裝配圖φ0
裝配圖φ0,裝配
外文資料翻譯
帶式輸送機(jī)及其牽引系統(tǒng)
??
在運(yùn)送大量的物料時(shí)，帶式輸送機(jī)在長(zhǎng)距離的運(yùn)輸中起到了非常重要的競(jìng)爭(zhēng)作用。輸送系統(tǒng)將會(huì)變得更大、更復(fù)雜，而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也已經(jīng)歷了一個(gè)演變過(guò)程，并將繼續(xù)這樣下去。如今，較大的輸送帶和多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要更大的功率,控制驅(qū)動(dòng)力和加速度扭矩是輸送機(jī)的關(guān)鍵。一個(gè)高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該能順利的運(yùn)行,同時(shí)保持輸送帶張緊力在指定的安全極限負(fù)荷內(nèi)。為了負(fù)載分配在多個(gè)驅(qū)動(dòng)上，扭矩和速度控制在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中也是很重要的因素。由于輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技的進(jìn)步,目前更多可靠的低成本和高效驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可供選擇。
?
1?帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)
?
1.1?帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式
?
全電壓?jiǎn)?dòng)在全電壓?jiǎn)?dòng)設(shè)計(jì)中，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)直接連接到電機(jī)。直接全壓驅(qū)動(dòng)沒(méi)有為變化的傳送負(fù)載提供任何控制,根據(jù)滿載和空載功率需求的比率，空載啟動(dòng)時(shí)比滿載可能快3～4倍。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是:免維護(hù),啟動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，低成本，可靠性高。但是，不能控制啟動(dòng)扭矩和最大停止扭矩。因此，這種方式只用于低功率,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的傳送驅(qū)動(dòng)中。降壓?jiǎn)?dòng)隨著傳送驅(qū)動(dòng)功率的增加,在加速期間控制使用的電機(jī)扭矩變得越來(lái)越重要。由于電機(jī)扭矩是電壓的函數(shù),電機(jī)電壓必須得到控制，一般用可控硅整流器(SCR)構(gòu)成的降壓?jiǎn)?dòng)裝置，先施加低電壓拉緊輸送帶,然后線性的增加供電電壓直到全電壓和最大帶速。但是，這種啟動(dòng)方式不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的加速度，當(dāng)加速完成時(shí),控制電機(jī)電壓的SCR鎖定在全導(dǎo)通，為電機(jī)提供全壓。此種控制方式功率可達(dá)到750kW。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)直接連接到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速機(jī)上,通過(guò)在電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)電阻控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。在傳送裝置啟動(dòng)時(shí),把電阻串聯(lián)進(jìn)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較低的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)傳送帶加速時(shí)，電阻逐漸減少保持穩(wěn)定增加轉(zhuǎn)矩。在多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，一個(gè)外加的滑差電阻可能將總是串聯(lián)在轉(zhuǎn)子繞組回路中以幫助均分負(fù)載。該方式的電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但控制系統(tǒng)可能很復(fù)雜，因?yàn)樗鼈兪腔谟?jì)算機(jī)控制的電阻切換。當(dāng)今，控制系統(tǒng)的大多數(shù)是定制設(shè)計(jì)來(lái)滿足傳送系統(tǒng)的特殊規(guī)格。繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)適合于需要400kW以上的系統(tǒng)。直流(DC)電機(jī)大多數(shù)傳送驅(qū)動(dòng)使用DC并勵(lì)電機(jī)，電機(jī)的電樞在外部連接?？刂艱C驅(qū)動(dòng)技術(shù)一般應(yīng)用SCR裝置，它允許連續(xù)的變速操作。DC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械上是簡(jiǎn)單的,但設(shè)計(jì)的電子電路，監(jiān)測(cè)和控制整個(gè)系統(tǒng)，相比于其他軟啟動(dòng)系統(tǒng)的選擇是昂貴的，但在轉(zhuǎn)矩、負(fù)載均分和變速為主要考慮的場(chǎng)合,它又是一個(gè)可靠的，節(jié)約成本的方式。DC電機(jī)一般使用在功率較大的輸送裝置上,包括需要輸送帶張力控制的多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和需要寬變速范圍的輸送裝置上。
?
1.2?液力偶合器
??
流體動(dòng)力偶合器通常被稱為液力偶合器，由三個(gè)基本單元組成：充當(dāng)離心泵的葉輪,推進(jìn)水壓的渦輪和裝進(jìn)兩個(gè)動(dòng)力部件的外殼。流體從葉輪到渦輪，在從動(dòng)軸產(chǎn)生扭矩。由于循環(huán)流體產(chǎn)生扭矩和速度，在驅(qū)動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間不需要任何機(jī)械連接。這種連接產(chǎn)生的動(dòng)力決定于液力偶合器的充液量，扭矩正比于輸入速度。因在流體偶合中輸出速度小于輸入速度,其間的差值稱為滑差,一般為1%～3%。傳遞功率可達(dá)幾千千瓦。固定充液液力偶合器固定充液液力偶合器是在結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單和僅具有有限的彎曲部分的輸送裝置中最常用的軟啟動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，成本又對(duì)現(xiàn)在使用的大多數(shù)輸送機(jī)能提供優(yōu)良的軟啟動(dòng)效果?？勺兂湟阂毫ε己掀饕卜Q為限矩型液力偶合器。偶合器的葉輪裝在AC電機(jī)上渦輪裝在從動(dòng)減速器高速軸上，包含操作部件的軸箱安裝在驅(qū)動(dòng)基座。偶合器的旋轉(zhuǎn)外溢出口,允許液體不斷地從工作腔中流出進(jìn)入一個(gè)分離的輔助腔，油從輔助腔通過(guò)一個(gè)熱交換器泵到控制偶合器充液量的電磁閥為了控制單機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,必須監(jiān)測(cè)AC電機(jī)電流,給電磁閥的制提供反饋。可變充液液力偶合器可使用在中大功率輸送系統(tǒng)中，功率可達(dá)到數(shù)千千瓦。這種驅(qū)動(dòng)無(wú)論在機(jī)械,或在電氣上都是很復(fù)雜的，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本中等。勺管控制液力偶合器也稱為調(diào)速型液力偶合器。此種液力偶合器同樣由三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的液力偶合單元構(gòu)成，即葉輪、渦輪和一個(gè)包含工作環(huán)路的外殼。此種液力偶合器需要在工作腔以外設(shè)置導(dǎo)管(也稱勺管)和導(dǎo)管依靠調(diào)節(jié)裝置改變勺管開(kāi)度(勺管頂端與旋轉(zhuǎn)外殼間距)人為的改變工作腔的充液量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。這種控提供了合理的平滑加速度，但其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)很復(fù)雜。勺管控制液力偶合器可以應(yīng)用在單機(jī)或多機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，功率范圍為150kW～750kW。
?
1．3?變頻控制(VFC)??
變頻控制也是一種直接驅(qū)動(dòng)方式，它具有非常獨(dú)特的高性能。VFC裝置為感應(yīng)電機(jī)提供變化的頻率和電壓,產(chǎn)生優(yōu)良的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和加速度。VFC設(shè)備是一個(gè)電力電子控制器,首先把AC整流成DC，然后利用逆變器，再將DC轉(zhuǎn)換頻率、AC。VFC驅(qū)動(dòng)采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)不同的負(fù)載采用不同的運(yùn)行速度。VFC驅(qū)動(dòng)能根據(jù)給定的S?曲線啟動(dòng)或停車，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤啟動(dòng)或停曲線。VFC驅(qū)動(dòng)為傳送帶啟動(dòng)提供了優(yōu)良的速度和轉(zhuǎn)矩控制，也能為多機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供負(fù)載均分。VFC控制器可以容易地裝在小功率輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)上。過(guò)去在中高電壓使用時(shí)，VFC設(shè)備的結(jié)構(gòu)由于受電力半導(dǎo)體器件的電壓額定值限制而變得很復(fù)雜，中高電壓的變速傳動(dòng)常常使用低壓逆變器，然后在輸出端使用升壓變壓器，或使用多個(gè)低壓逆變器串聯(lián)來(lái)解決。與簡(jiǎn)單的器件串聯(lián)連接的兩電平逆變器系統(tǒng)比較，由于串聯(lián)器件之間容易均壓以及輸出端可以有更好的諧波特性，三電平電壓型PWM逆變器系統(tǒng)在數(shù)兆瓦工業(yè)傳動(dòng)中近年來(lái)獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。由三臺(tái)750kW/2.3kV的這種逆變器構(gòu)成的VF系統(tǒng)已經(jīng)成功安裝在成莊煤礦長(zhǎng)2.7km的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。
?
