畢業(yè)論文
離心甩干機設計
摘 要
為了研究離心甩干技術的工作原理并提高離心甩干力度，通過研究離心力場，結合離心甩干機的甩干機理，分析顆粒在篩面的運動，運用數學原理和理論力學知識建立了物料在篩籃上的動力學模型，對離心機的結構、零部件和工作原理進行了細致的分析研究，并針對現場使用過程中出現的問題進行了原因分析。通過對離心甩干機的設計改進，使離心甩干機更加穩(wěn)定，甩干更加強勁。
關鍵詞 離心甩干機；螺旋刮刀；分離因數
III
目 錄
摘 要 I
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 選煤的工藝過程 1
1.3 選煤產品的甩干 1
第2章 離心分離理論及設備 4
2.1 離心力場的基本特性 4
2.1.1 離心力和分離因數 4
2.1.2 哥氏力 5
2.1.3 離心液壓 6
2.2 分離物料的特性 6
2.2.1 懸浮液特性 6
2.2.2 固體顆粒特性 6
2.3 離心甩干設備類型、特點 7
第3章 XLL-11000型離心甩干機總體設計 8
3.1 設計選用機型及工作原理 8
3.2 離心機整體方案的確定及結構特點 8
3.2.1 工作部分 8
3.2.2 傳動部分 9
3.2.3 潤滑系統(tǒng) 9
3.3 安裝與運轉 9
3.3.1 安裝 9
3.3.2 運轉 10
3.4 操作與維護 11
3.4.1 操作 11
3.4.2 維護 11
第4章 工作部分設計 13
4.1 分離因數 Fr的確定 13
4.2 篩籃轉速確定 13
4.3 篩籃結構設計 13
4.3.1 篩籃大端直徑 14
4.3.2 篩籃長度 14
4.3.3 篩籃半錐角的確定 14
4.3.4 篩網選型及其特征對甩干效果的影響 18
4.3.5 篩網縫隙寬度的選擇： 18
4.3.6 篩網縫隙排列對分離效果的影響 19
4.3.7 篩籃主要參數如下： 19
4.3.8 篩籃強度校核 19
4.3.9 篩籃的制造 20
4.3.10 篩籃的平衡實驗 21
4.4 螺旋轉子結構設計 21
4.4.1 螺旋轉子結構 21
4.4.2 螺旋轉子的升角的確定 21
4.4.3 提高刮刀耐磨性措施 21
4.5 離心機生產能力校核 22
4.6 篩籃與刮刀轉子間間隙的確定 23
4.7 分配盤結構設計 23
4.8 鐘形罩結構設計 24
4.9 殼體結構設計 24
4.10 減震裝置設計 25
4.11 潤滑系統(tǒng)的設計 26
總結 28
參考文獻 29
致謝 31
32
第1章 緒論
1.1 引言
目前煤炭仍是世界上人類利用的主要能源，我國又是世界上最大的煤炭生產國和消費國。煤炭在我國的能源消費總量構成中的比例超過50%。今后五十年甚至更長一段時間，煤炭作為中國的主要能源及鋼鐵、化工領域的原料在相當長的時間內不會有大的改變，煤炭仍將是我國的主要能源。因此煤炭在中國國民經濟中的地位是舉足輕重的地位。然而，在中國的煤炭消耗中，煤炭的加工利用處于低水平階段，存在著高能耗、高污染、低效率的利用現狀，也產生了一系列的環(huán)境污染問題，如燃煤產生煙塵和SO:排放量分別占80%和90%，中國的大氣環(huán)境污染屬典型的煤煙型大氣污染。并且今后隨著我國國民經濟的的快速發(fā)展，煤炭的產量將保持增長勢頭，從而對煤炭的洗選加工和環(huán)境保護提出了更高的要求，環(huán)保要求的提高、潔凈煤計劃的實施、煤炭市場日趨激烈的競爭等成為煤炭深度洗選脫硫降灰的內在動力。
1.2 選煤的工藝過程
一般來說，選煤廠由以下主要工藝組成，原則流程如圖1.1：
（1）原煤準備：包括原煤的接受、存儲、破碎和篩分。
（2）原煤的分選：目前國內的主要分選工藝包括跳汰-浮選聯合流程；重介-浮選聯合流程；跳汰-重介-浮選聯合流程；塊煤重介-末煤重介旋流器分選流程；此外還有單跳汰和單重介流程。
（3）產品甩干：包括塊煤和末煤的甩干，浮選精煤甩干，煤泥甩干。
（4）產品干燥：利用熱能對煤進行干燥，一般在比較嚴寒的地區(qū)采用。
（5）煤泥水的處理。
1.3 選煤產品的甩干
選煤產品的甩干是利用重力、機械力或加熱干燥等方法使固體物料與水分離，以降低濕物料水分含量的作業(yè)。甩干作業(yè)是濕法選煤廠的重要選煤工藝環(huán)節(jié)。選煤產品甩干有以下幾個目的：
降低選煤產品中的水分，以滿足用戶和運輸的需要。在選煤廠，各種精煤的綜合水分一般要求達到8%~10%，高寒地區(qū)要求為8%以下。濕法選煤帶有大量的水分，若煉焦用煤水分很高，不僅使煉焦時間延長，生產量減小，而且煉焦爐所用煤氣量變大，壽命縮短。水分高的煤炭，運輸也困難，特別是北方的冬季，煤炭的凍結更給卸車帶來困難。水分過高，選煤廠貯存和裝車也很困難。
