14 Ixy = 0.00 Ixz = 0.00
Iyx = 0.00 Iyy = 10567760827.14 Iyz = 0.00
Izx = 0.00 Izy = 0.00 Izz = 2301548159.95
由上分析可得，其轉(zhuǎn)動慣量P=2.3015 kg.㎡
考慮到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)設(shè)的筋條，取k=1.1,則
J= k. P=2.53 kg.㎡
∴轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量為J= J+ J=5.64 kg.㎡
考慮到螺旋葉片、螺旋軸、螺旋葉片軸等轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，J=kJ
此處取k=1.35
∴所有轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量J=kJ=7.614 kg.㎡
2、啟動時間
取啟動時間t=20s
綜上，啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率
===17.5567kw
3.1.2 啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率
對于連續(xù)進(jìn)料臥螺離心機(jī)，加入的物料被分離為沉渣和分離液等組分，可分別求出操作中每種組分所需的功率，然后求其和。
假設(shè)此種分離操作，單位時間內(nèi)排出分離液（水）和沉渣（氧化鐵）2個組分，各組分的質(zhì)量分別為m、m（kg/s），各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出的位置半徑分別為r、r(m)，則使加入物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率為：
= （8）
物料每分鐘移動的距離S為：
S=L×
式中 L——葉片距，m；
——轉(zhuǎn)速差，r/min。
已知L=0.08m, =20 r/min
∴S=L×=1.6m/min
排渣能力可按下式計算：
/60 （9）
式中 G——排渣能力，kg/h；
——沉渣的厚度，m；
其它的參數(shù)同上。
已知G=1800 kg/h,D=0.38m,=2.4kg/m
則代入上式便得：
-0.38+0.002488=0
從中可解出=0.0067m
又 =-
式中 ——液池的平均厚度，m；
——液池中水的厚度，m；
已知=0.065m,則=-=0.0583m
∴ r=D/2－-/2=0.1745m
r= D/2－/2=0.1962m
根據(jù)排渣能力的定義，可得
m==0.5 kg /s
由物料中分離液與沉渣的體積比，可得
m=
式中 ——固相單位體積濃度；
——固相（氧化鐵）密度，㎏/
——分離液（水）的密度，kg/m。
其中, =0.15，=2.4kg/m，=1.0kg/m
∴ m=1.181kg /s
綜上可得，啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率
=
=
=2.546kw
3.1.3 螺旋輸送沉渣所需功率
對于螺旋卸料離心機(jī)，螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機(jī)外，螺旋輸送沉渣時所需功率大小與螺旋葉片和轉(zhuǎn)鼓軸線的相對位置有關(guān)，本機(jī)中螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)軸線，故卸料功率應(yīng)包括：
1、 克服沉渣產(chǎn)生的離心力沿轉(zhuǎn)鼓圓錐段母線的分力所消耗的功率：
kW （10）
2、 克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗的功率：
kW （11）
3、 克服沉渣與螺旋葉片摩擦所消耗的功率：
kW （12）
螺旋輸送沉渣消耗的總功率為以上三項功率之和，即：
= kW （13）
式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓錐段的平均內(nèi)半徑，m，=；
——出渣口處轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑，m；
——轉(zhuǎn)鼓圓錐大端內(nèi)半徑，m；
H——轉(zhuǎn)鼓的長度，m；
Z——螺旋葉片的圈數(shù)；
——沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁的摩擦系數(shù)，一般為0.3～0.85；
——沉渣與螺旋葉片的摩擦系數(shù)，一般為0.15～0.4；
G——按螺旋排渣能力計算的生產(chǎn)能力，kg/s。
其中，=0.1142m, =0.20m
∴==0.1571m
H=1.20m，Z=14，排渣能力G=1800/3600=0.5 kg/s，取=0.6，=0.3
綜合以上各參數(shù)，得螺旋輸送沉渣所需功率N：
=
=4.22kW
3.2 電機(jī)選擇
考慮到摩擦與效率，以上，，修正為：
（14）
式中 ——軸承效率；
——考慮到克服轉(zhuǎn)鼓物料和空氣摩擦的效率；
——V帶傳動效率。
式中 各參數(shù)同上。
式中 ——擺線針輪減速器的效率；
其它參數(shù)同上。
由表1－7
取=0.98，=0.985，=0.96，=0.92
分別計算，，：
=18.945kW
=2.744kW
=4.872