2?使用IGBT的中性點(diǎn)箝位三電平逆變器
?
由于串聯(lián)器件電壓均分容易,器件每次開(kāi)關(guān)的dv/dt低以及輸出端出色的諧波品質(zhì)，三電平電壓型逆變器在大功率傳動(dòng)應(yīng)用中變得越來(lái)越流行。高壓IGBT(HV-IGBT)的出現(xiàn)使得應(yīng)用三電平中性點(diǎn)箝位原理的中高壓逆變器設(shè)計(jì)了更大的應(yīng)用范圍。這種逆變器目前可以實(shí)現(xiàn)從2.3kV到4.16kV范圍的應(yīng)用。HV-IGBT模塊串聯(lián)可使用在3.3kV和4.16k設(shè)備。2.3kV逆變器每個(gè)開(kāi)關(guān)只需要一個(gè)HV-IGBT。
??
2．1?主功率逆變電路
??
主功率逆變電路用三電平中點(diǎn)箝位電壓型逆變器實(shí)現(xiàn),可以滿足中高壓交流傳動(dòng)應(yīng)用的需要。與兩電平電壓型逆變器相比，三電平中點(diǎn)箝位電壓型逆變器提供三個(gè)電壓級(jí)別給輸出端，對(duì)于同樣的輸出電流品質(zhì)，開(kāi)關(guān)頻率可降低到原來(lái)的1/4，開(kāi)關(guān)器件的電壓額定值可減小到原來(lái)的1/?2，附加到電機(jī)上的額外的瞬態(tài)電壓應(yīng)力也可能減少到原來(lái)的1/2。三電平中點(diǎn)箝位電壓型逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可歸納于表1，U，V?W
分別表示三相，P，N和O是直流母線上的三個(gè)點(diǎn)。例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1U和S2U合時(shí)，U相處于狀態(tài)P(正母線電壓)?，反之，當(dāng)開(kāi)關(guān)S3U和S4U閉合時(shí)，U處于狀態(tài)N(負(fù)母線電壓)。在中性點(diǎn)箝位時(shí),該相在O狀態(tài)，這時(shí)根據(jù)相電流極性的正負(fù),或者是S2U導(dǎo)通或者是S3U導(dǎo)通。為了保證中性點(diǎn)電壓平衡，在O點(diǎn)被注入的平均電流應(yīng)該是零。
?
2.2?輸入端變流器
?
為通常使用12脈沖二極管整流器給直流環(huán)節(jié)電容器充電,在輸入端引入的諧波是很小的。若對(duì)輸入諧波有更高的要求，可以使用24脈沖二極管整流器作為輸入變流器。對(duì)于需要有再生能力的更高級(jí)應(yīng)用，可以用一個(gè)有源輸入變流器取代二極管整流器，這時(shí)輸入整流器與輸出逆變器為同一結(jié)構(gòu)。
?
2.3?逆變器控制
?
電機(jī)控制感應(yīng)電機(jī)的控制可以使用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制器實(shí),通過(guò)PWM?調(diào)制器完成了恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和高速弱磁區(qū)的控制。指令磁通Ψr是速度的函數(shù),反饋速度和前饋滑差控制信號(hào)ωsl相加。對(duì)相加結(jié)果的頻率信號(hào)積分，然產(chǎn)生單位矢量(cosθe和sinθe)，最后通過(guò)矢量旋轉(zhuǎn)器產(chǎn)生電壓角控制PWM調(diào)制器。PWM調(diào)制器該調(diào)制器實(shí)際上是把空間矢量調(diào)制概念擴(kuò)展到三電平逆變器。其基本原理是三電平PWM調(diào)制器使用兩個(gè)參考波Ur1和Ur2，但只使用一個(gè)三角波。它以一種優(yōu)化方式確定每一次開(kāi)關(guān)時(shí)刻。產(chǎn)生的諧波盡可能的小，使用盡可能低的開(kāi)關(guān)頻率以最小化開(kāi)關(guān)損耗；可將零序成分加到每一個(gè)參考波里以便最大化基波電壓。作為一個(gè)附加的自由參考波與三角波的相對(duì)位置改變，這可以用于直流環(huán)節(jié)中點(diǎn)的電流平衡。
?
3測(cè)試結(jié)果
?
三個(gè)750kW/?2.?3kV?三電平逆變器在成莊煤礦2.?7km長(zhǎng)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成功安裝之后,對(duì)整個(gè)變頻傳動(dòng)系統(tǒng)(VFC)的性能進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯出使用VFC?控制系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)的優(yōu)良特性。由測(cè)試結(jié)果波形看出,曲線1顯示受控帶速,帶速呈S曲線形狀,曲線2、3分別表示電流和扭矩,曲線4顯示帶張力?？梢园l(fā)現(xiàn),帶張力的波動(dòng)范圍很小，所有檢測(cè)結(jié)果顯示出帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)令人滿意的特性。
?
4?結(jié)論
?
近年來(lái)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步已更為可靠，符合低成本效益和高效驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為用戶提供了選擇。在這些選擇中，可變頻率控制(VFC)的方法顯現(xiàn)出在將來(lái)長(zhǎng)距離輸送中帶式輸送機(jī)扮演了重要的角色。使用高壓IGBT中點(diǎn)嵌位三電平逆變器本身可以提供電機(jī)終端所需的供電中高壓,使變頻控制的應(yīng)用更為簡(jiǎn)單。通過(guò)成莊煤礦2.?7k長(zhǎng)帶式輸送機(jī)中采用的中點(diǎn)嵌位三電平變器變頻調(diào)速(VFC)控制系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明,采用HV-IGBT的中點(diǎn)嵌位三電平逆變器以及使用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)矢量控制策略的感應(yīng)電機(jī)變頻傳動(dòng),使帶送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有非常優(yōu)秀的性能,顯示出良好的應(yīng)用前景。
洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
0.9x3m四筒平衡節(jié)能球磨機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要
從目前社會(huì)各種粉磨工業(yè)行業(yè)主要還在使用單筒結(jié)構(gòu)磨機(jī)作業(yè)，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、檢修便利的優(yōu)點(diǎn)，但在節(jié)省能量，高效率粉磨方面還存在著一定的缺陷。武漢工業(yè)大學(xué) 許林發(fā)在發(fā)表的《多筒球磨機(jī)功率的探討》中研究提出單筒式球磨機(jī)電耗較高,其主要原因是磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中研磨體重心偏離回轉(zhuǎn)中心,因此產(chǎn)生了很大回轉(zhuǎn)力矩,為了克服這個(gè)力矩需要很大動(dòng)力【1】便增加了能耗。
本次設(shè)計(jì)的磨機(jī)主旨是節(jié)能降耗、提高研磨效率。在降低能耗、提高研磨效率方面，主要從筒體結(jié)構(gòu)的改變來(lái)入手，將單筒磨機(jī)的三分之二部分筒體改為并聯(lián)四個(gè)小筒與單筒串聯(lián)。通過(guò)理論計(jì)算及分析得出以下幾個(gè)結(jié)論：
節(jié)能方面；第一，整體來(lái)看大筒變小筒則筒體的直徑縮小，在單筒最適宜轉(zhuǎn)速下小筒的轉(zhuǎn)速將增加，相反要使得小筒的轉(zhuǎn)速為最適宜轉(zhuǎn)速則磨機(jī)轉(zhuǎn)速必須降低，所以磨機(jī)整體功率降低，這樣便達(dá)到節(jié)能降耗的目的。第二，研磨體的偏心距減小，其產(chǎn)生的力矩減小，則磨機(jī)克服該力矩所需的功減小。第三，在填充率、磨機(jī)規(guī)格相同的情況下，四筒磨機(jī)比單筒磨機(jī)的功率降低了49%，即四筒磨機(jī)更加節(jié)能。第四，在相同的研磨體裝載量的情況下，四筒磨機(jī)比單筒磨機(jī)的功率降低20%左右。
研磨效率方面；第一，單筒改為四筒相同規(guī)格下，四筒磨機(jī)研磨體對(duì)筒體的空間占用率增加，研磨更加充分，則研磨效率便相對(duì)提高，第二，四筒磨機(jī)在回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，四個(gè)小筒的研磨狀態(tài)是在傾瀉狀態(tài)下研磨，則研磨效果更佳。
關(guān)鍵詞：降低能耗，提高粉磨效率，球磨機(jī)，四筒，填充率
0.9 x3m four cylinder balance
design of energy saving ball mill
ABSTRACT
So?far,the?social?various?grinding?industry?research?mainly?still?uses?single?cylinder?mill?operation?structure?.Although?its?advantages?of?simple?structure,?convenient?installation?and?maintenance?convenience,in?savingnergy ,? high?efficiency?grinding?ways,?there?are?some?shortcomings.Xu?Linfa??in?wuhan? university?publishedtechnology? in? thecone?ball?mill?power?to?explore?moreto?study? and?put? forward??the?higher?power?consumptionof?single?type?ball?mill.?The?main?reason?is?mill?grinding?rotary?center?heart?weight?deviation?in?the?operation,?so?produces?large?torque,?in?order?to?overcome?theforce?torch?need?big?power?[1].