圖1-1 選煤工藝過程示意圖
洗水再用，節(jié)約用水。濕法選煤用水量很大。一般情況下，跳
汰機每處理1噸原煤用水3噸；1噸塊原煤用水0.7噸；1噸末原煤約用
1.6~2.0噸水，這么多的水不回收，將造成很大的浪費。
使煤泥回收，洗水閉路循環(huán)，以免環(huán)境污染。煤泥水外流不僅造成環(huán)境污染，也增加煤炭的損失。采用有效的甩干，既可回收煤泥，實現洗水閉路循環(huán)，也減輕了對環(huán)境的污染。
此外，在風力選煤前，如煤中含有大量的外在水分，也必需先經過甩干。
選煤產品的甩干方法有：重力甩干、機械力甩干、熱能甩干、物理化學甩干和電化學甩干法。其中常用的方法有：重力甩干、機械力甩干和熱能甩干法。
本次研制的機主要針甩干機對3 ~ 0.5mm的末煤甩干 ，該機具有投資小、系統(tǒng)改造力度小、工藝效果好的特點，將成為老廠改造和新建選煤廠的首選設備，由于適合的粒度較小，因此不僅適用于選煤業(yè)，還適用于化工、制藥、食品及環(huán)保業(yè)中進行固液分離，具有良好的社會、經濟效益和發(fā)展前景。
第2章 離心分離理論及設備
2.1 離心力場的基本特性
離心力場的基本特性基于等速回轉運動基本規(guī)律。描述離心力場基本特性的主要內容包括離心力、分離因數、哥氏力以及離心液壓等。
2.1.1 離心力和分離因數
假設具有質量為m的質點，沿以o點為圓心，以r為半徑的圓周作等速回轉運動時，回轉角與轉速n的關系式為：
（弧度/秒） 公式（2.1）
回轉角速度和圓周速度之間的關系式為：
=r (米/秒) 公式（2.2）
在任何一個等速回轉運動時，都會產生向心加速度以及與其等值而反向的離心加速度，則
== （米/秒） 公式（2.3）
作用在質點上的向心力和離心慣性力（以下簡稱離心力）數值相等方向相反。計算公式如下:
（公斤力） 公式（2.4）
式中 G —物體的重量；
g — 重力加速度；
該分離的物料在離心力場所中所受的離心力和它所受的重力的比值，稱為分離因數，則
= 公式（2.5）
顯然分離因數是離心加速度與重力加速度的比值。
分離因數是表示離心機分離能力的主要指標，是代表離心機性能的重要標志之一。越大，物料受的離心力越大，分離效果也越好。因此，對于固體顆粒小、液性粘度大和難分離的懸浮液，要采用分離因數較大的離心機。離心機是一種高效率的分離設備。
分析公式2.5可以看到提高分離因數的途徑。由于分離因數與轉鼓半徑成正比，因此增大轉鼓尺寸時，增長較平緩，但轉鼓半徑增大后，轉鼓的應力狀態(tài)受到較大的影響。而分離因數與轉鼓轉速卻成平方關系，提高轉速時，增長很快。故高速離心機的結構特點是轉速高、直徑小、分離因數大。分離因數的提高并不是任意無限制的，其極值取決于轉鼓的機械強度。
離心力場和重力場的主要區(qū)別是：在重心沉降和過濾操作時，固體顆粒和液體顆粒所走的距離和地球半徑比起來是很微小的，因而可以認為重力場是均勻的。重力場的強度是固定不變的。而離心場則不然，離心力場的強度是以分離因數來表示的，分離因數可以通過改變轉鼓強度和轉鼓半徑來改變。
離心分離根據操作的原理不同，可分為兩種不同的過程——離心過濾和離心沉降。在選煤廠中，離心過濾多用于末煤的甩干上，而離心沉降多用于煤泥水的澄清和煤泥的回收中。因此，本次研制的甩干機采用離心過濾原理。離心過濾是把所處理的含水物料加在轉子的多孔篩面上．由于離心力的作用，固體在轉子篩面上形成固體沉淀物，液體則通過沉淀物和篩面的孔隙而排出。由于液體是通過物料的孔隙排出，而甩干物料的粒度組成影響響著孔隙的大小，所以，甩干效果受粒度組成的影響很大。物抖的甩干過程；由于離心力的作用而得到強化。離心力的大小影響著甩干的效果。[1]
2.1.2 哥氏力
當研究回轉運動的特性時，除了離心力外，還必須注意到可能出現的哥氏力。哥氏加速度是哥氏力的來源，哥氏加速度是由于質點不僅作圓周運動，而且也作徑向運動所產生的。
由理論力學得知，當牽連運動為均角速定軸運動時，哥氏加速度的大小為
公式（2.6）
式中 指點相對于轉鼓的徑向速度
方向與垂直，相對于把相對速度矢量按動系的角速度的轉向轉過90度。
哥力氏按下式確定
公式（2.7）
如果質點對回轉的轉鼓無相對運動時，或者它的相對位移與回轉軸平行的話，則=0。
從理論上來分析，哥氏力在離心機中確實存在，而且對物料在離心力場中的運動狀態(tài)也有一定的影響。
2.1.3 離心液壓
離心機工作時，處于轉鼓中的液體和固體物料層，在離心力的作用下，將給轉鼓內壁已相當大的壓力，稱為離心液壓。離心液壓的計算公式如下：