得該臥旋離心機(jī)的計算總功率為：
==26.561kW
由于離心機(jī)是連續(xù)工作的，且一般選用滿載時較低速的；考慮到以后作業(yè)率的提高，要求電機(jī)功率要留有一定的余量，則選用電機(jī)：
電動機(jī)型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速
Y220L-4-B5， P=30kW， =1470r/min
4 V帶設(shè)計計算
4.1 帶動轉(zhuǎn)鼓的V帶設(shè)計計算
已知電動機(jī)帶動轉(zhuǎn)鼓以及物料的功率P=21.698kW，轉(zhuǎn)速 =1470r/min，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（從動輪轉(zhuǎn)速）為2800，傳動比i=2（增速傳動）每天工作10小時以上。
1.確定計算功率
=P （21）
式中 ——計算功率，kW；
——工作情況系數(shù)；
P——傳遞的額定功率，kW；
由表8-6，得工作情況系數(shù)=1.4，則：
=P=30 kW
2.選擇V帶的帶型
根據(jù)，，選用B型。
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑并驗算帶速
(1)8-6表8-8選取小帶輪基準(zhǔn)直徑：=178mm
(2)驗算帶速v：
=27.4 m/s﹤30 m/s
∴帶的速度合適
(3)從動輪基準(zhǔn)直徑
= i=355mm
4. 確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和中心距
根據(jù)0.7(+)﹤﹤2(+),
初步確定=600mm
根據(jù)=2+
式中 ——初步確定的中心距，mm。
得=2249
由表8-2選帶的基準(zhǔn)長度=2800mm
計算實際中心距a:
a=+=976mm
5、驗算從動輪上的包角
=180°-57.3/a=169.54°>90°
故從動輪上的包角合適。
6、計算普通V帶的根數(shù)
（23）
式中 ——單根V帶的基本額定功率，kW;
——計入傳動比的影響時，單根V帶額定功率的增量，kW;
——包角系數(shù)；
——長度系數(shù)；
機(jī)械設(shè)計手冊查表13-1-18得：
=5.76kW
機(jī)械設(shè)計手冊查表13-1-21,13-1-22得：
得=0.98，=1.05
∴ =5.04
取Z=5根
7．計算預(yù)緊力
（24）
式中 ——預(yù)緊力，N；
q——傳動帶單位長度的質(zhì)量，kg/m；
其它參數(shù)同上。
由表13-1-23得q=0.17 kg/m
∴
=248.92N
8、計算作用在軸上的壓軸力
（25）
式中 ——作用在軸上的壓軸力，N；
其它參數(shù)同上。
則有：
=2464.308N
結(jié)構(gòu)設(shè)計略。
4.2 帶動螺旋輸送器的V帶設(shè)計計算
已知電動機(jī)為螺旋輸送器提供的功率=4.872kW，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速=2382r/min, 傳動比=1.2174（減速傳動），一天運轉(zhuǎn)16小時以上，設(shè)計一普通V帶傳動。
由此可知，從動輪的轉(zhuǎn)速==1957r/min。
1、 確定計算功率
=
由表8-6，得工作情況系數(shù)=1.4，故
==6.82kW
2、 確定普通V帶帶型
根據(jù)、，由圖8-8確定選用B型。
3、 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由表8-3和表8-7取主動輪基準(zhǔn)直徑：=170mm。
則從動輪基準(zhǔn)直徑：
==206.9mm
根據(jù)表8-7，取=200mm。
驗算帶的速度：
=21.19m/s﹤25m/s
∴帶的速度合適
4、確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和中心距
帶所需的基準(zhǔn)長度為：
=2+
根據(jù)0.7(+)﹤﹤2(+),初步確定=400mm。
∴ =2+=1382mm
由表8-2選帶的基準(zhǔn)長度=1400mm。
計算實際中心距a:
a=+=409mm
5、驗算主動輪上的包角
=180°+=175.8°﹥120°
∴主動輪上的包角合適。
6、計算普通V帶的根數(shù)
查表8-5a和表8-5b得：
=4.8kW, =0.3kW
查表8-8，得=0.99；查表8-2，得=0.90
∴ =1.504
由于此V帶傳動用于離心機(jī)，且此離心機(jī)的回轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)到3500r/min，故考慮到此V帶的壽命，取其Z=3根。
7、計算預(yù)緊力
由表8-4得q=0.17 kg/m
∴ =162.14N
8、計算作用在軸上的壓軸力
結(jié)合以上計算所得各參數(shù)的值，得：
=972.19N
5 轉(zhuǎn)鼓壁厚度校核