I?design?the?mill?in?reducing?energy?consumption?andimproving?the?grinding?efficiency?which?is?different?fromthe?above?methods,?mainly?from?changes?in?the?structureof?cylinder?of?the?two-thirds?of?the?single?cylinder?grinding?machine?parts?cylinder?restructuring?for?parallel?four?small?tube?with?single?tube?series,?the?big?drum?smaller?cylinder?cylinder?diameter?becomes?smaller?in?monocular?optimum?speed?under?small?cylinder?speed?will?increase,?in?contrast?to?make?the?speed?of?the?small?tubefor?optimum?speed?is?single?cylinder?speed?must?be?reduced,?so?the?mill?overall?power?is?lower,?thus?achieve?the?purpose?of?saving?energy?and?reducing?consumption,?through?the?theoretical?calculation,?the?filling?rate,?mill?under?the?condition?of?same?specification,?four?cylinder?mill?more?energy-saving?than?single?tube?mill.Monocular?to?four?cylinder?under?the?same?specification,?grinding?medium?space?occupancy?rate?increases,?the?grinding?more?fully,?at?the?same?time?is?the?status?of?the?foursmall?cone?grinding?in?state?through?the?grinding,?so?the?grinding?efficiency?are?greatly?improved.
KEY WORDS: Reduce energy consumption, Improve the grinding efficiency，Ball mill，F(xiàn)ill rates
目 錄
前 言 1
第1章 球磨機(jī)的原理及總體方案 2
1.1 球磨機(jī)的工作原理 2
1.2 磨機(jī)的整體方案 3
1.3 磨機(jī)的回轉(zhuǎn)部分 3
1.3.1 筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
1.3.2 磨門(mén)與人孔 4
1.3.3 磨機(jī)整體回轉(zhuǎn)部分筒體的條件選擇 5
1.4 磨機(jī)的傳動(dòng)部分 5
1.4.1 邊緣傳動(dòng) 5
1.4.2 中心傳動(dòng) 6
1.5 磨機(jī)的支承部分 6
1.5.1 滑履支承 6
1.5.2 主軸承支承 7
1.5.3 混合支承 7
1.6 球磨機(jī)進(jìn)料裝置的形式 8
1.6.1 利用螺旋葉片進(jìn)料 8
1.6.2 利用加料螺旋葉片進(jìn)料 8
1.6.3 截頭圓錐漏斗進(jìn)料 8
1.7 磨機(jī)出料裝置 9
第2章 磨機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算 10
2.1 四筒磨機(jī)研磨體裝載量的計(jì)算 10
2.2 討論以小筒體為對(duì)象分析四筒磨機(jī)最適宜轉(zhuǎn)速 10
2.2.1 筒體磨機(jī)最佳轉(zhuǎn)速 10
2.2.2 四筒磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速 11
2.3 討論以大筒為對(duì)象分析計(jì)算小筒的參數(shù) 12
2.3.1 單筒磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速 12
2.3.2 單筒的理論最適宜轉(zhuǎn)速 12
2.3.3 實(shí)際 工作轉(zhuǎn)速 13
2.4 四筒磨機(jī)的功率計(jì)算 13
2.4.1 討論在研磨體裝載量相同下四筒與單筒磨機(jī)的功率比 13
2.4.2 討論在磨機(jī)相同規(guī)格下四筒與單筒磨機(jī)的功率比 15
2.4.3 磨機(jī)電動(dòng)機(jī)功率選擇 16
2.5 四筒磨機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算 16
2.5.1 四筒磨機(jī)的單位小時(shí)生產(chǎn)能力 17
2.5.2 單筒磨機(jī)的單位小時(shí)生產(chǎn)能力 18
第3章 四筒磨機(jī)的零件設(shè)計(jì) 19
3.1 磨頭 19
3.1.1 中空軸的相關(guān)尺寸 20
3.1.2 四筒磨機(jī)磨頭的計(jì)算 21
3.1.3 四筒磨機(jī)磨頭的結(jié)構(gòu) 22
3.2 襯板設(shè)計(jì) 23
3.2.1 四筒磨機(jī)襯板作用 23
3.2.2 四筒磨機(jī)襯板材料 23
3.2.3 四筒磨機(jī)襯板種類 24
3.3 隔倉(cāng)板 26
3.3.1 隔倉(cāng)板的作用及結(jié)構(gòu) 26
3.3.2 隔倉(cāng)板的類型 26
第4章 磨機(jī)的校核 28
4.1 筒體上所承受的總載荷 28
4.1.2 第二部分力研磨體跟物料隨筒體回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力 29
4.2 筒體作用力的分布 29
4.3 四筒磨機(jī)筒體的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 31
4.3.1 進(jìn)出料端主軸承處的支反力 31
4.3.2 驗(yàn)算磨機(jī)筒體的彎曲強(qiáng)度 33
4.4 磨頭（磨尾）與筒體法蘭的鏈接螺栓校核 33
結(jié) 論 35
謝 辭 36
參考文獻(xiàn) 37
外文資料翻譯 38
8
前 言
本次四筒平衡節(jié)能磨機(jī)的設(shè)計(jì)課題的研究意義主要有兩個(gè)方面，第一個(gè)方面是目前水泥工業(yè)對(duì)于能量資源的需求是比較明顯的，尤其是電能的消耗。在整個(gè)工廠中不光是煤炭資源的需求，在整個(gè)生產(chǎn)工藝路線中除了運(yùn)送物料路線上的設(shè)備需要耗電之外，主要的電耗在于粉磨上面，尤其是球磨機(jī)這一環(huán)節(jié)。它是一個(gè)電耗無(wú)底洞，每天二十四小時(shí)運(yùn)作，所以要對(duì)球磨機(jī)這塊加大人力物力的投入，研究出一款能節(jié)約能源降低經(jīng)濟(jì)成本而且提高粉磨小率的球磨機(jī)，那么在這方面的需求就有著不可言喻，眾所周知的迫切，從而可以引出本課題設(shè)計(jì)的四筒球磨機(jī)主要從降低能耗方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么如何相對(duì)于目前社會(huì)工業(yè)中普遍使用的單筒磨機(jī)在能耗方面降低的優(yōu)勢(shì)做出合理的理論依據(jù)呢？事實(shí)表明磨機(jī)在回轉(zhuǎn)的過(guò)程中筒體內(nèi)部的研磨體和物體隨筒壁一起上升下降回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中有一個(gè)回轉(zhuǎn)力矩，就是筒體中心與研磨體重心之間的距離稱之為偏心距，偏心距越大則要克服這個(gè)回轉(zhuǎn)力矩便會(huì)需要越大的能量，從而導(dǎo)致磨機(jī)能耗的增加，所以四筒磨機(jī)主要就是為了減小這個(gè)偏心距來(lái)減小能耗。
第二個(gè)方面就是單筒磨機(jī)除了偏心距大之外就是整個(gè)內(nèi)部有效空間利用率低，四筒磨機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好將整個(gè)大得空間分割成四個(gè)較小的空間然后研磨體跟物料再回轉(zhuǎn)的過(guò)程中盡可能的占用了越多的空間，四筒磨機(jī)較之于單筒磨機(jī)多筒磨機(jī)能夠使細(xì)磨倉(cāng)運(yùn)行最佳化, 并且筒體結(jié)構(gòu)的改變使得筒體空間體積利用率提高，小筒的轉(zhuǎn)速較之于大筒轉(zhuǎn)速相對(duì)減小使得物料充分研磨同時(shí)保證生產(chǎn)出高細(xì)度水泥提高粉磨效率。
