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畢業(yè)設計(論文)
題目： 水泥生產(chǎn)中的輥壓機設計
教學單位： 機械工程學院
專 業(yè)：
學 號：
姓 名：
指導教師：
摘 要
輥壓機是一種脆性物料的粉磨設備、主要適用于粉磨水泥熟料、粒狀高爐礦渣、水泥原料（石灰砂巖、頁巖）、石膏、石英砂、鐵礦石等。
輥壓機是根據(jù)料床粉磨的原理設計的，兩個輥子作慢速的相對運動，一個輥子固定，另一個輥子可以沿水平方向滑動。物料由輥壓機上部連續(xù)地喂入并通過雙輥間隙，給活動輥一定得作用力，物料受壓而粉碎。
在輥壓機上部，物料首先進行單顆粒破碎。隨著物料向下運動，物料顆粒間的間隙進入料床粉碎。
特點如下：
1.輥壓機由兩個速度相等、相對慢速轉動的輥子組成。一個輥子固定，另一個輥子可以沿水平方向移動，控制兩輥子間的間隙。
2.靠液壓系統(tǒng)作用在活動輥上，在兩輥子間形成很高的壓力，壓力范圍在50～300Mpa.
3.輥壓機是根據(jù)料床粉碎的機理設計的。料床粉碎的前提是雙輥間要有一層密實的物料。
關鍵詞：輥壓機；液壓系統(tǒng)；粉碎
Abstract
Roller press is a kind of brittle material grinding equipment, mainly used for grinding cement clinker, granulated blast furnace slag, cement raw materials (lime sandstone, Ye Yan), gypsum, quartz sand, iron ore, etc..
Roller press is according to the bed grinding principle of design, the two rollers are slow relative motion, a roller is fixed, another roller can move along the slide in the horizontal direction. The material is fed continuously through the upper part of the roller press and the gap between the two rollers is given. The material is pressed and crushed.
In the upper part of the roller press, the material is broken by a single particle. As the material moves down, the gap between the material particles enters the material bed.
Features are as follows:
1 roller roller by two equal speed relatively slow rotation of the. A roller is fixed, another roller can move along the horizontal direction, control the gap between the two roller.
2 on the hydraulic system in the role of activities on the roll forming high pressure roller in two, pressure in the range of 50 ~ 300Mpa.
3 roller press is designed according to the mechanism of material bed grinding. The premise of the bed crushing is that there should be a layer of dense material between the two rollers.
Keywords: roller press; hydraulic system; smash
III
目錄
1 前言 1
1.1 設計目的和意義 1
1.2 輥壓機的發(fā)展 3
1.3 輥壓機的應用及特點 6
2 總體方案設計 8
2.1 輥壓機的工作原理 8
2.2 輥壓機的構造 9
3 結構設計 11
3.1 料斗設計 11
3.2 輥子設計 12
3.3 輥壓機機架設計 18
3.4 傳動系統(tǒng)設計 19
3.5 輥壓機的液壓系統(tǒng)設計 20
4 輥壓機主要集合參數(shù)的確定 22
4.1 設計計算 22
4.1.1 輥徑D的確定 22
4.1.2 輥速的確定 23
4.1.3 最小輥隙Smin的確定 24
4.1.4 最大喂料粒度的確定 24
4.2 強度校核 25
4.2.1 軸的彎曲剛度校核計算 25
4.2.2 軸的扭轉剛度校核計算 25
5 電動機簡介及選用 27
5.1 工作原理 27
5.2 性能特點 27
5.3 電動機的選型 28
致謝 29
參考文獻 30
1 前言
輥壓機技術的在我國的引進和推廣應用歷經(jīng)二十年，迄今為止，不論在設備制造技術或系統(tǒng)工藝技術方面都取得了長足的發(fā)展，設備制造技術的不斷優(yōu)化和系統(tǒng)工藝技術持續(xù)的推陳出新給這項新技術帶來了強大的生命力，節(jié)能幅度達30%以上。優(yōu)異的技術經(jīng)濟指標在給廣大用戶帶來了顯著經(jīng)濟效益的同時，也為我們獲得了廣闊的發(fā)展前景?？梢詷酚^地說，在目前能源極度緊缺的形勢下，這項節(jié)能效果顯著的粉磨新技術已經(jīng)成為各水泥生產(chǎn)企業(yè)粉磨技術改造擴建項目的主要首選方案。
1.1 設計目的和意義
水泥工業(yè)是耗能大戶，在中國前居第四位，在美國前居第七位。水泥工業(yè)約消耗世界燃料供應量的1.6%，相當于7500萬噸油；消耗約750億度電，高于世界電力總消耗的2%。而我過又是除原蘇聯(lián)外的十個經(jīng)濟大國中能耗最高的國家。我國單位耗能是法國的4.97倍，是日本的4.43倍，是巴西的3.82倍，是印度的1.64倍?？梢?，在我國水泥工業(yè)中節(jié)能具有特殊的意義。因此水泥工業(yè)的節(jié)能只有三個方面，一是節(jié)省熱能，二是節(jié)省電能，其次是節(jié)省人力。而電能的消耗主要是粉磨，約占水泥總耗能的60-70%。正因為如此，不斷改進粉磨技術從一開始就是水泥工作研究者的最重要的課題之一，大家都極力的尋求提高粉磨效率的途徑。
輥壓機是八十年代中期問世的新型節(jié)能粉磨設備，是水泥粉磨環(huán)節(jié)中的中間設備之一。將輥壓機應用于水泥工業(yè)生產(chǎn)過程中可大幅度降低能源消耗，并使水泥熟料粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量隨之大幅度提高。
輥壓機技術的在我國的引進和推廣應用歷經(jīng)二十年，迄今為止，不論在設備制造技術或系統(tǒng)工藝技術方面都取得了長足的發(fā)展，設備制造技術的不斷優(yōu)化和系統(tǒng)工藝技術持續(xù)的推陳出新給這項新技術帶來了強大的生命力，節(jié)能幅度達30%以上。優(yōu)異的技術經(jīng)濟指標在給廣大用戶帶來了顯著經(jīng)濟效益的同時，也為我們獲得了廣闊的發(fā)展前景?？梢詷酚^地說，在目前能源極度緊缺的形勢下，這項節(jié)能效果顯著的粉磨新技術已經(jīng)成為各水泥生產(chǎn)企業(yè)粉磨技術改造擴建項目的主要首選方案.