公式（2.8）
式中 —離心液壓；公斤力/米
— 轉鼓內被分離物料的重度；公斤力/米
—轉鼓得回轉角速度；弧度/秒
R—轉鼓內物料環(huán)的內表面半徑；米
g—重力加速度；米/秒
當轉鼓的轉速很大時，液面近似于與轉鼓壁平行的同心圓柱面，此時r近似于常數。離心液壓不僅作用在轉鼓壁上，同時也作用在頂蓋和鼓底上。計算轉鼓的強度時必須把離心液壓考慮上。
2.2 分離物料的特性
2.2.1 懸浮液特性
懸浮液是由液體和懸浮于其中的固體顆粒組成的系統(tǒng)。懸浮液的濃度以及固相和液相的特性確定了懸浮液的特性。懸浮也可按固體顆粒的大小和濃度來分類。可分為粗顆粒懸浮液，細顆粒懸浮液以及高濃度懸浮液、低濃度懸浮液等。固體顆粒的粒度和懸浮液的濃度與濾渣或沉渣的厚度增長率、離心機的處理能力有密切的關系，在設備選型中占有很重要的地位。
2.2.2 固體顆粒特性
顆粒特性一般是指顆粒群中的主要物理性質，包括顆粒的大小，粒度分布、形狀、比重等。他和液體的主要性質以及懸浮液的濃度和形態(tài)等決定了其他一些特性。例如顆粒的沉降速度、濾渣的滲透率和比阻等。影響離心機甩干效果的主要因素是分離因數的大小，其次就是被處理物料的顆粒度組成，對不同類型的離心機顆粒度的影響效果不同。其中對于過濾式刮刀卸料離心甩干機，顆粒度在0.5mm以下含量大小對甩干效果影響最大，如果0.5mm以下粒度低于入料量的10%，則產品水分可在要求的范圍之內，不能滿足實際要求，若顆粒度的上限過大，會導致耗能加大，篩網壽命低。因此根據實驗數據，其適合的顆粒度在3~0.5mm。
2.3 離心甩干設備類型、特點
運用過濾原理的離心甩干機，其機型主要包括臥式振動離心機，立式振動離心機，慣性卸料離心機及刮刀卸料離心機等。
慣性卸料離心機是靠離心力克服物料與篩網摩擦力卸料的末煤甩干機，由于單純利用慣性卸料，物料的運動速度不容易控制和提高。因此其使用在逐漸減少。對于分級甩干3~0.5mm級的細煤甩干，目前國內外比較看好的是刮刀卸料離心甩干機。這種甩干機運轉平穩(wěn)，噪聲低，維修量小，離心強度大，所以產品水分低，能滿足市場要求。
第3章 XLL-11000型離心甩干機總體設計
3.1 設計選用機型及工作原理
根據本次設計甩干物料的特點及對各種離心機特點的比對，設計機型選用立式刮刀卸料離心甩干機。這種離心甩干機工作中，物料移動不是主要依靠所受的離心力，同時也利用了篩籃內的螺旋形刮刀，將物料送到排料口。物料移動速度可以提高，而且可以進行控制。同時，篩面與回轉軸線間的角度也可以大大地減小，從而減小離心機的體積和重量。其工作原理是利用機械旋轉產生離心力，實現固液混合物分離的過程，濕煤通過入料口，經布料錐進入篩籃與刮刀之間的空間，在離心力的作用下，水和水的顆粒（離心液）透過物料層，穿過篩網，沿上蓋流入機座上部的集水槽內，然后通過設在機座兩側的排液管排出機外，煤粒則保持在篩籃內側，因螺旋刮刀與篩籃之間有一轉速差，螺旋刮刀就將煤粒從篩網上刮下，并將其推送至篩籃底部，從而把甩干后的末煤卸到機器下邊的收料漏斗里，這一過程連續(xù)不斷地進行。
3.2 離心機整體方案的確定及結構特點
圖3-3是通過采用彈塑性有限元(更新的拉格朗日方法)模擬的切削仿真，模型中創(chuàng)建了三個部件：彈塑性材料的刀具和工件，剛性材料的平板。使用的是二維情況下的仿真。整體思路是讓工件固定，刀具以一定的速度切向工件，為了更方便的獲得刀具的切削力讓刀具和剛性平板粘接，且給剛性平板設置參考點，把參考點的反作用力作為歷史變量輸出到后處理文件中。這樣就可以用剛性平板參考點的反力來近似代替刀具的切削力和軸向力，這樣的近似由實驗證明是合理的。
3.2.1 工作部分
工作部分主要由篩籃、螺旋刮刀、鐘形罩和分配盤組成。錐形篩籃裝在鐘型罩上，鐘形罩則用螺栓固定在外軸上。布料錐裝在螺旋刮刀轉子上，螺旋刮刀轉子用螺栓和鍵固定在心軸上，其轉速略低于篩籃的轉速。鐘形罩和螺旋刮刀轉子的結構可保證煤粒不致落入軸承內，且又便于甩干后煤粒的移動。兩對齒輪均為普通圓柱斜齒輪，齒輪旋向的選擇，使得齒輪工作時產生的軸向力與螺旋刮刀刮煤時所引起的軸向力部分抵消，從而使軸承的工作狀況得到改善。
為安全起見，上、下外殼還設有捅煤孔，以備在堵煤時排煤用。
1.篩籃 2.螺旋轉子 3.分配盤 4.鈡形罩 5.入料口 6.上蓋 7.圓錐齒輪 8.中間軸 9..斜齒輪 10.心軸 11.外軸 12.機殼
圖3-1 結構簡圖
3.2.2 傳動部分