從國(guó)內(nèi)外的研究狀況來(lái)看，四筒磨機(jī)尚在一個(gè)萌芽期，并不是普遍推廣使用，在前蘇聯(lián)一家水泥廠將一臺(tái)單筒磨機(jī)結(jié)構(gòu)改變?yōu)樗耐?，運(yùn)作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電耗較之于單筒降低了將近一半。在國(guó)內(nèi)也處于研究狀態(tài)，合肥水泥設(shè)計(jì)院也對(duì)多筒磨機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)得出了同樣的結(jié)論，所以四筒磨機(jī)有一定的發(fā)展空間和潛力。
第1章 球磨機(jī)的原理及總體方案確定
1.1 球磨機(jī)的工作原理
球磨機(jī)的主要工作部分是一個(gè)回轉(zhuǎn)筒體，裝在兩個(gè)軸承上水平放置，用隔倉(cāng)板把筒體分成幾個(gè)倉(cāng)而各倉(cāng)內(nèi)用一定量及規(guī)格的研磨體填充，研磨體主要有鋼球、鋼段、鋼棒、卵石、礫石等。在筒體內(nèi)壁裝有襯板其作用是為了防止筒體被磨損。磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，研磨體在離心力跟與襯板面產(chǎn)生的摩擦力的作用下，在筒體固定的襯板面上粘連，隨筒體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而且隨它運(yùn)動(dòng)到一定的高度，重力作使其自由掉落，掉落時(shí)它會(huì)像拋物體那樣，撞擊底部的物料把物料擊碎同時(shí)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中研磨體跟物料之間相互擠壓摩擦而碾碎物料。在筒體運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中研磨體跟物料的運(yùn)動(dòng)情況就這樣上去下來(lái)周而復(fù)始的不停地運(yùn)動(dòng)研磨。物料由進(jìn)料端緩慢流動(dòng)到出料端是在進(jìn)料端不斷喂入新物料情況下，進(jìn)料與出料端物料之間存在著一定的壓迫力，并且研磨體下落時(shí)沖擊物料產(chǎn)生軸向推力迫使物料流動(dòng)而且磨內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)也有一定的使物料橫向流動(dòng)流動(dòng)的力，從而完成作業(yè)。
楊樹(shù)森譯自蘇聯(lián)《水泥》，文章中指出目前在水泥工業(yè)中應(yīng)
用的管磨機(jī)是不經(jīng)濟(jì)的, 磨制一噸水泥需耗30 一35 度電能。電耗大的主要原因是, 物料和研磨體偏心地分布在磨機(jī)中, 使磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生很大的阻力矩, 因此就必須用相當(dāng)?shù)哪芰靠朔?
查閱相關(guān)資料蘇聯(lián)奧爾格水泥工業(yè)設(shè)計(jì)院, 研制了一種均衡式多筒球磨機(jī), 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得到了滿意的結(jié)果。多筒式球磨機(jī)多個(gè)筒體組成: 一個(gè)中心筒體, 用于粗碎物料, 三個(gè)(或四個(gè)) 均衡用的筒體, 起著繼續(xù)破碎作用; 還有六個(gè)( 或八個(gè)) 筒體成對(duì)地分布在外圍, 用來(lái)最后細(xì)磨水泥【2】。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其一相比較同規(guī)格同條件下的傳統(tǒng)單筒磨機(jī)其耗電量降低了將近一倍，其二粉磨效率提高30%。我國(guó)國(guó)家建材局合肥水泥研究設(shè)計(jì)院也做了相似的實(shí)驗(yàn)并且也進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)也得出相同的結(jié)論。
那么結(jié)構(gòu)的改變從理論來(lái)講磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中研磨體重心偏離回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生了很大回轉(zhuǎn)力矩,為了克服這個(gè)力炬需要很大動(dòng)力從而增加了電耗，同時(shí)多筒在單筒的基礎(chǔ)上增加了研磨體的填充率，在單筒的轉(zhuǎn)速下多筒的轉(zhuǎn)速增大從而也提高了其粉磨效率。
1.2磨機(jī)的整體方案
首先磨機(jī)它分為以下幾大部分，傳動(dòng)部分、支承部分、回轉(zhuǎn)部分、進(jìn)料部分、出料部分
圖1-1球磨機(jī)總裝圖
圖1-2 球磨機(jī)總裝圖
1——進(jìn)料部分 2——主軸承支承 3——回轉(zhuǎn)部分
4——尾部出料部分 5——中心傳動(dòng)部分
1.3 磨機(jī)的回轉(zhuǎn)部分
1.3.1 筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本次筒體設(shè)計(jì)成“分段式” 結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)分三個(gè)部分，第一部分位置在進(jìn)料端為一個(gè)單筒，主要對(duì)大顆粒物料進(jìn)行粉磨，這一部分占總體長(zhǎng)度的三分之一，第二部分為四個(gè)并聯(lián)的小筒組成，該部分為設(shè)計(jì)的主要部分其長(zhǎng)度占總長(zhǎng)的接近三分之二，第三部分為匯料倉(cāng)，主要使四個(gè)小筒的物料匯集到一起最終將物料排出。
筒體每一部分之間采用法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)，筒體與端蓋的鏈接方式選用的是內(nèi)接法蘭聯(lián)接，這樣的聯(lián)接是大中型磨體廣泛采用的結(jié)構(gòu)他的特點(diǎn)是原材料的利用率相當(dāng)高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理。
圖1-3 磨機(jī)回轉(zhuǎn)體部分
計(jì)算得大筒半徑與小筒半徑的關(guān)系式為：
（1-1）
由于R=450mm，代入上式得
=186.7
從結(jié)構(gòu)來(lái)講小筒需要安裝固定在大筒上則需要留出小筒與大筒鏈接法蘭部分尺寸，法蘭尺寸定為48mm，另外為了便于安裝需要預(yù)留水平方向最近的兩個(gè)小筒之間的距離能使工作人員的手進(jìn)出，取值為32mm，
圖1-4 筒體結(jié)構(gòu)圖
1.3.2 磨門(mén)與人孔
我們知道磨門(mén)是便于人孔的封閉而設(shè)置的，主要作用就是拆卸安裝便利，銜接牢靠。人孔的作用顧名思義就是便于工作人員進(jìn)出維修 、安裝、采樣。
磨門(mén)分“內(nèi)提式”和“外蓋式”兩種結(jié)構(gòu)類型，本次我使用外蓋式結(jié)構(gòu)類型。
其襯板與蓋用螺栓鏈接，簡(jiǎn)單易行，操作方便。
1.3.3 整個(gè)磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分筒體的條件選擇
由于本次設(shè)計(jì)是小規(guī)格試驗(yàn)型磨機(jī)我們選用筒體的鋼板材料為選擇Q235材料，其優(yōu)點(diǎn)硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性均適中耐磨性也不錯(cuò)，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠降低生產(chǎn)成本。筒體有的部分需要焊接，所以鋼板的厚度=20mm。
筒體的最小內(nèi)徑
（1-2）
式中 ——筒體的最大直徑，=900mm；
——筒體的最小內(nèi)徑，mm；
——襯板厚度，m；取50mm。
筒體的有效長(zhǎng)度
（1-3） 式中 ——筒體的規(guī)定長(zhǎng)度，L=3000mm；
——筒體的有效長(zhǎng)度，mm；
——端蓋襯板的厚度，mm；取50
——隔倉(cāng)板的厚度，mm；取50mm
——揚(yáng)料裝置的厚度,mm；取100m。
代入公式(1-3)
m
1.4 磨機(jī)的傳動(dòng)部分
1.4.1 邊緣傳動(dòng)