輥壓機對物料進行有效粉碎采用的是大能量一次性輸入的單顆粒粉碎群體化，亦即粒間粉碎的原理，其實現(xiàn)粉碎原理的方式是采用一對相向轉動的磨輥，一只為活動輥，一只為固定輥。其中活動輥軸承座與提供壓力的液壓系統(tǒng)相連，固定輥固裝在主機架內腔。活動輥在液壓系統(tǒng)壓力的作用下向物料施以高壓，將持續(xù)通過兩磨輥之間壓力區(qū)的物料以擠壓粉碎的方式有效粉碎。通過高倍顯微鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)被粉碎的物料表面布滿裂紋，這說明不僅物料的粒度被大幅度減小，其易磨性也獲得顯著改善，這將對粉磨系統(tǒng)的大幅度增產(chǎn)節(jié)能起到至關重要的作用。
80年代中期以后，以輥壓機和球磨機組成的預粉磨系統(tǒng)大大降低了電耗，主機電耗可降到30KWh/t。輥壓機問世初期碰到了一些技術問題，諸如喂料粒度太大引起斷續(xù)震動；喂料粒度波動導致輥壓機時開時停；出料不均使得后續(xù)球磨機難以適應；輥面磨損大影響輥壓機的運轉率等等。經(jīng)過10多年的努力，這些問題正在逐步得到解決，因此輥壓機也逐步大 型化。目前，德國POLYSIUS公司最大規(guī)格的輥壓機為φ2.0×1.2m,裝機功率2×1400KW；德國KHD公司最大規(guī)格的輥壓機為φ1.7×1.8m,動力2×2000KW。工藝系統(tǒng)上也從原來的單純預粉磨、混合粉磨進展到聯(lián)合粉磨。在聯(lián)合粉磨中，輥壓機和選粉機組成圈流，生產(chǎn)出中間產(chǎn)品后再進入后續(xù)球磨機進行最終粉磨。由于聯(lián)合粉磨系統(tǒng)能夠更大發(fā)揮輥壓機的作用，整個系統(tǒng)的單位電耗也隨著輥壓機作用的增大而減小。因此輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)成為當前大型化水泥粉磨系統(tǒng)的主導方案。
輥壓機是集機、液、電氣自動化為一體的設備，各專業(yè)相互融合、滲透。但我國在①大型化產(chǎn)品；②耐磨材料的壽命；③液壓系統(tǒng)的可靠性；④傳動結構形式；⑤自動化控制方面與國外相比存在較大差距。
輥壓機早期的技術僅僅局限于擠壓預粉磨工藝，該工藝雖然給粉磨系統(tǒng)帶來了一定的增產(chǎn)節(jié)能效益，但同時也暴露了輥壓機設備本身固有的技術缺陷，輥壓機側擋板盡管設置了彈性頂緊裝置以減少邊緣漏料，但仍有一定量未經(jīng)有效擠壓的物料從磨輥邊緣通過；物料之間由于物理性能差異造成的選擇性粉碎現(xiàn)象使得擠壓后的料餅中仍存在少量未經(jīng)有效擠壓，易磨性未獲得有效改善的物料顆粒；設備卸壓啟動造成大量未經(jīng)有效擠壓粉碎的物料通過輥壓機。上述物料在進入球磨機后長時間滯留在磨中，將會造成粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量的波動。所以，如何杜絕上述物料對球磨機的負面影響，充分發(fā)揮輥壓機高效節(jié)能的特點成為擠壓粉磨系統(tǒng)工藝技術如何進一步完善優(yōu)化的重要課題。
1.2 輥壓機的發(fā)展
該項目研究的總體思路是通過消化、吸收引進的輥壓機設計、制造技術，結合自行開發(fā)的我國最大型號的輥壓機經(jīng)驗，開發(fā)出能達到世界先進水平的輥壓機系列產(chǎn)品，提高在這一領域的市場競爭力。
大型輥壓機主要參數(shù)規(guī)格：RP170-110，通過量：水泥熟料900-1000t/h，主電機功率：2×1500KW，油缸推力：1500t，耐磨輥面壽命8000小時，減速器額定輸出扭矩1450kNm。
我們通過實驗室的模擬試驗，計算機優(yōu)化設計等方式，將完成12項科研攻關課題，填補國內空白，達到國際先進水平。
1） 大型輥壓機的設計制造技術：
首先優(yōu)化主機參數(shù)，輥壓機擠壓輥的長徑比是影響效率的關鍵參數(shù)，要經(jīng)過分析、研究國內外各型號的輥壓機，使得其重要參數(shù)更加科學、合理。大型輥壓機與中小型在結構上有了很大的區(qū)別和改進，如機架、擠壓輥裝配、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等在結構、性能等方面都做了很大的改進，強調了更加安全、可靠和使用方便，以提高設備的運轉率。
2） 擠壓輥結構的分析研究，輥面硬層的試驗研究：
為了提高輥面的使用壽命，現(xiàn)在世界上先進的輥壓機制造公司都在擠壓輥結構和硬層材質方面做了大量的試驗研究工作，我所在擠壓輥和輥面花紋結構、堆焊材料、工藝及熱處理等方面也做了大量的工作，取得了一定的進展，但距發(fā)達國家的先進水平還有一定差距。
3） 擠壓輥強度動態(tài)計算分析研究：