本機的傳動系統(tǒng)一對圓錐齒輪傳動副傳動和兩對斜齒圓柱齒輪傳動組成。電動機通過圓錐齒輪傳動副帶動中間軸轉動。中間軸上裝有兩個齒數相差為１的齒輪。它們分別與裝在外軸上的齒輪（這兩個齒輪的齒數相同） 相嚙合，從而使錐形篩籃和螺旋刮刀轉子保持同向旋轉，并有一適當的轉差。三角皮帶選用15N型三角帶。三角皮帶通過調節(jié)張緊螺栓來張緊。兩對齒輪均為普通圓柱斜齒輪，齒輪旋向的選擇，使得齒輪工作時產生的軸向力與螺旋刮刀刮煤時所引起的軸向力部分抵消，從而使軸承的工作狀況得到改善。
3.2.3 潤滑系統(tǒng)
本機采用稀油集中潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)采用獨立電機驅動稀油集中潤滑系統(tǒng)；潤滑油從油箱經濾油器進入齒輪油泵，然后經主壓油管進入多支油管(分油器)，再經三個分支油管進入各潤滑點。
3.3 安裝與運轉
3.3.1 安裝
離心機在制造廠進行總裝配，并進行空運轉試驗，試驗合格后，以成套的形式發(fā)給用戶。
安裝前：檢查安裝地點的地腳尺寸是否與圖紙相符，同時還要用水準儀檢查安裝地點是否水平，水平誤差用墊板調整。
安裝：離心機應盡可能整體安裝，起吊位置應選在機座和電機座的適當位置上，切忌利用上蓋上的兩個吊耳起吊整機。如情況不允許需分解安裝時，請按下列順序從機座上取下各零部件：三角皮帶，（有關）潤滑管路，油箱，電機及托架等；安裝時，先裝主體部分，再按與分解時相反的順序安裝拆下的零部件。
對安裝的要求：
a.基礎動力系數按2.0計算；
b.入料前加一段立管,立管對正離心機軸線，以保證入料均勻；
c．減振器安裝后，緊固其上部螺母，并用卡尺測量減振器上部橡膠塊，橡膠塊直徑的最大增量為１mm；
d．離心機總裝后，按本說明書第五項第3條的說明向油箱注入規(guī)定的潤滑油。
3.3.2 運轉
A、運轉前的準備：
a．檢查所有螺紋聯接是否已擰緊；
b．檢查油管有無壓壞破裂的地方，管接頭是否已擰緊；
c．檢查油泵能否自由旋轉；
d．檢查傳動部分是否靈活，一個人用雙手攀動皮帶應能不費多大力氣就可使離心機轉動；
e．檢查三角皮帶是否已張緊；
f．檢查油箱內的油位是否在油標上部標記位置附近，油量不足時應補油。
B、空運轉：上述檢查合格后，機器即可進行空運轉，空運轉時間需8小時。
a.接通油泵電機，仔細觀察油壓表,油壓在開始起動時較高(可達0.4MPa)。隨后降至恒壓（約為0.08-0.35MPa）.如果油壓始終較高(大于0.4MPa)或較低（小于0.04MPa），應停機檢查，找出原因；
b. 待油壓穩(wěn)定后，接通主電機，注意觀察其旋轉方向和整機的振動情況；
c．測量離心機在水平面上的振動情況，基座處單向振幅不應超過0.5mm，超過時應停機檢查；
d．潤滑油的溫度達到恒溫約需4小時，恒溫時，油的溫度不應高于周圍環(huán)境溫度35℃。
C、負荷運轉：空運轉合格后，機器即可進行負荷運轉，負荷運轉時，給料量必須由小到大逐漸增加。負荷運轉時，應檢查：
a．機器的工藝性能（包括處理能力、甩干效果）；
b．機器的振動和噪聲情況，潤滑油的溫升；
c．電機電流的變化情況，功率消耗[4]。
3.4 操作與維護
3.4.1 操作
（1）開車前：
a．從下部外殼的４個孔，檢查甩干末煤有無堵塞現象；
b．用手攀動皮帶，檢查機器有無卡碰現象；
c．檢查三角皮帶的張緊程度；
d．檢查油箱內油位是否在油標上部標記位置附近。
（2）開車：
a.開動油泵電機，注意觀察油壓是否正常；
b.待油壓基本穩(wěn)定后，開動主電機；
c.待機器運轉穩(wěn)定后，開始給機器加料。給料時應逐漸增加，并注意觀察電機電流的變化；
d.在運轉過程中，嚴禁鐵器、木塊及其他雜物進入離心機。
（3）停車：
a.停止給料；
b．待機內無殘存物料時，用清水沖洗篩網，沖洗時間約需3鐘；
c．停主電機；
d. 停油泵電機。
3.4.2 維護
（1）篩籃：篩籃內表面應盡可能保持準確的圓錐形，以保證篩面上各點與螺旋刮刀間的距離相同，這樣可使篩面磨損均勻，篩籃壽命長。篩孔面積應盡可能大，以獲得良好的甩干效果。需經常檢查篩縫是否被煤泥堵塞，并及時清洗。
（2）螺旋刮刀轉子：隨著刮煤板的磨損，刮板邊緣與篩面之間的間隙變大，這使機器的甩干性能變壞，并使篩籃的磨損加重。為保持3毫米左右的正常間隙，在心軸與螺旋刮刀之間有一組調整墊片，每一墊片的厚度為1毫米，當把一個墊片從上部移到下部時，可使刮刀與篩面之間的間隙減少0.34毫米，當所有墊片全部移到下部后，說明刮刀已不能使用，此時應對刮刀進行補焊或換上新的。