離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是一個每分鐘轉(zhuǎn)動數(shù)百至數(shù)萬轉(zhuǎn)以上的高速回轉(zhuǎn)。高速回轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)要產(chǎn)生很大的應(yīng)力，這些應(yīng)力是由于高速回轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)壁金屬的自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，及在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上所附帶著的篩網(wǎng)、物料和液體層所產(chǎn)生的離心力都作用在鼓壁上，使轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。因此，轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度計算必須同時考慮這幾部分離心力所產(chǎn)生的應(yīng)力。
離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓是一個組合部件，由筒體、頂蓋及鼓底等幾部分組合而成的。此臥旋離心機(jī)是不開孔的整體轉(zhuǎn)鼓。因此，在轉(zhuǎn)鼓中沒有篩網(wǎng)等附件，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的應(yīng)力，是由轉(zhuǎn)鼓金屬的自身質(zhì)量及轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的質(zhì)量在高速回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力而引起的應(yīng)力之和。
對于柱—錐型轉(zhuǎn)鼓，在圓錐段，其徑向應(yīng)力及周向應(yīng)力的最大值均在圓錐的大端。因此，在校核圓錐段轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度時，只需要校核圓錐大端壁內(nèi)的應(yīng)力。
圓錐大端的徑向應(yīng)力為：
= （N/㎡） （15）
圓錐大端的周向應(yīng)力為：
=
= （N/㎡） （16）
令 ，
則 （N/㎡）
按第三強(qiáng)度理論：。在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓中周向總應(yīng)力為最大，其次是徑向總應(yīng)力，最小者為經(jīng)向應(yīng)力，其值等于零。因此，圓錐段轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度條件為：
∴圓錐段轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足：
（m） （17）
同理，圓柱段轉(zhuǎn)鼓壁厚應(yīng)滿足：
（m） （18）
因不大于1，則應(yīng)優(yōu)先滿足圓錐段轉(zhuǎn)鼓，則整個柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足：
（m） （19）
式中 ——整個柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁，m；
——筒體中流體物料的密度，kg/m；
——筒體壁金屬材料的密度，kg/m；
——筒體的回轉(zhuǎn)角速度，rad/s；
R——筒體的內(nèi)半徑，m；
r——圓筒體中回轉(zhuǎn)時流體的自由表面半徑，m；
K——轉(zhuǎn)鼓中物料的填充系數(shù)，K=；
——焊縫的強(qiáng)度系數(shù)；
——轉(zhuǎn)鼓壁材料的許用應(yīng)力，N/㎡。
其中，許用應(yīng)力選取下列兩值中的較小者：
=； = （20）
式中 ——設(shè)計溫度下材料的屈服極限，N/㎡；
——設(shè)計溫度下材料的強(qiáng)度極限，N/㎡；
——屈服極限的安全系數(shù),一般為2～2.5；
——強(qiáng)度極限的安全系數(shù),一般為3.5～4。
由表3-1-7，35（調(diào)質(zhì)），?。?
=275MPa, =500 MPa
取 =2.3, =3.8
則 =119.6 MPa , =131.6 MPa
∴取 =119.6 MPa=1.196 N/㎡
根據(jù)固相單位體積濃度=0.15:
==1.21 kg/m；
= 7.85 kg/m；R=0.19m；
r取最小值即轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料最多時，r=0.1115m；
取最高轉(zhuǎn)速時的回轉(zhuǎn)角速度，==366.5 rad/s。
∴K==0.656
由于此處轉(zhuǎn)鼓是鑄造件，∴取=1
=3.81 N/㎡； =0.154
∴=0.00452m=4.52mm
由于轉(zhuǎn)鼓實際壁厚為15mm, ∴此轉(zhuǎn)鼓壁厚滿足強(qiáng)度條件，可取
6 擺線針輪差速器設(shè)計計算
6.1 擺線針輪差速器概述
在螺旋卸料離心機(jī)中，離心沉降分離出的沉渣沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的縱向移動，是靠螺旋相對轉(zhuǎn)鼓導(dǎo)前或滯后的旋轉(zhuǎn)運動來實現(xiàn)的。為了保證轉(zhuǎn)鼓和螺旋以不同的角速度同向回轉(zhuǎn)，并得到最佳的轉(zhuǎn)差值，因此，螺旋卸料離心機(jī)從電動機(jī)到工作機(jī)之間都需要一個傳動裝置，已不再采用簡單傳動組成的開式運動鏈。為了避免功率上的大量損失，以及得到緊湊的輕結(jié)構(gòu)，故現(xiàn)代螺旋卸料離心機(jī)的傳動裝置都廣泛地采用了以行星傳動為基礎(chǔ)，由轉(zhuǎn)鼓、物料和螺旋間形成的摩擦而構(gòu)成的封閉運動鏈。