輥壓機工作原理為高壓料層粉碎，擠壓輥在工作中受到很高的擠壓力作用，由于物料粒度及形狀的變化，擠壓力變化也較大。這樣擠壓輥受力狀況非常惡劣，這對擠壓輥的結構及材料提出了很高的要求。擠壓輥強度動態(tài)計算分析研究就十分重要，可為擠壓輥的選材和分析提供基礎理論數(shù)據(jù)。
4） 傳動系統(tǒng)的開發(fā)與研究：
大型輥壓機傳動裝置要求兩套傳動裝置同側落地式結構，配有液力偶合器，傳動安全可靠，行星減速器安裝方便靈活，減少了機器占地面積。由于擠壓輥工作時既要旋轉又要平移，傳動裝置的高速旋轉部位就容易振動。需要研究、解決該問題。
5） 配套懸掛行星減速器的開發(fā)研究：
由于減速器成對懸掛于輥壓機的固定輥和活動輥上，且同側布置外形尺寸受到擠壓輥安裝空間的限制，要求采用行星減速器，滿足結構緊湊、齒輪承載能力高、速比大的要求。最為關鍵的是對其高速級、低速級行星傳動深入研究，解決均載問題，開發(fā)出可靠的均載結構。該減速器要在懸架和耐沖擊方面進行分析研究做到安全可靠。
6） 大型軸承座定位結構研究：
以往為適應輥壓機使用工況的要求，其主軸承選用調心球面輥子軸承，滿足工作中的調心和承載大的擠壓力的要求。由于大型輥壓機再選用此種軸承，機體尺寸就過于龐大，最好選用四列圓柱輥子軸承，但這種軸承不具有調心功能，需對軸承座定位結構進行分析、研究。
7） 液壓系統(tǒng)如何滿足大型輥壓機波動大、易沖擊分析研究：
大型輥壓機擠壓輥工作時行程大，油缸壓力波動大，液壓系統(tǒng)容易發(fā)熱，系統(tǒng)元件易損壞。要在液壓系統(tǒng)在抗沖擊性能、閥體失效、密封件質量不穩(wěn)定方面有所突破。
8） 主油缸的試制：
輥壓機的擠壓輥受到物料顆粒的影響，工作時不停地移動，且物料只有在高壓的作用下才能粉碎，提供壓力的油缸工作特點為壓力高、行程短、缸徑大。這帶來了油缸易磨損及漏油的問題。大型輥壓機的擠壓輥軸承種類的改變，使得油缸具有調心的功能以保證與軸承座良好的接觸。
9） 可調式進料裝置的試制：
大型輥壓機的粉磨工藝系統(tǒng)已由原來的予粉磨改為混合粉磨或聯(lián)合粉該項目研究的總體思路是通過消化、吸收引進的輥壓機設計、制造技術，結合自行開發(fā)的我國最大型號的輥壓機經(jīng)驗，開發(fā)出能達到世界先進水平的輥壓機系列產(chǎn)品，提高在這一領域的市場競爭力。
10） 縮套聯(lián)軸器的試制：
傳動系統(tǒng)中行星減速器懸掛于擠壓輥上，運轉時與擠壓輥一起移動，其輸出軸為空心軸結構，安裝形式為無鍵聯(lián)結的縮套聯(lián)軸器，滿足承載能力大、結構緊湊、安裝方便等特點。
11） 粉磨系統(tǒng)工藝技術研究：
輥壓機為節(jié)能型粉磨設備，突出特點是使粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量提高、能耗降低。粉磨系統(tǒng)對輥壓機的運行效果影響非常大。主要是研究使用輥壓機的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和半終粉磨系統(tǒng)，滿足設備的高壓料層的粉磨條件。解決輥壓機、磨機、打散分級機、高效選粉機等設備的匹配問題，研究新料、返料、細粉的比例搭配。
12） 電氣控制系統(tǒng)的研究：
輥壓機為機、電、液一體化程度非常高的設備，因此其自動化運行與保護十分關鍵。主要研究輥縫、壓力、溫度等參數(shù)對設備的影響。完成從進料、擠壓、分料的全過程的控制，對設備的潤滑、加壓、卸荷、溫度、位移、電流等信號采用自動控制，重要參數(shù)可在觸摸屏隨時修改并記錄其運行趨勢圖，便于操作人員的使用。與中控通訊方式要安全快捷。
大型輥壓機工藝技術及設備研究的開發(fā)起點是國際先進水平，提出的研究內容是考察了國內幾十臺國產(chǎn)和進口輥壓機的使用情況，了解了國外先進公司的發(fā)展動態(tài)后，根據(jù)國內外市場實際情況提出的。如輥面硬層的使用壽命，堆焊層大部分為3000-4000h，而國外在6000-8000h，采用其它結構形式和材料壽命更高；因此本項目就是要研究堆焊和鑄造兩種情況對壽命的影響。懸掛行星減速機在國內800KW以上還是空白，因此通過本項目的研究，創(chuàng)造性地開發(fā)出此類產(chǎn)品。
本項目的研究內容，從原理上講是成熟可實現(xiàn)的，但從具體的設計和實踐其難度是比較大的，還必須投入大量的人力、物力進行反復實驗和計算分析。如液壓系統(tǒng)在小型輥壓機上應用良好，但應用在大型輥壓機上面沖擊影響就較大；現(xiàn)國外已經(jīng)成功地解決了這一問題。從總體的技術角度講，該項目研究開發(fā)是成熟的。
開發(fā)的RP120-80和RP140-110輥壓機在開發(fā)過程中吸收了當前國際的先進技術，在配置方面更加優(yōu)化合理，自動化程度更高，被廣泛應用于海螺集團、冀東水泥廠、萬年水泥廠、葛州壩水泥廠、出口越南等，十五期間累計訂貨150臺，產(chǎn)值達7.5億元。