（3）鐘形罩：鐘形罩上部裝在外軸上，下部與篩籃聯接。當末煤離開篩籃通過鐘形罩的過煤通道時， 因其離心力較大，它們之間的相對滑動也較大，因而使得鐘形罩的過煤通道磨損較快，所以在每次更換篩籃時，應檢查鐘形罩的磨損程度。在鐘形罩的過分磨損的地方， 應堆焊耐磨金屬層。堆焊時要防止產生撓曲變形，焊后需要進行動平衡試驗。
（4）齒輪： 齒輪傳遞功率較大，精度較高。在運轉過程中，需注意保持潤滑油的清潔和充分供給。在拆、裝齒輪箱時，應注意保持各零件的清潔，特別要注意不使異物（如螺帽等）進入齒輪箱里。
（5）機座：機座外部設有四個捅煤孔。以備堵煤時排煤用。機座上部設有排水槽，在它與出口保護環(huán)的聯接處，應有良好的密封。
（6）出口保護環(huán)：甩干后的末煤以很高的速度撞到出口保護環(huán)上，保護環(huán)的磨損比較嚴重，在更換篩籃等易損件時，應注意觀察保護環(huán)的磨損情況，以便及時更換[5]。
第4章 工作部分設計
4.1 分離因數 Fr的確定
在物料的甩干過程，離心力的大小影響甩干的效果。而分離因數就是表示離心機中物料所受離心力大小、分離能力的一個重要指標，對離心機的甩干效率起決定作用。所謂分離因數是指物料所受的離心加速度和重力加速度的比值（見公式2.1）。
在選煤廠，采用過濾原理的離心機，分離因數一般在80－200，采用沉降原理的離心機，分離因數為500－1000左右。參考同類機型并結合本次設計機型的實際特性，本機分離因數確定為180。
4.2 篩籃轉速確定
在分離因數確定以后，根據公式（2.1）可確定篩籃和螺旋轉子的轉速。
Fr = = = =180 公式（4.1）
則 n = 529轉/分；
式中 —離心加速度，米/秒；
g—重力加速度，米/秒；
—離心機篩籃運動的角速度,弧度/秒；
R—離心機篩籃的內半徑,米
n—篩籃每分鐘的轉數,轉/分；[6]
4.3 篩籃結構設計
篩籃是過濾式離心機的工作表面，是保證離心機正常工作的重要部件，篩籃形狀為錐臺形且內表面應保證圓形。對于螺旋卸料的過濾式離心機，這點尤為重要，否則，就不能保證篩面與螺旋葉片之間的間隙。
篩籃主要由上法蘭、下法蘭、加強肋、加強環(huán)、不銹鋼錐形網筒組成；其中不銹鋼錐形網筒由數塊扇形篩網組焊而成（組焊時在專用胎具上進行），扇形篩網是由不銹鋼絲軋制成特殊形狀的篩條和支撐條通過專用設備焊接成型的，篩條沿篩籃圓錐母線排列。為了減輕篩縫堵塞，篩縫做成上小下大。篩籃通過上法蘭和下法蘭上的孔用螺栓與主機連成一體。
4.3.1 篩籃大端直徑
離心機的處理量與篩籃大端直徑關系最大，一般來說，篩籃大端直徑越大，其處理量也越大，根據設計原始資料，本機篩籃大端直徑確定為1150mm。
4.3.2 篩籃長度
一般來說，篩籃長度越長，物料在篩籃上甩干的時間越長，甩干效率也越高，產品水分也越低。但對離心機其他機械性能要求也越高。若用篩籃長徑比Q來確定，過去離心甩干機均采用較小的長徑比Q≤0.54，為了進一步降低產品水分，本次設計的離心甩干機采用較大的長徑比0.56，即：
H / D = H / 1150 =0.56
所以，篩籃的長度H = 644mm. [7]
4.3.3 篩籃半錐角的確定
當其他參數一定時，篩籃半錐角對產品水分和處理能力有較大的影響，一般來說篩籃半錐角越大，處理能力也越大，但產品水分反而會增加。
（1）濾渣受力分析
為研究濾渣在離心機中的受力情況，取微塊濾渣進行分析，其受力情況如圖所示：
(a) (b) (c)
(a)軸向截面（b）錐筒切平面（c）螺旋葉片切平面（顯示，的方向）圖4-1由離心力輸渣時濾渣受力圖
其力平衡方程為：
篩籃軸向截面沿方向
公式 (4.2)
錐筒切平面中沿方向
公式 (4.3)
錐筒切平面中沿方向
= 公式 (4.4)
——螺旋葉片對濾渣的法向法向反力；
——煤與篩籃之間的摩擦系數；
——篩籃對濾渣的法向反力；
——煤與篩籃之間的摩擦系數；
—— 濾渣沿篩籃滑動方向與垂直于濾渣所在處篩籃母線的平面間夾角；
—— 濾渣沿螺旋葉片滑動方向與切線間夾角；
—— 螺旋葉片升角；
C——離心力 ；
連立（4.1）、（4.2）兩式，解的
公式 (4.5)
公式 (4.6)
將(4.4)、(4.5)代入 (4.3) 整理得
公式 (4.7)
式中
求解(4.6)得
公式 (4.8)
同理 (4.4)、(4.5)可簡化為
公式 (4.9)
公式 (4.10)
（2）螺旋轉矩、輸渣功率和螺旋軸向力
篩籃和螺旋所受的轉矩和周向力大小相等，方向相反。為便于計算，下面來求轉鼓所受的轉矩和周向力，這樣可使物料在兩種輸送情況下的轉矩和周向力或的相同的計算公式。我們規(guī)定當轉鼓所受的轉矩方向與螺旋相對于轉鼓的強度方向相同時為正,相反時為負；當轉鼓所受的周向力方向有小端指向大端時為正，反之為負。
1）螺旋轉矩