圖1-5 邊緣傳動(dòng)
邊緣傳動(dòng)需要在筒體上安裝一個(gè)大齒圈，而這個(gè)大齒圈直徑大制造難度大，同時(shí)它會(huì)使得磨機(jī)整體占用空間大，機(jī)械效率相對(duì)較差 。
1.4.2.中心傳動(dòng)
圖1-6 中心傳動(dòng)
中心傳動(dòng)通過(guò)中空軸帶動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，占用空間小，機(jī)械效率較高本次設(shè)計(jì)采用中心傳動(dòng)。
1.5 支承部分
1.5.1 滑履支承
圖1-7 滑履支撐
滑履軸承的磨機(jī)是通過(guò)固裝在磨機(jī)筒體上的輪帶支承在滑履上運(yùn)轉(zhuǎn)，滑履軸承與回轉(zhuǎn)筒體間的摩擦是滑動(dòng)摩擦，即磨機(jī)筒體上的滑環(huán)在特殊金屬層（一般為巴氏合金）表面滑動(dòng)，以減小阻力?；妮S承與普通軸承的功用差不多，但其最大缺點(diǎn)是不耐高溫，一般75℃便會(huì)失效。
1.5.2 主軸承支承
圖1-8 主軸承支承
主軸承支承他承受整個(gè)磨機(jī)的筒體及其他部件的重量，主軸承的結(jié)構(gòu)由軸瓦、軸承底座、軸承蓋、潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)組成，軸瓦整體式的比較廉價(jià)一般用在受力要求比較低的地方，而軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，用在受力要求比較高一點(diǎn)的地方，如果受使用空間或特殊要求限制或是受力或間隙要求非常嚴(yán)格，一般需要專門(mén)設(shè)計(jì)的軸瓦（一般是對(duì)開(kāi)式，極少用整體式）
1.5.3 混合支承
圖1-9 混合支承
混合支承就是滑履支撐和主軸承支承的混合使用，這樣的好處是磨機(jī)安裝的自由度大，磨機(jī)長(zhǎng)期使用的過(guò)程中靈活調(diào)節(jié)及維修操作，磨機(jī)在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中會(huì)受到不同程度的磨損，導(dǎo)致磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，從而增加能耗，降低生產(chǎn)率，目前工業(yè)中廣泛使用這種混合支承。但缺點(diǎn)是制造成本高，對(duì)于試驗(yàn)樣機(jī)來(lái)說(shuō)不經(jīng)濟(jì)。
那么本次設(shè)計(jì)支承裝置就使用主軸承支承。
1.6. 進(jìn)料裝置球磨機(jī)常用進(jìn)料裝置形式
1.6.1利用螺旋葉片進(jìn)料
物料由進(jìn)料口進(jìn)入裝料接管內(nèi),接管有鋼板制成,內(nèi)裝有螺旋葉和隔板,接管用螺釘固定到空心軸徑的端部,并隨之一起旋轉(zhuǎn),空心軸徑內(nèi)裝有套筒,套筒的里面焊有螺旋葉片.當(dāng)接管和套筒隨磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),由進(jìn)料口進(jìn)入接管中的物料,在螺旋葉的推動(dòng)下進(jìn)入隔板中,并由隔板帶起流入套筒中,進(jìn)入套筒中的物料在螺旋葉片的作用下被推入磨機(jī)機(jī)體中.在加料溜子和接管之間,裝有毛氈密封圈以防止漏料.
1.6.2利用加料螺旋進(jìn)料
該進(jìn)料裝置的結(jié)構(gòu)空心軸徑中裝有固定的套筒,由單獨(dú)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺栓在套筒中轉(zhuǎn)動(dòng),物料由加料口加入套筒中,在螺栓的作用下,將物料推入磨體中.該進(jìn)料裝置形式只在一些原有的老式球磨機(jī)上還有使用,新型球磨機(jī)已不在采用.
1.6.3截頭圓錐漏斗形式
進(jìn)料端物料經(jīng)鑄鐵加料溜子加入球磨機(jī),溜子支撐在支座上,物料從溜子進(jìn)入錐形漏斗,漏斗嵌入軸頸內(nèi)腔.漏斗有較大的中心角,以保證加料充足,進(jìn)料漏斗的物料能迅速沿軸線向筒體內(nèi)移動(dòng),鋼環(huán)起磨頭襯板的作用,以保護(hù)磨頭不受物料和研磨體的沖刷磨損.肋板起加強(qiáng)磨頭鋼度的作用,同時(shí)也是環(huán)的支架,鋼環(huán)以螺栓與磨頭聯(lián)結(jié).采用這種結(jié)構(gòu)形式時(shí)截頭圓錐的傾斜角大于物料的休止角.
圖1-10 進(jìn)料部分 圖1-11 螺旋進(jìn)料裝置
本次使用螺旋葉片進(jìn)料方式
1.7 出料裝置
出料裝置跟進(jìn)料裝置有很大得相似之處，出料裝置需要一個(gè)外罩，其形式大致有三種，中心傳動(dòng)中心卸料，中心傳動(dòng)尾部卸料，邊緣傳動(dòng)中心卸料。本次設(shè)計(jì)使用中心傳動(dòng)尾部卸料方式，在出料端的輔助設(shè)備中如果用螺旋運(yùn)輸機(jī)，在該設(shè)備里會(huì)有叫螺旋葉片的零件
圖1-12出料裝置
第2章 主要參數(shù)的計(jì)算
2.1 四筒磨機(jī)的研磨體裝載量計(jì)算
研磨體裝載量的計(jì)算，它取決于填充率的大小選擇研磨體填充系數(shù)為ψ=0.3，
H=0.00785Di2Lψρ （2-3）
式中 G—磨內(nèi)研磨體裝載量，t
Di--磨機(jī)有效直徑，m
L—磨機(jī)有效長(zhǎng)度，m
ψ—磨內(nèi)研磨體填充率，
ρ—研磨體容積密度，t/m3,(鋼球的容積密度一般為4.56——4.85t/m3)
第一部分筒體內(nèi)研磨體的裝載量，由公式
H1=0.00785Di2Lψρ
=0.00785×0.876×0.876×1×0.3×4.56
=8.24×10-3 t
第二部分四個(gè)小筒內(nèi)研磨體的裝載量；
H2=0.00785Di2Lψρ
=0.00785×0.276×0.276×2×0.3×4.56×4
=6.5×10-3 t
兩部分研磨體裝載量總和為G
H=1.47×10-2 t
2.2 討論以小筒為對(duì)象分析四筒磨機(jī)最適宜轉(zhuǎn)速
2.2.1 四筒磨機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速
所謂理論最適宜轉(zhuǎn)速通俗易懂的講就是研磨體跟物料隨筒體上升到一個(gè)相對(duì)于筒體底部形成的最大距離，那么這個(gè)距離是研磨體跟物料在回轉(zhuǎn)的整個(gè)過(guò)程中的最大距離我們稱之為最大降落高度，使得物料粉碎的效果最佳。如圖所示
圖2-1 研磨體的運(yùn)動(dòng)軌跡
要使得研磨體在最大降落高度處的條件為
（2-7）
其中 ψ=0°，α=60°，代入得四筒磨機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速
（rad/s）
將R=0.45mm，代入公式得
將角速度轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速，有公式
即四筒磨機(jī)大筒的最佳轉(zhuǎn)速為3.92rad/s時(shí)，小筒中研磨體跟物料獲得最佳降落沖擊能，從而達(dá)到最佳研磨的效果。
但是為了提高研磨效率磨機(jī)的轉(zhuǎn)速必須比上面計(jì)算的轉(zhuǎn)速低，這樣才能達(dá)到研磨體跟物料運(yùn)動(dòng)形成傾瀉的狀態(tài)。
2.2.2 四筒磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速
研磨體跟物料隨筒體回轉(zhuǎn)，筒體轉(zhuǎn)速越大研磨體和物料隨筒體內(nèi)壁上升的高度越高，當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)研磨體跟物料在某個(gè)高度受力平衡即它本身的重力等于周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，此時(shí)的研磨體跟物料的位置稱為極限位置。
（2-8）
將R=0.45mm，代入公式得
則
2.3 討論：以大筒為對(duì)象分析計(jì)算小筒的參數(shù)
2.3.1 單筒的臨界轉(zhuǎn)速N0
α稱為脫離角并且α等于零，那么根據(jù)單筒臨界轉(zhuǎn)速的公式得：
（2-9）
式中 ——臨界轉(zhuǎn)速，r/min；
——磨機(jī)筒體有效直徑, m。
代入公式