成果產(chǎn)出形式是創(chuàng)新性技術，最終目的是以新技術開發(fā)研制技術含量高，滿足市場需求的產(chǎn)品，使新技術走向產(chǎn)業(yè)化，走向出口。
本項目研究的內容是以基礎技術為主的應用技術。在國家政策和資金的支持下，我們將嚴格按照科研程序開展工作。這些研究內容我們都有較好的基礎，雖然有一定的難度，但實現(xiàn)研究目標的把握性是大的，同時又有小型引進技術和進口產(chǎn)品做參考，制訂的技術路線科學可行，因此研究成果具有較高的可靠性，并將對我國粉磨設備的技術進步產(chǎn)生較大的推動作用。
1999年制定了建材行業(yè)標準《水泥用輥壓機》和機械行業(yè)標準《輥壓機》，該標準的制定主要是參考引進技術制定的。本項目的開發(fā)，在大部分符合標準的情況下，有部分要求將高于現(xiàn)有標準。
1.3 輥壓機的應用及特點
輥壓機對物料進行有效粉碎采用的是大能量一次性輸入的單顆粒粉碎群體化，亦即粒間粉碎的原理，其實現(xiàn)粉碎原理的方式是采用一對相向轉動的磨輥，一只為活動輥，一只為固定輥。其中活動輥軸承座與提供壓力的液壓系統(tǒng)相連，固定輥固裝在主機架內腔?；顒虞佋谝簤合到y(tǒng)壓力的作用下向物料施以高壓，將持續(xù)通過兩磨輥之間壓力區(qū)的物料以擠壓粉碎的方式有效粉碎。通過高倍顯微鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)被粉碎的物料表面布滿裂紋，這說明不僅物料的粒度被大幅度減小，其易磨性也獲得顯著改善，這將對粉磨系統(tǒng)的大幅度增產(chǎn)節(jié)能起到至關重要的作用。
輥壓機輥面“人字”堆焊紋棱護層 “人字”紋棱與“人字”傳動齒輪的齒形類似，具有軸向和環(huán)向兩種紋棱的特點，其水平夾角一般為15~35°左右。物料接觸的受力較復雜，在斜面有一定的分力，對斜紋棱減弱了彎曲負荷，有充分發(fā)揮紋棱硬度和抗壓強度的優(yōu)勢，對破碎物料有利。在輥面積相同的情況下“人字”型紋棱較軸向紋棱接觸物料更長，優(yōu)點較多：既減弱了紋棱垂直受力可能引起的剝落，又具有容易嵌料的優(yōu)點；既有滑動緩和壓力的作用，又減少了由于環(huán)向滑動而引起的加快磨損問題，輥壓物料的使用壽命較長，因此國內外采用此種紋棱的廠家較多。但是“人字”型紋棱堆焊工藝復雜要求技術較高。由于“人字”型紋棱在正常生產(chǎn)時，紋棱有向內或外側滑動（由運轉方向引起）作用，使物料有向中部或兩側施壓趨勢，將引起輥的中部或側板磨損較快，為緩解此問題發(fā)生，兩輥紋棱采取同向安裝逆向運轉辦法，減少兩側擋板的壓力。
輥壓機構造和工作原理：輥壓機的結構同常用的雙輥破碎機很相似，它由兩個速度相同，彼此平行而相對向內轉動的輥子，通過四個重型滾動軸承安裝在一個機架上，其中一個是固定輥，另一個是由油缸施加較大壓力的活動輥，活動輥的軸承在機架上可以前后移動，機架由縱梁和橫梁組成，它是由鑄鋼件通過螺栓連接而成的。液壓缸使活動輥以一定壓力向固定輥靠近，如壓力過大，則液壓油排至蓄能器，使活動輥后移，起到保護機器的作用。輥子之間的作用力由機架上的剪切銷釘承受，使螺栓不受剪力。固定輥的軸承座與底架端部之間有橡皮墊起緩沖作用，活動輥的軸承座底部襯有聚四氟乙烯。為了保護輥子，在輥子的表面堆焊一層耐靡材料。輥壓機工作時，當活動輥被電動機帶動轉動時，松散的物料由上方喂入兩輥的間隙中，并向下運動，到下面受到破碎和擠壓，形成密實的料床，經(jīng)150-200Mpa的高壓處理后，物料顆粒內部都產(chǎn)生強大的應力，當應力達到顆粒的破碎應力時，這些顆粒就相繼被粉碎，或粒徑變小，或成粉狀，或部分顆粒產(chǎn)生微小裂紋，增大了物料的易磨性，從輥壓機卸出的物料成片狀料餅，但強度很低，經(jīng)打散機打散后的顆粒物料中，有70-80%〈2mm，有20-30%〈0。05mm。兩輥之間的縫隙約為15-35mm。物料從被輥面咬住時開始，受到輥子作用力逐漸增加，最大壓力可達200Mpa，物料在兩輥間是以一個料層或一個料床得到破碎壓實，料床在高壓下形成，壓力導致一部分顆粒擠壓其它鄰近的顆粒，直至其主要部分破碎、斷裂、產(chǎn)生裂縫或劈開。所在雙輥之間必須要有一層相適應的物料，否則就成為一臺輥式破碎機了。粉碎作用主要決定于料粒間的壓力，而不是決定于間隙。
2 總體方案設計
2.1 輥壓機的工作原理
輥壓機是利用兩磨輥對物料實施純壓力，被粉碎的物料受擠壓形成密實的料床，顆粒內部產(chǎn)生強大的應力，使之產(chǎn)生裂紋而粉碎。出輥壓機后的物料形成了強度很低的料餅，經(jīng)打散機打碎后，產(chǎn)品中的粒度在2mm以下的顆粒占80％～90％。
輥壓機由兩個速度相等、相對慢速轉動的輥子組成。一個輥子固定，另一個輥子可以沿水平方向移動，控制兩輥子間的間隙。
2、靠液壓系統(tǒng)作用在活動輥上，在兩輥子間形成很高的壓力，壓力范圍在50～300Mpa.