由圖可得微塊濾渣對轉鼓所產生的摩擦轉矩為：
公式 (4.11)
上式中的回轉半徑是變化的，c、和也隨變化。為簡化計算，和可取平均半徑處的值，并假定濾渣在轉鼓中的分布式均勻的，這樣做在工程計算中是允許的。這種情況下，式4.10中的離心力可表示為：
公式 (4.12)
將式4.11代入4.10進行積分得：
N 公式 (4.13)
式中 系數；
g —重力加速度；
—平均分離因數，；
—轉鼓平均半徑， ；
— 轉鼓與螺旋之間的角速度差；
2）輸渣功率
KW 公式 (4.14)
3）螺旋軸向力
微塊濾渣對轉鼓所產生的軸向力為：
N
系數=
在得出的螺旋轉矩，輸渣功率和螺旋 軸向力的計算公式中，三者均與半錐角有關，系數、均與有關，而又是、和的函數，因此系數、是、和的函數。如圖所示：
當時，、為正值，說明螺旋轉矩M的方向與螺旋相對于轉鼓的轉速方向相反，螺旋軸向力的方向向著轉鼓小端，輸渣功率為正說明濾渣需有螺旋運輸 ，輸渣將消耗電機功率。
當時，、為負值，說明螺旋轉矩M的方向與螺旋相對于轉鼓的轉速方向相同，螺旋軸向力的方向沿著轉鼓大端，輸渣功率為負說明濾渣不需有螺旋運輸 ，輸渣不再消耗電機功率。但輸渣功率仍將對傳動裝置產生影響。
A、、不變的情況 B、不變的情況
C、、不變的情況 D 、不變的情況
圖4-2
當時，當、一定時，、均隨a的增大顯著減??；隨的增大先是減小后又增大，有一個極小值，隨的增大而減小，小時減小的快，反之慢。當a一定時，、均隨、的增大明顯增大。
當，、一定時，隨a的增大而增大，但增加幅度不大；均隨a的增大明顯增大，隨的增大變化不大，隨的增大顯著減小，小時減小的快，大時減小的慢。
根據以上分析結果可以得出這樣的結論：在設計過濾式螺旋卸料離心機時，在結構允許的條件下，應使篩籃的半錐角盡可能接近物料與篩籃之間的摩擦角，這樣可以減少傳動裝置的負荷，減輕螺旋葉片的磨損。因此本次設計選取螺旋角α＝20°，物料與篩籃之間的摩擦角λ=，這樣可獲得較低的產品水分，又可獲得較大的處理能力。
又由以上參數計算得篩籃小端直徑為：713mm，并計算中徑為：932mm。[8] [9]
4.3.4 篩網選型及其特征對甩干效果的影響
離心機篩網有條形網、編織網、板網等等類型。目前常使用的是板網。鑒于板網的缺點，本次設計采用焊接條縫篩網，其結構如圖(4.3)：
其篩條斷面為基本矩形斷面，厚度約為4mm，這樣的結構提高了剛性及強度。各片篩網焊接成篩籃后，強度足夠，省掉了轉鼓，因而可簡化工藝。
圖4-3 篩網示意圖
篩網的孔型對分離效果是有影響的，孔型有條縫形和圓孔形，本次設計選用的條縫形篩網，是根據甩干原料顆粒大小來決定的。本次設計的甩干機針對的物料粒度為3-0.5mm，采用條縫形篩縫，即可減少細顆粒的漏損，保存較高的回收率，又使篩網具有較大的開孔率和有效過濾面積。
4.3.5 篩網縫隙寬度的選擇：
在確定篩網縫隙寬度時，應考慮以下因素：在離心甩干機中，濾渣層的厚度很薄，只有2mm左右，因此篩網本身的過濾阻力對離心機的分離能力影響很大，而篩網的過濾阻力與縫隙的大小密切相關，因此增大縫隙寬度，可以加大開孔率和有效過濾面積，減小過濾阻力，提高離心機的分離能力，降低產品含濕量。篩網縫隙的大小與物料的粒度、粘度、濃度等因素有關，特別是與物料的粒度關系甚大，對于細顆粒物料應選用較小的縫隙，其最適宜的數值須經試驗確定，根據實驗，本次所用篩網縫隙寬度為0.35mm，篩逢長35.5mm。
4.3.6 篩網縫隙排列對分離效果的影響
篩網縫隙的排列有橫向排列、縱向排列、斜向排列。
篩條用不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）制成，以提高其耐磨及防銹性能，一般一套篩網可以處理3萬噸左右的甩干煤，就是說，使用期限大約3－4個月。[11]
4.3.7 篩籃主要參數如下：
篩籃轉速 r/min 534
篩籃大端直徑 mm 1150
篩籃小端直徑 mm 713
篩籃半錐角 20°
篩網縫隙 mm 0.3
4.3.8 篩籃強度校核
離心機篩籃是一個從低速向高速旋轉的容器，其轉速從靜止上升至每分鐘幾百轉。由于篩籃自身存在質量引起離心力；而篩籃內的物料在旋轉中也將引起離心力；它們都將對篩籃壁產生應力，并且若產生的應力的總合大于篩籃本身材料的許用應力，會使回轉件發(fā)生“飛裂”，引起嚴重事故，因此須對設計好的篩籃強度進行校核[12]。
由篩籃壁厚校核公式： 公式 (4.15)
·=·=
故篩籃強度足夠。
式中, r——篩網材料密度kg/m；
g——重力加速度9.8m/s；
——篩網開孔率20％；
R——篩籃大端半徑m；
r——物料密度kg/m；
——篩網厚度m；