我們所采用的這個(gè)公式是在一定的假設(shè)情況下分析得出的優(yōu)化公式，那么事實(shí)上這樣計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)速比實(shí)際轉(zhuǎn)速小，那是怎么個(gè)小法呢且聽(tīng)我慢慢道來(lái)，我們假設(shè)的前提條件是研磨體之間以及研磨體與筒體內(nèi)壁之間是不存在相對(duì)滑動(dòng)的，那么實(shí)際情況是不可能不存在相對(duì)滑動(dòng)的，所以要達(dá)到某個(gè)高度筒體的轉(zhuǎn)速必須在理論基礎(chǔ)上增加，所以實(shí)際筒體轉(zhuǎn)速比理論轉(zhuǎn)速高。
2.3.2 大筒的理論最適宜轉(zhuǎn)速n
同樣也會(huì)有個(gè)脫離角的值α等于54°44′，根據(jù)公式
cos≥，
得 （2-10）
代入公式
我們可以根據(jù)他們的比值計(jì)算出轉(zhuǎn)速比
（2-11）
2.3.3 實(shí)際工作轉(zhuǎn)速
磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速就是再次去掉假設(shè)模型，根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)和各種資料總結(jié)的一套經(jīng)驗(yàn)值，我們同樣得出一些經(jīng)驗(yàn)公式，都是根據(jù)筒體的直徑來(lái)做一定的變化，在此本次的磨機(jī)的筒體直徑為ψ=0.9m，那么他的相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式為
當(dāng)≤1.8m （2-12）
式中 ——筒體的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，r/min；
——筒體的有效內(nèi)徑，m；
——筒體規(guī)格直徑，m。
代入公式
經(jīng)過(guò)上述討論發(fā)現(xiàn)，根據(jù)研究分析在填充率、磨機(jī)筒體尺寸、磨機(jī)結(jié)構(gòu)等相同條件下分析的對(duì)象不同得出的四筒磨機(jī)最佳轉(zhuǎn)速不同。為了達(dá)到最佳狀態(tài)，采用以大筒為對(duì)象分析計(jì)算出得磨機(jī)轉(zhuǎn)速，下面我們根據(jù)第二種討論方案計(jì)算的磨機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別來(lái)計(jì)算磨機(jī)的功率及其產(chǎn)量。
2.4 四筒磨機(jī)的功率計(jì)算
2.4.1 討論一：研磨體裝載量相同下，四筒磨機(jī)與單筒磨機(jī)的功率比
A 根據(jù)轉(zhuǎn)速n計(jì)算四筒磨機(jī)的功率
磨機(jī)的功率主要根據(jù)磨機(jī)的有效容積磨機(jī)的有效內(nèi)徑磨機(jī)的最適宜轉(zhuǎn)速和研磨體裝載量以及磨機(jī)的填充率等數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。其他的影響因素還有很多，但都是一些小得影響在這里就不做討論，本次設(shè)計(jì)我們采用下面著個(gè)公式來(lái)計(jì)算磨機(jī)的功率。
（2-13）
式中 W--磨機(jī)的功率；kw
H--球磨機(jī)筒體內(nèi)研磨體的總重量；N
R--筒體有效半徑 ；m
n--磨機(jī)轉(zhuǎn)速；r/min
--球磨機(jī)的機(jī)械效率；（中心傳動(dòng)=0.92--0.94，邊緣傳動(dòng)，=0.86--0.90）
代入數(shù)據(jù)計(jì)算
由公式
=2.87×10-3 kw
則，總功率為
8.35×10-3 kw
B 根據(jù)轉(zhuǎn)速n來(lái)計(jì)算單筒磨機(jī)的功率
由上述功率公式
在研磨體裝載量相同的條件下四筒磨機(jī)與單筒磨機(jī)的功率之比為W
即
從比值來(lái)看在同規(guī)格筒填充率等得條件下：四筒磨機(jī)比單筒磨機(jī)功率降低了22%左右，換言之四筒磨機(jī)比單筒磨機(jī)能量消耗降低了22%左右。
2.4.2 討論在相同規(guī)格下，四筒磨機(jī)與單筒磨機(jī)的功率比
A 根據(jù)轉(zhuǎn)速n計(jì)算四筒磨機(jī)的功率
=2.87×10-3 kw
則，總功率為
8.35×10-3 kw
B 根據(jù)轉(zhuǎn)速n來(lái)計(jì)算同規(guī)格單筒磨機(jī)的功率
同規(guī)格下單筒磨機(jī)筒體內(nèi)研磨體的裝載量，由公式
H=0.00785Di2Lψρ
=0.00785×0.876×0.876×3×0.3×4.56
=2.47×10-2 t
由上述功率公式
在相同規(guī)格及其他條件下四筒磨機(jī)與單筒磨機(jī)的功率之比為W
即
從比值來(lái)看在同規(guī)格筒填充率等得條件下：四筒磨機(jī)比單筒磨機(jī)功率降低了49%，換言之四筒磨機(jī)比單筒磨機(jī)能量消耗降低了將近一半。
2.4.3 磨機(jī)電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
=1.25×1.00.00835=1.08×10-2 kW (2-14)
式中 ——與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)表2-1；
——電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。
表2-1 與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率有關(guān)的系數(shù)
磨機(jī)形式
干法磨
中卸磨
邊緣傳動(dòng)
1.3
1.4
中心傳動(dòng)
1.25
1.35
2.5 四筒球磨機(jī)的生產(chǎn)能力的計(jì)算
球磨機(jī)的生產(chǎn)能力的計(jì)算方法有很多種，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的一套理論公式來(lái)計(jì)算其生產(chǎn)能力，就現(xiàn)在的一些公式都是根據(jù)跟磨機(jī)有關(guān)的相關(guān)性能及參數(shù)得到的經(jīng)驗(yàn)公式，那么影響磨機(jī)生產(chǎn)能力的因素大體又研磨體的填充率物料的顆粒粒度鋼球的級(jí)配等。我們選擇的經(jīng)驗(yàn)公式為：
(2-15)
式中 Q--球磨機(jī)的生產(chǎn)能力，t/h
V--球磨機(jī)筒體的有效容積，m3
K--球磨機(jī)單位功率單位時(shí)間的產(chǎn)量，t/(kw.h)；（普通開(kāi)流系統(tǒng)的干法水泥的K值一般取0.029--0.031）
D--球磨機(jī)筒體的有效內(nèi)徑，m
2.5.1 四筒球磨機(jī)的單位小時(shí)生產(chǎn)能力
第一部分大筒的計(jì)算
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：
第二部分四個(gè)小筒的計(jì)算
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：
四筒磨機(jī)的單位小時(shí)的生產(chǎn)力為Q
2.5.2 單筒磨機(jī)的單位小時(shí)生產(chǎn)力的計(jì)算
通過(guò)上述兩種研磨體裝載量相等的情況下得出的單位小時(shí)生產(chǎn)能力，四筒磨機(jī)生產(chǎn)能力高于單筒。
相反在相同規(guī)格下單筒磨機(jī)的生產(chǎn)能力
可以看出單筒磨機(jī)的單位小時(shí)生產(chǎn)能力大于四筒磨機(jī)。這是因?yàn)橄嗤?guī)格下單筒磨機(jī)的研磨體裝載量大于四筒磨機(jī)的研磨體裝載量。
17
洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第3章 四筒磨機(jī)的零件設(shè)計(jì)
3.1 磨頭