輥壓機是根據(jù)料床粉碎的機理設計的。料床粉碎的前提是雙輥間要有一層密實的物料。
物料通過輥壓機后：粒度減?。活w粒裂
縫增加，易磨性改善。工作示意圖：
2.2 輥壓機的構造
輥壓機的構造，從外形看起來十分類似于近代的新式雙輥破碎機。從構造組成上看，可以說是完全相同，都有兩個工作輥，進料斗，機架，機殼，液壓系統(tǒng)和傳動裝置等部分組成?？墒?，如果深入到內部，則幾乎沒有一處相同。輥壓機的最大特點是高壓工作，因此液壓系統(tǒng)提供的壓力高低懸殊。輥壓機液壓系統(tǒng)的壓力是雙輥破碎機的5-30倍，所以帶來結構上的許多差別，否則是不能滿足設備的強度要求，因而其構造比雙輥破碎機要復雜的多。
如圖2-1所示：
圖2-1 輥壓機
3 結構設計
3.1 料斗設計
物料的喂入方式對穩(wěn)定輥壓機運行起著決定性的作用。為此，喂料裝置安裝有下述兩種閥板來改善物料咬合狀況，并使物料中夾帶的空氣順利從輥間排出。即用于粗物料喂入的控制閥板和用于較細物料喂入的分配閥板。我們選擇使用分配閥板或是使用控制閥板取決于物料的性質。采用大的膨脹室能確保空氣從輥間順利排出并改善輥間物料的咬合條件，使輥壓機無振動的運行達到最好的工作效果。膨脹室有耐磨襯板和檢查孔，確保工作人員能從頂部進入，喂料裝置能夠水平移動使磨損件易于更換，并使隔板底端的零件能夠重復使用。
3.2 輥子設計
輥面
輥面主要包括兩種：光滑輥面和溝面輥面。
光滑輥面的特點：
a、光滑輥面制造、維修成本較低，輥面腐蝕易修復。
b、當喂料量不穩(wěn)定時，會產(chǎn)生振動和沖擊。
c、咬合角小，擠壓后的料餅較薄，產(chǎn)量較低。
溝面輥面的特點：
溝面輥面克服光滑輥面的缺點，其結構形式通過堆焊來實現(xiàn)。
溝面輥面如圖示：
輥面的穩(wěn)定性和輥面保護要求是我們最應關注的問題，要保證高可靠性和高運轉率，不僅要求有安全的設計，而且需有合適的工廠輔助環(huán)境，從長遠角度出發(fā)，正確的操作是必要的，且應有防護措施阻止外界雜質進入輥間，以保護輥面。
輥壓機的粉磨是在料床上進行的，換言之，在輥壓機的輥面上應該總有足夠量的物料。
整體式硬表面輥子多年來已被證明是成功的，并已廣泛加以應用。它是由母材、中間層和多層硬質材料組成。根據(jù)特殊的要求硬表面可以有花紋，以改善咬合條件。它的平均洛氏硬度應在57－60之間，以高的含碳量為特征。當前的堆焊技術已不能滿足進一步改善耐磨層抗磨損性能的需要?？纱嬲w式堆焊輥面的是洪堡公司開發(fā)的柱釘式輥面。它不再通過相應的材料來對抗磨損，而是直接在輥面形成一個保護層。
用兩種類型的柱釘狀耐磨層-堆焊柱釘輥面和嵌入式柱釘輥面。形成堆焊柱釘輥面。與自動防磨層相應的是制造柱釘?shù)亩押负辖鹨瘸Ｓ玫挠草伱婺湍バ阅芨?。柱釘?shù)钠骄迨嫌捕冗_到65－67之間。 表明它們具有更高的抗磨損能力。而且其維修費用較低，意味著輥壓機的運行更為經(jīng)濟。
嵌入式柱釘輥面與堆焊柱釘輥面之間沒有顯著的差別。迄今為止，這幾種耐磨輥面均已投入使用。
柱釘狀耐磨層的發(fā)展意味著礦石粉磨工藝的突破。眾所周知這種應用在水泥工業(yè)中是以倍比關系的磨損率為特征的。用于輥壓細小礦物時工作時間為20000小時，耐磨層的磨損率不超過8毫米。工作時間為9000小時時，其磨損率只有3毫米。這些數(shù)字證明了此概念的正確性。
在這次選用的是堆焊，堆焊是焊接工藝方法的一種特殊應用。它的目的不是為了聯(lián)接機件，而是借用焊接的手段改變金屬材料厚度和表面的材質，即在零件上堆敷一層或幾層所希望性能的材料。這些材料可以是合金，也可以是金屬陶瓷。它們可以具有原機件不具有的性能，例如高的抗磨性、良好的耐蝕性或其他性能。這就使本來用一般材料制作的零件，如普通碳鋼零件，通過堆焊一層高合金，可使其性能得到明顯改善或提高。在修復零件的過程中，許多表面缺陷都可以通過堆焊消除。
堆焊的主要工藝特點：
堆焊層金屬與基體金屬有很好的結合強度，堆焊層金屬具有很好的耐磨性和耐蝕性；堆焊形狀復雜的零件時，對基體金屬的熱影響最小，可防止焊件變形和產(chǎn)生其他缺陷，可以快速得到大厚度的堆焊層，生產(chǎn)率高。
堆焊的方法有手工堆焊和自動堆焊。
手工堆焊是利用電弧或氧—乙炔火焰產(chǎn)生的熱量熔化基體金屬和焊條，采用手工操作進行堆焊的方法。它適用于工件數(shù)量少，沒有其他堆焊設備的條件下，或工件外形不規(guī)則、不利于機械化、自動化堆焊的場合。這種方法不需要特殊設備，工藝簡單，應用普遍，但合金元素燒損很多，勞動強度大，生產(chǎn)率低。
自動堆焊與手工堆焊的主要區(qū)別是引燃電弧、焊絲送進、焊炬和工件的相對移動等全部由機械自動進行，克服了手工堆焊生產(chǎn)率低、勞動強度大等主要缺點。
輥子設計
擠壓輥的結構形式：
輥子有鑲套式壓輥和整體式壓輥兩種結構形式，如果物料較軟，可以采用帶楔形連接的鑲套式壓輥。
鑲套式擠壓輥
熱裝式擠壓輥
整體鍛造表層堆焊式擠壓輥
近來的實踐經(jīng)驗表明，除了輥面的因素外，工作條件對輥子的技術安全性起著決定性的作用。不管分塊式，漲套式的輥子類型如何，雜質和大塊物料的進入或較高的喂入溫度都會對輥子的安全造成危害。
除了經(jīng)過實踐考驗的漲套式輥子技術外，還改進整體式輥子，使其能在較高喂料溫度或溫度波動大的情況下使用。輥子的母體材料有了決定性的改進。輥面技術的要求和軸應力能夠最佳地相互匹配。這種技術上已改進的整體式輥子已在實際中成功的得以應用。