——篩網半錐角20°；
——螺旋轉子角速度rad/s；
——物料填充系數；
其中，K== 0.4；
——材料許用應力；
其中,
n——安全系數2~2.5；
——開孔削弱系數0.88；
4.3.9 篩籃的制造
制造篩籃時，根據要求選用適當規(guī)格型號的不銹鋼絲在專用設備上軋制成如圖（4.2）形狀的篩條和支撐條，并根據篩縫的不同在專用設備上將篩條和支撐條焊接成篩網，然后將檢驗合格的篩網制作成如圖的扇形網片，最后在專用成型模具上將扇形網片、上、下法蘭盤、加強肋、加強環(huán)等組焊成型。該工序重點是控制篩籃的焊接變形，因此篩籃的各部件在專用模具組焊成型時，必須保證定位準確，夾緊到位，組焊完成后，需待冷卻定型后再脫模、拆模。在動平衡機上做動平衡試驗。最后經檢驗合格后，拋光、油漆。
圖4-2 篩條示意圖
材料選擇是否恰當，不僅影響篩籃的制造成本，而且直接影響篩籃的質量和使用壽命。經分析、比較不同材料的篩籃使用效果，選用 ZG35制作連接法蘭，Q235制作不連接法蘭、加強肋、加強環(huán)，不銹鋼絲作為篩網制作的首選材料。經使用效果證明，所選用的材質都可達到技術要求[13]。
4.3.10 篩籃的平衡實驗
工作時篩籃以中等速度轉動，由于制造的不精確、材料的不均勻和和安裝精度的原因，篩籃的重心有可能不在回轉軸線上，則當其轉動時，其偏心重量就會產生慣性力，從而引起離心機及基礎的振動，影響機器的正常工作和使用壽命。因此，安裝前后都須進行動靜平衡試驗。實驗在專用篩籃平衡機上進行，確定出偏心重量和位置后，在適當的位置增加配重。
4.4 螺旋轉子結構設計
4.4.1 螺旋轉子結構
螺旋轉子的結構尺寸主要根據與篩籃的結構關系確定（如圖4.3）。
根據篩籃半徑和該設備型號及處理能力等各項指標取轉子大端直徑為1146mm，由轉子底角（70°）計算轉子小端直徑為688mm,轉子高為445mm，轉子底部距篩籃底部間距離為30mm，轉子壁厚為10mm，除去刮刀刃和篩網之間的間隙，經計算得刮刀寬度為206mm，刮刀厚度為24mm[15] [17]。
4.4.2 螺旋轉子的升角的確定
刮刀形狀參數設計由公式：
= 公式 (4.16)
其中：——螺旋升角；
S——螺旋刮刀導程；
d——平均直徑；
n——刀片頭數；
p——螺距；
?。簄=12, d=917mm，S =4615mm得：°，p=385mm。
4.4.3 提高刮刀耐磨性措施
為了有效的提高刮刀的使用壽命，在其工作表面加工上高強度的耐磨涂層，可以大大延長工作部件的壽命，可使其壽命提高4倍左右。
圖4-3轉子結構示意圖
4.5 離心機生產能力校核
在確定了螺旋轉子的結構尺寸及相應參數后，需應用上述數據校核原始設計所要求的生產能力。離心機生產能力是指單位時間通過離心機的最大物料量，它取決于料流的速度和螺旋轉子的過料面積。見公式：
生產能力 kg/s
k ——填充系數,指物料充填螺旋過料的比率 k=0.4
——物料的容積重量,取900kg/
A ——螺旋過料面積,
其中
=
=
=0.14
D——螺旋外錐直徑，m；
d ——螺旋內錐直徑，m；
β——螺旋刮刀升角，（）；
Z ——螺旋刮刀頭數；
t ——螺旋葉片厚度，（0.016m）；
v——料流的速度；
其中，
=
=0.33
S——螺旋導程，m；
——篩籃與螺旋轉子之間的轉速差，；
——輸渣效率，（取0.71）；
所以， kg/s
=
=
=16.6kg/s =59 t/h
與該機型設計初的50t/h相比，這個處理能力是可以的，不會出現過載現象，所以經校核規(guī)定該機處理量為50t/h是合理的[18] [19]。
4.6 篩籃與刮刀轉子間間隙的確定
按照這種離心機的要求，配合間隙應為2毫米。如果間隙因磨損而加大，應進行調整。增減心軸凸緣上的墊片，可以使刮刀轉子升高或降低，從而實現調整間隙的目的。如果磨損太嚴重，就應更換新的刮刀。
4.7 分配盤結構設計
分配盤是用球墨鑄鐵鑄成，并用螺栓固定在螺旋轉子體上。當刮刀體轉動時，分配盤上的物料被均勻地甩向篩籃的內壁，從而改善離心機的甩干效果。為減少分配盤的不平衡給整個機體帶來橫向擺動，分配盤必須做動平衡實驗。普通甩干機的分配盤頂圓錐角為90°度，使物料沿切線方向加速后進入篩籃上部入料區(qū)，入料區(qū)減小，甩干工作區(qū)增大，使物料甩干時間大大延長，以提高甩干效果。根據實際設計需要取分配盤高為60mm，底徑為448mm,壁厚為10mm ；如圖所示：
圖4-4 分配盤結構圖
4.8 鐘形罩結構設計
鐘形罩的作用是和螺旋刮刀轉子配合的結構保證煤粒不致落入軸承內，且又便于甩干后煤粒的移動。結構如圖4-5：[21]