磨頭是一個(gè)總稱，它從作用上分為筒體端蓋、中空軸兩部分，從整體來(lái)看他是一個(gè)兩個(gè)作用合成的一個(gè)整體，從端蓋的作用來(lái)講，他是鏈接和固定筒體的結(jié)構(gòu)通過(guò)螺栓將筒體上的法蘭跟磨頭鏈接，另外起到密封的作用將物料通過(guò)進(jìn)料裝置將物料送進(jìn)磨頭匯流到筒體，從中空軸的作用來(lái)講，本次設(shè)計(jì)支撐裝置是主軸承支承，支承的位置在中空軸上，磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)中空軸上會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以在結(jié)構(gòu)制造上應(yīng)當(dāng)有去除應(yīng)力的工藝，由于磨頭部分是磨機(jī)壽命最短的部位，所以需要用簡(jiǎn)單、易換、好安裝、另外某些部位需要精加工降低表面粗糙度，的結(jié)構(gòu)，大多磨頭的結(jié)構(gòu)制造都采用澆鑄式，澆鑄式磨頭有一些隱患就是工藝處理的過(guò)程中會(huì)在某些部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，如果沒(méi)能及時(shí)消除這些應(yīng)力，磨機(jī)在工作時(shí)間久了會(huì)產(chǎn)生不必要的安全隱患，還有的磨頭結(jié)構(gòu)采用焊接的方式將中空軸與端蓋之間進(jìn)行焊接，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，比如端蓋部分不需要加工精度直接澆鑄，中空軸部分工藝比較多，也有精加工的部位，所以分開(kāi)制造操作起來(lái)容易，本次設(shè)計(jì)就采用了焊接式的磨頭結(jié)構(gòu)。由于是小規(guī)格試驗(yàn)?zāi)C(jī)所以不需要加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)，
圖3-1 磨頭
3.1.1 中空軸的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸
已知 D = 900mm ，則mm ,取 = 750 mm 。
— 磨頭軸頸寬。由磨頭支承裝置部位的支承力和他的許用壓力分析得出
mm （3-1）
圖3-2 中空軸的結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸
的距離的設(shè)計(jì)保證了軸頸間隙，由于磨機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作過(guò)程中會(huì)有一定的磨損，磨損之后就會(huì)使軸的同軸度變大，從而導(dǎo)致不同軸產(chǎn)生振動(dòng)，此時(shí)為了避免這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)將軸頸處進(jìn)行預(yù)留間隙，讓軸可以細(xì)微活。取=345mm，mm，剛開(kāi)始計(jì)算我們先假定中空軸內(nèi)徑=925mm
= +3～4cm,— 中空軸的軸肩直徑,取= 1130 mm 。
r =(0.05～0.10),r — 軸根圓角半徑,取 r = 100mm 。
3.1.2 磨頭的計(jì)算
如圖所示支承裝置處那個(gè)支座反力N,四筒球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速n=33.94r/min,傳動(dòng)需用功率,中空軸中心與筒體水平界面處的長(zhǎng)度為mm.筒體材料跟端蓋材料Q235，鋼板厚度為16～40mm，，，=0.28。。磨頭與筒體鏈接端處的最大尺寸D=985mm,端蓋法蘭直徑d=1020mm,磨頭與筒體鏈接端處板寬度L
=40mm。
3.1.4四筒球磨機(jī)中空軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
磨頭支承裝置處的彎曲應(yīng)力
= （3-5）
代入公式
==24.6MPa
式中：K—應(yīng)力集中系數(shù)，可查表3-1。
表3-1 應(yīng)力集中系數(shù)
r/ d1
0.3
0.2
0.1
0.05
K
1.5
2.0
2.25
3.0
取K=2.25
驗(yàn)算磨頭支承裝置處的彎曲強(qiáng)度
〔〕
〔〕= /n （3-6）
式中: 〔〕— 磨頭支承裝置處的許用彎曲應(yīng)力，Pa;
— 磨頭支承裝置處中空軸材料的疲勞極限， Pa;
n — 安全系數(shù)，一般取5-8。取n=8。
代入公式（3-6） ,故材料足夠.
圖3-4 壓條襯板
3.3 隔倉(cāng)板
3.3.1隔倉(cāng)板的作用及結(jié)構(gòu)
隔倉(cāng)板就是在每一部分處有一個(gè)圓盤(pán)式的零件其結(jié)構(gòu)如圖所示，它的作用有這樣幾個(gè)面，第一，用來(lái)將物料從一部分運(yùn)送到另一部分，期間會(huì)將一定大得顆粒阻擋住，即起到流通與篩選的作用。第二，筒體內(nèi)部除了物料還有研磨體，研磨體有一定的規(guī)格，那么它只能在某一個(gè)特定的艙室內(nèi)，不能隨一定細(xì)度的物料溜走，所以隔倉(cāng)板起到分離物料與研磨體。第三，磨機(jī)筒體內(nèi)部的物料需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的慢慢研磨才能達(dá)到一定的細(xì)度要求，如果流動(dòng)速度過(guò)快就不能達(dá)到要求，那么隔倉(cāng)板的結(jié)構(gòu)排列會(huì)對(duì)物料進(jìn)行一定的阻擋從而控制了物料的流動(dòng)速度。即隔倉(cāng)板有控制物料流動(dòng)速度的作用。
圖3-5 單層隔倉(cāng)板
3.3.2隔倉(cāng)板的類型
第一種，單層隔倉(cāng)板，單層隔倉(cāng)板它有篦板中心孔板，制作時(shí)主要考慮到它從人孔進(jìn)出的尺寸進(jìn)出 ，這一點(diǎn)很重要，本次設(shè)計(jì)主要用到五個(gè)隔倉(cāng)板，第一個(gè)是大筒體部分的隔倉(cāng)板，其他四個(gè)是用在四個(gè)小筒上的隔倉(cāng)板。
第二種，雙層隔倉(cāng)板，雙層隔倉(cāng)板又分為過(guò)渡式雙層隔倉(cāng)板、提升式雙層隔倉(cāng)板、選粉式隔倉(cāng)板、篩粉式隔倉(cāng)板，與單層隔倉(cāng)板的區(qū)別就在于雙層隔倉(cāng)板多了一部分提升物料裝置，筒體在選裝的過(guò)程當(dāng)中，物料經(jīng)過(guò)提升板將物料從底部提升到高處然后在傾斜的角度面上溜走，最后將物料送到下一個(gè)部分艙室，本次設(shè)計(jì)沒(méi)有采用雙層隔倉(cāng)板，因?yàn)槟C(jī)規(guī)格以及結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，將提升物料的部分單獨(dú)設(shè)計(jì)，分為一個(gè)零件安裝，這樣方便拆卸運(yùn)送物料更加高效。
本次設(shè)計(jì)使用了單層隔倉(cāng)板，他的結(jié)構(gòu)如圖所示
3.4 篦板
篦板的形式有好多種形式，我們?cè)趯?shí)際使用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)扇形的形式使用起來(lái)比較方便，安裝誤差小。篦板的排版樣子可謂是千差萬(wàn)別，按照縫隙的排列角度有同心圓式、多邊形式、放射形狀的、斜線形的、八字形的等等，本次設(shè)計(jì)采用同心圓式排列。
圖3-6 篦板的局部形狀圖
對(duì)于同心圓排列篦孔是平行的跟什么平行的就是跟研磨體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相一致。雖然隔倉(cāng)板是有阻礙物料流通速度的作用但阻力大小也是對(duì)粉磨產(chǎn)量能力有一定的正相關(guān)的影響，對(duì)于同心圓篦孔他對(duì)物料的阻力小，而且量也多。對(duì)于篦板的主要要求就是不能讓物料大量返回的情況，一般他的結(jié)構(gòu)形狀是沿著物料流動(dòng)方向成喇叭形狀，開(kāi)口大的一面指向物料流動(dòng)方向。
第4章 磨機(jī)校核
4.1 筒體上所承受的總載荷Q
磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中在其上所承受的總載荷Q根據(jù)受力分析得到兩部分力作用，第一部分力是筒體內(nèi)部裝有的研磨體跟物料在隨著筒體回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的力K,第二部分力是磨機(jī)筒體的總重力G。
4.1.1 第一部分力是磨機(jī)筒體的總重力G
（4-1）式中 ——筒體的總重力，N；
——第一部分筒體的重力，N；
——第二部分小筒體的重力，N；
——磨頭的重力，N；
——磨尾的重力，N；
——磨機(jī)隔倉(cāng)板的重力，N；
——磨機(jī)襯板的重力，N；
由公式
(4-2)
代入公式(4-1)
4.1.2 第二部分力是筒體內(nèi)部裝有的研磨體跟物料隨著筒體回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的力K
K=1.02H (4-3)
式中 H——研磨體的裝載量,N.
代入公式(4-3)
K=1.02×1.47×10-2=1.49×10-2N
粉磨物料的重力
粉磨時(shí)研磨體和物料是混合在一起的,這部分物料重量約為研磨體重量的14%。即:
=1.14G (4-4)式中 ——粉磨物料的重力,N.