分塊式輥子技術的安全性受輥間單位應力和喂料喂入溫度影響很大。因此在決定是否使用分塊式輥子前必須詳細調查實際工作條件。
總之，最后得出的結論是分塊式輥子只適用于完成低要求的粉磨任務。滿足這一條件的輥壓機已經(jīng)工作了9000小時。
漲套式輥子技術，包括軸和熱壓配合的漲套式輥子。它以投資少，裝配簡便和優(yōu)化的材料組合為特征。更新輥面的工作可在輥壓機內部或外部進行，并可采用任何形式的輥面。漲套式輥子同樣可以更換。漲套式輥子技術的適用性受到物料喂入溫度的制約。
輥子有鑲套式壓輥和整體式壓輥兩種結構形式，如果物料較軟，可以采用帶楔形連接的鑲套式壓輥。
（3）輥子軸承
自調心輥子軸承的反面經(jīng)驗和使用多排滾柱軸承后的正面結果均已被考慮并引入相應的輥壓機設計中。迄今為止所有的輥壓機均已配置了多排滾柱軸承，輥壓機內軸承的工作原理與眾所周知的常用軸承的差異以及有關概念闡述如下：
動力學系統(tǒng)包括：
l 可移動輥子
l 軸承座
l 外部滑鍵
l 橡膠板
l 中間體
l 平油缸
多排滾柱軸承承受徑向力，通過圓柱滑鍵使軸承座沿機架外部導向運動。在粉磨過程中所產(chǎn)生的軸向力通過雙作用止推軸承從輥子經(jīng)左側軸承座和滑鍵傳到機架上。右側軸承座同樣通過機架上安裝的滑鍵來導向。溫度波動所產(chǎn)生的輥長度的變化可以在軸承軸向移動中得到補償，而不會產(chǎn)生反作用力。
與自調心滾柱軸承相反，如果發(fā)生偏移，整個軸承座將會自動調整位置，使軸承座和輥子中心線總保持相互垂直。
值得說明的是軸承座和輥子之間不會相對移動，而是結合成一體以適應位置偏移的變化。軸承座的偏移可由橡膠板來吸收。我們設計的平油缸也能隨之偏移。這種軸承與傳統(tǒng)軸承的差異見圖5所示。在相同的外徑和外載荷前提下，滾柱軸承要比自調心的輥子軸承大大提高使用壽命。
由于軸和軸承座之間不會發(fā)生相應的位移，密封件的唇部總是保持固定位置，這就意味著偏移時不會產(chǎn)生空隙，因此不會有灰塵進入軸承內。
允許產(chǎn)生旋轉運動的橡膠板可使負荷非常均勻地分布在滾柱軸承上，從而延長了軸承的使用壽命。
固定軸承 四排滾柱軸承 移動軸承 安裝在機架外部的軸向導向系
迷宮式油脂潤滑 統(tǒng)能夠容易地控制和修理，附
加的止推軸承確保了將軸和徑
向力嚴格地分開。
平油缸應保證有一定角度的運動。我們設計的特殊結構可滿足這種要求。
止推軸承 外部滑鍵 油潤滑固定密封
滾柱軸承具有一定寬度。若輥軸彎曲在滾柱軸承內可發(fā)生難于處理的位置偏移。采用這一設計后解除了操作員的擔心。
由于可移動輥子精心的動力學設計和滾柱軸承載荷的優(yōu)化分布，加上新型潤滑油或油脂系統(tǒng)的設計，使得這種軸承技術具有最佳的操作可靠性和運轉率。
（4）有效地保護機器的液壓系統(tǒng)
為了改善采用所有預防措施后仍有雜質進入輥間的情況，對加壓系統(tǒng)進行了進一步的優(yōu)化，在系統(tǒng)中增加了安全閥，使得動輥的退移更為迅速。數(shù)個安全閥聯(lián)成一個控制塊，控制塊與可靠的平油缸直接相連。當輥子產(chǎn)生移動時，安全閥和壓力控制閥內壓力升高。當超過壓力給定值時，壓力控制閥就會打開，與此同時安全閥的控制腔內壓力降低，安全閥會打開，使粗管橫截面與油缸相通。油就通過油箱管道從安全閥和壓力控制閥中流出, 直到壓力低于所給定的壓力值為止。安全閥和壓力控制閥重又關閉。在上述的過程中可移動輥子的移動 是接近平行的?？梢苿虞佔舆€裝有附加液壓系統(tǒng)。一旦發(fā)生工作事故時可使輥輪水平移動。
經(jīng)優(yōu)化的液壓加壓裝置，液壓系統(tǒng)的給油裝置，迷宮式密封的油脂潤滑和在低粉塵環(huán)境下的循環(huán)油潤滑系統(tǒng)都已經(jīng)證明是成功的。帶有旋轉式液壓缸和組合式安全閥以及可移動輥子的運動學設計共同保證了在雜質出現(xiàn)情況下，輥壓機仍具有很高的防護特性。
3.3 輥壓機機架設計
機架是輥壓機的主體，許多零部件都與機架發(fā)生關系。輥子之間的強大作用力由聯(lián)結的承載銷承受，機架也有通過加強筋板密集的鋼結構來滿足強大的受力要求。
具體如下圖示意：
與老式輥壓機相比，新設計的機架可以更好的接近輥子，這種機架包括兩個相同的頂梁，底梁，橫梁，末端部件和橡膠止推軸承。從輥壓機前面可以易于檢查和維修。頂部與橫梁可以整體提起。這樣在更換輥輪時可節(jié)省裝配時間，頂部和底部的橫梁分布采用可自由進入檢查輥子的大門形式，此檢查門位于輥壓機前端。
一旦喂料堵塞輥間，無法清除時，可在停機后使用隨機輔助設備拆卸止推橡膠軸承，使輥間隙增大100毫米。
每個橡膠止推軸承上安有一塊橡膠板，橡膠板可將整體載荷均勻地分布到軸承座上，繼而直接分布到滾柱軸承上。與此相似，橡膠止推軸承還能保證載荷均勻分布到定輥的滾柱軸承上。
機架上裝有工作平臺保證了操作人員的工作安全。
3.4 傳動系統(tǒng)設計
傳動系統(tǒng)是機電系統(tǒng)中的重要組成部分之一。傳動系統(tǒng)的設計就是以執(zhí)行機構或執(zhí)行構件的運動和動力要求為目標，結合所采用動力機的輸出特性及控制方式，合理選擇并設計基本傳動機構及其組合，使動力機與執(zhí)行機構或執(zhí)行構件之間在運動和動力方面得到合理的匹配。