4.9 殼體結構設計
機殼是離心機的不動部件，主要用于離心液的收集、排出及甩干后物料的排出。機殼內壁有耐磨鑄石做襯里，以增加其耐磨性。給料管內壁掛耐磨搪瓷，以減小磨擦力，加強耐磨性，提高其使用壽命。它包括蓋，上部機殼，下部支承機殼及減速器機殼。下部支承機殼和減速器是焊接成的一個整體，上部機殼為一個單獨焊接體。用彈性地腳螺栓把下部支承機殼牢固地固定在槽形鋼梁上，鋼梁受承離心機的全部重荷及其工作時的全部運動沖擊力。
圖4-5 鐘形罩結構示意圖
上部機殼擱置在下部支承機殼之上，并用螺栓固定。殼蓋是用鋼板焊接成的組合件，用來罩住甩干的傘形篩網。殼蓋有兩種作用：一是保護篩網不受損傷，不被雜物堵塞和臟污；二是減低從篩縫里甩出的高速水流的速度，并使之落入排水溜槽內。更換篩網時須經常拆卸和安裝殼蓋，因此，它應具有重量輕、強度高、裝卸簡便等特點。
帶動離心機轉子回轉的立式電動機，它垂直安裝在電動機底座上，電動機底座的一端用彈性地腳螺栓固定在槽形鋼梁上。另一端用普通螺栓與離心機下部支承要殼相連。這樣，離心機與電動機就組成了一個整體。如下圖4-6：[23] [22]
4.10 減震裝置設計
離心甩干機在較高的旋轉速度下，雖然在裝配回轉不見前已作過動平衡實驗，但是，實際使用時，不免仍有震動和搖擺的現象。這是因為：
1．裝配和安裝電動機時，有誤差或互相摩擦的地方，以致轉子的旋轉軸線與鉛直軸線偏離，而產生傾倒矩，在水平面上發(fā)生有節(jié)奏的振動。另外，垂直安裝的電動機的重心高，具有不穩(wěn)定的性質，很容易失去平衡。
2．離心機回轉部件磨損后，質量不均勻，在工作中因失去平衡而產生震動。
3．單位時間內，離心機給料不均勻或分配盤向四周甩料不均勻，也是產生震動的主要原因。
彈性地腳螺栓隔振的優(yōu)點是：結構簡單、工作可靠、尺寸小、不影響設備高度、消耗金屬量小、價格便宜、安裝和拆卸方便[24]。
圖4-6 殼體結構簡圖
1－地腳螺栓；2－彈性橡膠塊；3－離心機外殼底緣；4－金屬保護外套；5－槽鋼
圖4-7隔振地腳螺栓
4.11 潤滑系統(tǒng)的設計
離心甩干機的傳動系統(tǒng)用稀油壓力集中潤滑，潤滑油箱經濾油器進入齒輪油泵，然后經主壓油管進入多支油管（分油管）再經4個支油管進入以下潤滑點：1）心軸上部軸承和外軸上下軸承；2）兩對斜齒輪；3）中間軸上部軸承；4）中間軸下部軸承。并在潤滑系統(tǒng)中，采用電接點壓力表。當油壓過低（小于0.04MP）或過高（大于0.35MP）時，發(fā)出警報信號，警告司機停機檢查。其潤滑系統(tǒng)（見圖4.8）[25]
圖4-8-1潤滑系統(tǒng)簡圖
圖4-8-2潤滑系統(tǒng)簡圖
總結
對離心甩干機設計的工作部分的研究，有了較清晰的了解和認識，一個系統(tǒng)的正常工作是有很多部件組成的。在離心甩干機工作部分設計中，有些參量是對本次設計至關重要的。離心力的大小影響甩干的效果。而分離因數就是表示離心機中物料所受離心力大小、分離能力的一個重要指標，對離心機的甩干效率起決定作用。然后是篩籃的構造，篩籃是過濾式離心機的工作表面，是保證離心機正常工作的重要部件，其中有篩籃強度的校核以保證承受物料高速運動時產生的離心力。螺旋轉子是離心機工作部分的另一重要部件。它和篩籃的間隙確定和壽命問題都是值得考慮和研究的。
總之通過對本設計專題的研究和學習，掌握很多解決實際問題的方法和技巧，對以后搞設計打下一個有利的基礎。
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致謝
在指導老師劉麗芳的帶領下，我圓滿完成了本次的畢業(yè)設計任務。通過此次設計我學到了許多書本上沒有的東西，同時，對以前所學到的機械知識，也有了進一步的加深和鞏固。在設計過程中，我借閱了大量的相關資料，并上網查詢了許多有關離心甩干機的新信息，對其有了更深入的了解；對于計算過程，認真思考，爭取不出現較大誤差；對于離心甩干機里需要選型的重要部件、零件的計算與結構設計，更是謹慎行事；對于不懂得問題，通過向指導老師請教，最后也得到了滿意的結果。
在此，我要感謝在整個設計過程中，給與我們莫大幫助的劉老師。無論是在論文內容的選擇、資料的收集，還是在具體的設計計算過程中，老師都給予了我們細心的及時的指導，尤其在論文的整理過程中，宗老師提出了大量寶貴的意見和建議，使我的設計得以更加完善。其次,我們還要向機械系的各位領導和老師,在三年的時間里對我們的教誨和幫助表示感謝!
最后,向在百忙之中抽身來評閱我的論文的各位老師致以最衷心的感謝!由于時間倉促,水平有限、論文中難免有不當之處,真誠地希望各位老師對我的論文提出寶貴意見!