代入公式(4-4
=1.14×1.47×10-2=6.39×10-3 N
綜上計(jì)算筒體內(nèi)部裝有的研磨體跟物料在隨著筒體回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的力K跟筒體的總重力之和為
Q=GI+1.14K (4-5)
代入公式(4-5)
Q=4.56×104+1.14×1.47×10-2=4.36×10-2 N
4.2 筒體作用力的分布
計(jì)算作用在筒體上的彎矩時(shí),筒體上的作用力分布如圖所示。
(4-6)式中 ——單位長(zhǎng)度上受力,;
L——筒體長(zhǎng)度,.
==N/m
筒體運(yùn)動(dòng)使得研磨體產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)力1.14P同樣沿筒體長(zhǎng)度L均勻分布.第一部分筒體跟第二部分筒體內(nèi)的研磨體裝載量不同，導(dǎo)致作用于筒體上的力也不一樣，此時(shí)應(yīng)該分開(kāi)計(jì)算。
第一部分單位長(zhǎng)度上受的力為:
(4-7)
式中 ——第一部分筒體的單位長(zhǎng)度上受的力，
L1——第一部分筒體的長(zhǎng)度，m
第二部分筒體單位長(zhǎng)度上受力
式中 ——第二部分筒體單位長(zhǎng)度上受的力,;
——第二部分筒體的長(zhǎng)度,.
磨頭重力G3和磨尾重力G4作為集中載荷，磨尾的重力作用點(diǎn)在磨尾與筒體法蘭接觸面到主軸承支承中心的距離L4 的1/3處，同樣磨頭的重力作用點(diǎn)也在在磨頭與筒體法蘭接觸面到主軸承支承中心的距離L4 的1/3處
圖4-1 作用在筒體上的受力分析圖
4.3 筒體彎曲強(qiáng)度
4.3.1進(jìn)料端主軸承處的支反力
（4-8）
出料端主軸承處的支反力
（4-9）
磨機(jī)筒體所受最大彎矩
（4-10）
令，求的 代入上式得
筒體所受扭矩
（4-11）
筒體所受當(dāng)量彎矩M
（4-12）
四筒磨機(jī)筒體所受抗彎斷面模數(shù)W
（4-13）
四筒磨機(jī)所受彎曲應(yīng)力
（4-14）
四筒磨機(jī)筒體許用彎曲應(yīng)力
其中 n--安全系數(shù)，取n=6
--Q235材料的抗拉強(qiáng)度極限，其值為
-- Q235材料的屈服極限，其值為
4.3.2 驗(yàn)算四筒球磨機(jī)的彎曲強(qiáng)度
（4-15）
經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算，最終驗(yàn)算得四筒球磨機(jī)的彎曲強(qiáng)度滿足許用彎曲強(qiáng)度要求。
4.4 磨頭及磨尾與筒體法蘭的鏈接螺栓校核
螺栓的剪切力主要是磨機(jī)中心軸傳遞的回轉(zhuǎn)力和磨機(jī)本身重力及研磨體和物料隨筒體產(chǎn)生的力的合力形成的，螺栓的剪切力的確定及校核是磨機(jī)整體在長(zhǎng)期運(yùn)作的過(guò)程中保證他的安全平穩(wěn)。
剪切力
（4-16）
剪切力
（4-17）
螺栓所受的剪切合力Q
Q= + = （4-18）
螺栓數(shù)量的確定
根據(jù)剪切力計(jì)算螺栓的剪切應(yīng)力
（4-19）
式中 m--螺栓的數(shù)目，
D--螺栓剪切面的直徑，m
--許用剪切應(yīng)力，一般動(dòng)載荷時(shí)
代入計(jì)算得
本次設(shè)計(jì)由于磨頭磨尾與筒體結(jié)合處的螺栓還受擠壓力跟拉力的影響，所以取螺栓數(shù)目為18個(gè)，小筒與大筒結(jié)合處取螺栓8個(gè)。
36
結(jié) 論
水泥行業(yè)是一個(gè)對(duì)產(chǎn)品需求量大的一個(gè)行業(yè)，有些行業(yè)基本都離不開(kāi)這個(gè)行業(yè)的存在，但為水泥行業(yè)又是一個(gè)個(gè)對(duì)環(huán)境污染較大得行業(yè)，我國(guó)的霧霾比較嚴(yán)重，政府為了治霾出臺(tái)政策將河北好多不合格的水泥廠進(jìn)行報(bào)廢，可見(jiàn)水泥廠對(duì)空氣污染的嚴(yán)重性，從另一個(gè)方面來(lái)講水泥行業(yè)又是一個(gè)高能耗的行業(yè)，磨機(jī)一旦開(kāi)動(dòng)就是晝夜不停地運(yùn)作，時(shí)刻都在消耗著煤炭資源和電能，而且對(duì)電能的消耗跟高。本次課程設(shè)計(jì)就是從節(jié)省能源提高粉磨效率來(lái)就行的設(shè)計(jì)，理論的進(jìn)行了對(duì)目前普遍使用的單筒磨機(jī)的比較，得出了令人可喜的結(jié)論，就是在同規(guī)格的條件下，四筒磨機(jī)在功率消耗上比單筒磨機(jī)降低了百分之三十，相同的研磨體裝載量的條件下得出四筒磨機(jī)的單位小時(shí)產(chǎn)量比單筒磨機(jī)高很多。以上這些結(jié)論是理論數(shù)據(jù)的必然結(jié)果，如果將四筒磨機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更加節(jié)約空間那么得出的結(jié)論更加可觀。
另外也進(jìn)行了對(duì)不同的經(jīng)驗(yàn)公式使用，在磨機(jī)的轉(zhuǎn)速上分別以單筒跟四筒為分析對(duì)象，進(jìn)行了公式計(jì)算討論，得出在這樣的規(guī)格下磨機(jī)的轉(zhuǎn)速值大致相同。
致謝
首先要感謝指導(dǎo)老師劉建壽老師多次不厭其煩的耐心指導(dǎo)，從剛開(kāi)始的問(wèn)題百出到后來(lái)一個(gè)一個(gè)的基本解決，這個(gè)過(guò)稱非常之苦惱，但最后的結(jié)果感覺(jué)自己鞏固了好多知識(shí)，從中也學(xué)到了新的知識(shí)。另外也要感謝我的同學(xué)的幫助，相信在設(shè)計(jì)的過(guò)稱中每個(gè)同學(xué)都會(huì)遇到相同的操作苦惱比如CAD繪圖、Proe三維繪圖，我們?cè)谙嗷ソ涣鹘?jīng)驗(yàn)的過(guò)程中使得自己節(jié)約了很多時(shí)間少走了很多彎路。這次設(shè)計(jì)是非常貼近我的專業(yè)方向，在以后的工作中相信會(huì)事半功倍、得心應(yīng)手。
參考文獻(xiàn)
[1]勝永斌.摘譯自蘇聯(lián)《水泥》1 9 8 3年第9 期
[2]楊樹(shù)森.譯自蘇聯(lián)《水泥》1976年第3期
[3]許林發(fā).多筒球磨機(jī)功率計(jì)算探討.礦山機(jī)械，1986.11
[4]許林發(fā).多筒球磨機(jī)工轉(zhuǎn)速的研究.礦山機(jī)械，1986.11
[5]馬玉民.節(jié)能增產(chǎn)多筒球磨機(jī).礦山機(jī)械，187.6
[6]勝永斌.譯自蘇聯(lián)《水泥 》1 9 8 2 年第6 期6一9 頁(yè)
[7]歐樹(shù)堅(jiān).編譯自蘇聯(lián)《水泥》1 9 8 7 年第6 期
[8]李文亮.國(guó)外大型球磨機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀.礦山機(jī)械，2007.1
[9]張海濤 張仁博.關(guān)于影響球磨機(jī)磨礦效果因素的研究. 北方重工集團(tuán)有限公司礦山機(jī)械分公司
[10]劉建壽 趙紅霞.水泥生產(chǎn)粉碎過(guò)程設(shè)備.武漢理工大學(xué)出版社，2012.7
[11]吳宗義. 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.1.1
[12]王繼杰.球磨機(jī)的研究進(jìn)展及實(shí)用技術(shù)綜述.中國(guó)粉體工程，2006.08
[13]陳劍鋒.肖飛鳳.球磨機(jī)的發(fā)展方向綜述.中國(guó)礦業(yè)，200
收藏