減速或增速 通過傳動將動力機的速度降低或增高，傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)減速或增速的傳動裝置稱為減速器或增速器。
(2)變速 在動力機速度一定的情況下，能獲得多種輸出速度，這種輸入、輸出速度關系可變的傳動裝置稱為減速器
(3)改變運動形式 在動力機與執(zhí)行機構或執(zhí)行構件之間實現(xiàn)運動形式的變換，如將轉動變?yōu)橐苿?、擺動或間歇運動，并且兩者之間具有特定的函數(shù)關系。
(4)分配運動和動力 通過傳動系統(tǒng)，將一個動力機的運動、動力經(jīng)變換后分別傳遞給多個執(zhí)行機構或執(zhí)行構件，并在各執(zhí)行機構或執(zhí)行構件之間建立起確定的運動、動力關系。
(5)實現(xiàn)某些操縱控制功能 如起停、離合、制動或換向等。
按工作原理可分為機械傳動系統(tǒng)、流體（液體、氣體）傳動系統(tǒng)、電力傳動系統(tǒng)三大類。本章僅介紹機械傳動系統(tǒng)
按傳動比或輸出速度變化分 定傳動比傳動系統(tǒng)（動力機速度一定，執(zhí)行機構或執(zhí)行構件的速度無需改變，兩者之間的速度需進行增速或減速時采用）和變速傳動系統(tǒng)（有級變速傳動系統(tǒng)，無級變速傳動系統(tǒng)和周期變速傳動系統(tǒng)）
按驅動形式分為：獨立驅動的傳動系統(tǒng)（只有一個執(zhí)行機構的傳動系統(tǒng)，有運動不相關的多個執(zhí)行機構的傳動系統(tǒng)，數(shù)字控制機械的傳動系統(tǒng)）；集中驅動的傳動系統(tǒng)（執(zhí)行機構或執(zhí)行機構之間有一定的傳動比要求，執(zhí)行機構或執(zhí)行機構之間有動作順序要求；各執(zhí)行機構或執(zhí)行機構的運動相互獨立）；聯(lián)合驅動的傳動系統(tǒng).
傳動系統(tǒng)包括以下裝置：
（1）變速裝置，其作用是改變動力機的輸出速度和轉矩以適應執(zhí)行機構的需要。常用的變速裝置有以下幾種：交換齒輪變速機構；滑移齒輪變速機構；離合器變速機構；嚙合器變速機構；
（2）起停和換向裝置，作用是控制執(zhí)行機構的起動、停車以及改變運動方向，其結構有齒輪-摩擦離合器換向機構，齒輪換向機構。
（3）制動裝置，作用是使執(zhí)行機構的運動能夠迅速停止，常用的制動分摩擦式和非摩擦式兩大類，摩擦式制動器又分外抱塊式，內張?zhí)闶?，帶式和盤式等；非摩擦式分磁粉式，磁渦流式和水渦流式等。
（4）安全保護裝置，作用是機械在工作中若載荷變化頻繁、變化幅度較大、有過載可能而本身又無保護作用時，應在傳動系統(tǒng)中設置安全保護裝置，以避免損壞傳動機構，常用的安全保護裝置有：銷釘安全連軸器，鋼珠安全離合器，摩擦式安全離合器。
3.5 輥壓機的液壓系統(tǒng)設計
液壓系統(tǒng)為壓輥提供壓力，它是由兩大、兩小蓄能器，四個平油缸、站等組成的液氣聯(lián)動系統(tǒng)。主要有油泵、蓄能器、液壓缸、控制閥件組成。蓄能器預先充壓至小于正常操作壓力，當系統(tǒng)壓力達到一定值時喂料，輥子后退，繼續(xù)供壓至操作設定值時，油泵停止。
正常工作情況下油泵不工作，系統(tǒng)中如壓力過大，液壓油排至蓄能器，使壓力降低，保護沒備，若壓力繼續(xù)超過上限值時，自動卸壓。操作中系統(tǒng)壓力低于下限值時，自動啟泵增壓。
4 輥壓機主要集合參數(shù)的確定
4.1 設計計算
4.1.1 輥徑D的確定
為了分析方便，假設額定最大顆粒為球形，直徑為,兩輥間的最小間隙為，輥徑為D，這樣就可以利用雙輥破碎機的原理來確定輥徑D，圖1.為了避免圖形混亂，在圖1中只會出左邊輥子作用在物料球體上的各力。
物料球體于輥子的接觸點為A，物料受徑向力的作用。將沿垂直和水平方向分解為兩個力，即：
向上分力： (1)
水平分力： (2)
由于兩個壓輥相向向內轉動，于是殘生一個摩擦力，其方向與物料相對速度方向相反，向右下方作用。將其也分解為一個向下的垂直力和一個水平力。由三角關系得：
Pfd=Pfcosα (3)
Pfh=Pfsinα (4)
因為摩擦力等于摩擦系數(shù)與正壓力之乘積即：代入到（3)和(4)式中得：
Pfd=μPγcosα (5)
Pfh=μPγsinα (6)
可以看出，物料顆粒被代入輥間的條件為：
即： (7)
因為，代入到（7）中整理后得：
即：，
式中為摩擦角，為嚙角，通常將稱為嚙角。這就是說，最大物料顆粒被壓輥咬入的條件必須為
當取作為計算依據(jù)時，
由圖1中直角三角形可見有下列關系:
整理后得
式中為理論擠壓輥的外直徑，即臨界輥徑，為最大額定物料粒度直徑，
為操作時的最小輥隙，即在兩輥中心連線上的輥隙，也就是料餅的厚度。由圖1可見：
兩輥中心距
由（9）式中
最后算得Dc=1400mm
4.1.2 輥速的確定
輥壓機的輥速有兩種表達方式，一種是以輥子圓周線速度V表示的，另一種是以輥子轉速N表示的，它們之間有下述關系
式中 D——輥子直徑，m
n——輥子的轉速。r/min
利用堵塞破碎原理推導出輥壓機轉速的計算確定公式如下：
r/min
式中K是因物料不同而異的一個系數(shù)，D是輥徑，據(jù)此可計算出輥壓機轉速n的數(shù)據(jù)。
N=1.58m/s.