差速器傳動裝置是螺旋卸料離心機(jī)中最復(fù)雜而又極為重要的部件，其性能和質(zhì)量往往決定著整個機(jī)器的工作能力和可靠性。欲設(shè)計出體積小、重量輕、可靠耐用、效率高的差速器，就必須正確選擇傳動類型，精確合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算，精密制造齒輪、行星輪軸承和轉(zhuǎn)臂等主要構(gòu)件，并嚴(yán)格進(jìn)行動平衡，這樣設(shè)計制造的傳動裝置，才能使螺旋卸料離心機(jī)在生產(chǎn)中得到正常的運轉(zhuǎn)。
擺線針輪行星減速器具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、效率高、工作可靠、壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、及過載能力大等優(yōu)點。由于以上優(yōu)點，這種減速器在許多情況下可代替二級、三級普通齒輪減速器及蝸桿減速器，在冶金、礦山、石油、化工、船舶、輕工、食品、紡織、印染，起重運輸以及軍工等許多部門得到日益廣泛的應(yīng)用。
圖7 擺線針輪行星傳動原理
擺線針輪行星傳動的示意圖，如圖7所示。
假設(shè)行星架X不動，則轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比為：
（26）
針輪P固定時，=0，代入上式得
（27）
這種傳動， 即
（28）
當(dāng)行星輪C不轉(zhuǎn)動時，=0，有
（29）
以上各式中 ——行星架X不動時，轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比；
——針輪P固定時，轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比；
——行星輪C不轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比；
——行星輪C的角速度，rad/s；
——針輪P的角速度, rad/s；
——行星架X的角速度, rad/s；
——行星輪C的齒數(shù)；
——針輪P的齒數(shù)。
通常工作狀態(tài)為針輪P固定，傳動比等于行星輪齒數(shù)，行星輪C與行星架X的轉(zhuǎn)向相反。
當(dāng)行星架X主動時，行星輪C以絕對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)減速。為了將行星輪的轉(zhuǎn)速傳到固定軸線的從動軸F上去，中間必須加一種傳動比等于1的等角速度的傳動機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)稱為輸出機(jī)構(gòu)（圖6中的W）。
此設(shè)計中是當(dāng)針輪P固定時：
=
式中 ——當(dāng)針輪P固定時，行星架X的轉(zhuǎn)速，即擺線針輪減速器輸入軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
——當(dāng)針輪P固定時，行星輪C的轉(zhuǎn)速，即擺線針輪減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
即以針輪P為參考系時，行星架X的轉(zhuǎn)速與行星輪C的轉(zhuǎn)速，此時取行星輪C的相對轉(zhuǎn)速為正，則：
=； =
式中 ——轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，r/min；
——小帶輪的轉(zhuǎn)速，r/min；
——轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速與螺旋輸送器的絕對轉(zhuǎn)速之差，r/min。
取=20 r/min，又=2800 r/min，=1957 r/min
∴==－42.15
取實際傳遞比i=-42
則 實際轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速與螺旋輸送器的絕對轉(zhuǎn)速之差：
==20.071 r/min
此處相對于波動誤差小于5%
故實際轉(zhuǎn)速之差仍可取為=20 r/min。
6.2 擺線針輪行星差速器參數(shù)的確定
已知：輸入功率==4.872kW，輸入軸轉(zhuǎn)速=943r/min，傳動比的大小i=42，每天工作16小時以上，工作平穩(wěn)。設(shè)計一擺線針輪行星減速器。
1．確定傳動的結(jié)構(gòu)形式
確定根據(jù)使用要求，選用臥式不帶電機(jī)型（非直聯(lián)型）；針輪固定。
2．確定擺線輪、針輪的齒數(shù)
擺線輪齒數(shù) =47
針輪齒數(shù) =48
3．確定主要零件的材料
擺線針輪材料
G15，58～62HRC
圓柱銷材料
G15，58～62HRC
圓柱套材料
G15，58～62HRC
針齒銷材料
G15，58～62HRC
針齒套材料
G15，58～62HRC
針齒殼材料
HT200
機(jī)座材料
HT200
4. 確定針輪直徑
=2（0.85～1.3） （30）
T= （31）
式中 ——針輪直徑，mm；
T——輸出轉(zhuǎn)矩，N·mm；
——輸入功率，kW；
——輸入軸轉(zhuǎn)速，r/min；
——擺線針輪減速器的效率。
由表1－7查得=0.92；
則 T==2.133 N·mm
則：=2×1.1=283.2mm
取 =285mm
5. 確定短幅系數(shù)和偏心距
A=