4.1.3 最小輥隙Smin的確定
最小輥隙可按下式計算確定
mm
式中： K——最小輥隙系數(shù)
D——輥壓機的擠壓滾外直徑
恰當?shù)淖钚≥佅对诰唧w生產(chǎn)中才能確定
本次最小輥隙為：80-250mm
4.1.4 最大喂料粒度的確定
輥壓機的最大喂料粒度可由圖分析
mm
當 取平均值，對水泥熟料
對水泥生料
代入后算得：
對水泥熟料:
結果得dmax≤70mm
4.2 強度校核
4.2.1 軸的彎曲剛度校核計算
常見的軸大多可視為簡文梁。若是光軸，可直接用材料力學中的公式計算其撓度或偏轉角；若是階梯軸，如果對計算精容要求不高，則可用當量直徑法作近似計算。把階梯軸看成是當量直徑為dv的光軸，然后再按材料力學中的公式計算。當量直徑為
式中：li——階梯軸第i段的長度，mm；
di——階梯軸第i段的直徑，mm；
L——階梯軸的計算長度；m。；
Z——階梯軸計算長度內的軸段數(shù)。
當載荷作用干兩支承之間時，L=l（l為支承跨距）；當載荷作用于懸臂端時，L=l+K（K為軸的懸臂長度）。
軸的彎曲剛度條件為：
撓度
偏轉角
式中：[y]——軸的允許撓度，mm，見表15-5；
[θ]——軸的允許偏轉角，rad,見表15-5。
表15-5 軸的允許撓度及允許偏轉角
一般傳動軸
精密傳動軸
精度不高傳動軸
0.5-1 （°/m）
0.25-0.5（°/m）
>1（°/m）
4.2.2 軸的扭轉剛度校核計算
軸的扭轉變形用每米長的扭轉角p來表示。圓軸扭轉角P的計算公式為：
光軸
階梯軸
式中：T——軸所受的扭矩，N·mm；
G——軸的材料的剪切彈性模量，MPa,對于鋼材，G=8.1*104MPa；
Ip——軸截面的極慣性矩，mm4,對于圓軸，Ip=pd4/32
L——階梯軸受扭矩作用的長度，mm；
Ti、li、Ipi——分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同前；
z——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
軸的扭轉剛度條件為
j≤[j] ( °)/m
式中[j] 為軸每米長的允許扭轉角，與軸的使用場合有關。對于一般傳動軸，可取[j]=0.5-1( °)/m；對于精密傳動軸，可取[j]=0.25-0.5( °)/m；對于精度要求不高的軸，[j]可大于1( °)/m。
經(jīng)過校核合格。
5 電動機簡介及選用
5.1 工作原理
新型電機定子采用變極起動繞組技術（如JBWR158-8電機的啟動極為10極，運行極為8極），而轉子則采用獨特的復合繞組技術。起動時定子起動繞組產(chǎn)生的磁場在轉子內產(chǎn)生環(huán)流，此時轉子繞組對應高電阻狀態(tài)，這相當于轉子電路串入了附加電阻，其效果遠優(yōu)于傳統(tǒng)電機的外串電阻。電機可以快速直接起動，當起動過程完成后，控制回路可自動斷開起動極而切換到運行極狀態(tài)下工作，轉子也自動轉入正常，對應于低電阻運行。
5.2 性能特點
(1)、高可靠性：新型電機結構特點是轉子無滑環(huán)電刷，不串電阻，也不需要進相機。因此就不存在因這些附加部件故障而引起電機停機檢修問題。電機可長期連續(xù)安全運行，無需像傳統(tǒng)電機那樣經(jīng)常停機維修。
(2)、高起動轉矩、低起動電流：由于新電機的特殊結構，其起動轉矩是額定轉矩的1.8~2.2倍（傳統(tǒng)電機小于或等于1.8倍），起動電流是額定電流的2.5倍（傳統(tǒng)電機轉子不串電阻為5~7倍）。
(3)、高功率因數(shù)：新電機無需高壓電力電容器及進相機等任何無功補償設備，其功率因數(shù)仍可高達到0.915（傳統(tǒng)電機為0.84）。它直接改善了電網(wǎng)的運行效率，減少無功電流在電網(wǎng)上的損耗。
(4)、高效率：新電機在設計上采用了獨特的技術，使其損耗降到最低限度，其效率可達94%以上。
(5)、異步轉速為740轉/分（傳統(tǒng)電機標稱為735轉/分，實際上只能達到730轉/分），既降低了轉差損耗，又大大提高了磨機的產(chǎn)量和產(chǎn)品質量。
(6)、低溫升、低噪聲：新型電機溫升比傳統(tǒng)電機溫升低10~20℃，噪聲低5~6分貝。
(7)、低故障率：傳統(tǒng)電機平均每月需停10小時進行維修，新型電機免維護而連續(xù)運行，可使磨機月產(chǎn)量大大提高。
(8)、電機起動控制簡單可靠：起動柜只用兩臺高壓交流接觸器一只時間繼電器即可。
(9)、高節(jié)能效果。
5.3 電動機的選型
電機型號：Y4003-6 額定功率：2x500kw
轉速/(r/min)：1000 電流/A：882.5
效率/%：92.3 功率因數(shù)(cosj)：0.88
致謝
經(jīng)過這次畢業(yè)設計的過程中，在我的指導老師的帶動下，讓我對大學生涯中學到的知識來了一次系統(tǒng)的學習，通過對輥壓機的設計，讓我體會到水泥生產(chǎn)中過程控制的重要性，也讓我提高到了如下很多能力：
（一）調查研究、中外文獻檢索與資料收集的能力；
（二）綜合運用專業(yè)理論知識分析解決實際問題的能力；
（三）分析與制定設計方案的能力；
（四）試驗研究及實驗數(shù)據(jù)的測試、采集與分析處理的能力；
（五）設計、計算與繪圖的能力；
（六）邏輯思維與形象思維相結合的文字及口頭表達的能力；
（七）綜合分析、總結提高，撰寫畢業(yè)設計（論文）的能力；
（八）外語、計算機應用能力。
在此感謝我的導師和專業(yè)老師，是你們的細心指導和關懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)設計。在我的學業(yè)和畢業(yè)設計的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的老師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。
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