刮刀卸料离心脱水机毕业设计论文.doc

中国矿业大学学士毕业设计（论文）摘要本文通过对国内外离心过滤技术研究现状的分析和亲身的现场时间工作经验总结，指出了离心脱水技术的重要性，和未来在该领域内需要开展的理论研究方向。文中描述了离心力场的基本特征，提出了提高分离因数的基本途径,对tll1030型离心机的结构、零部件和工作原理进行了细致的分析研究，并针对现场使用过程中出现的问题进行了原因分析。本论文在对筛筛篮和螺旋刮刀进行研究的基础上，对筛篮和螺旋刮刀进行改进设计，并对分配盘角度进行了改进。把螺旋刮刀的升角减小到20，分配盘角度由原来的90改为150，并在其上增加加大导流叶片更利于煤的疏导，提高了处理效率。对传动系统中差速器部分改进使其结构更加简单效率更高。离心脱水机在工作时，如果进料量太大，或者进料浓度突然增加等原因造成沉渣量加大，导致离心机螺旋的推料扭矩和主机电流增加，若没有过载保护措施，就会导致差速器损坏。因此离心机必须有过载保护措施，以确保离心机可靠安全运行. 本机过载保护方式同时采用过电流保护和液力偶合器保护的方案。润滑系统采用电机驱动稀油集中润滑，润滑油从油箱经滤油器进入齿轮油泵，然后经主压油管进入多支油管，再经四个支油管进入各润滑点。关键词：螺旋刮刀；分离因数；差速器；液力偶合器；过电流；稀油润滑abstractthis article through summarized to the domestic and foreign centrifugal filter engineering research present situation analysis and the oneself scene time work experience, had pointed out the centrifugaldehydration technology importance, with the future the fundamentalresearch direction which will need to develop in this gentrifugalism domain.asked described the centrifugal force field basic characteristic,proposed the enhancement separation factor essential way. to the xll-1,100 centrifuges structures, the spare part and theprinciple of work has ss appeared to carryon the reason analysis. the present paper in to sieves the basket and the spiral shaving knifeconducts the research in the foundation, to sieves thconducted the careful analysis research, andaimed at the question which in the field use procee basket and thespiral shaving knife carries on the improvement design, and has madethe improvement to the distributor disk angle. angle reduces the spiral shaving knife 20, the distributor diskangle by original 90 changes 150, and increases in above enlargesthe stator vane favor the coal unblocking, enhanced the processingefficiency. differential part of the drive system in a more simple structure to improve its efficiencycentrifugal dehydration machine at work, if too much into the feed, or feed concentration caused a sudden increase in sediment volume increased, resulting in the pusher centrifuge screw torque and increase the current host, if there is no overload protection measures will be lead to differential damage. centrifuges must therefore overload protection to ensure reliable and safe operation of centrifuges. overload protection of the machine at the same time the use of over-current protection and the protection of hydraulic coupling of the program. lubrication system uses a motor-driven focus on light oil lubrication, oil from the tank into the gear pump by the oil filter, and then through the main pipeline into the multi-pressure tubing, and then enter the pipeline by the four support points of the lubrication.key word: spiral shaving knife; separation factor; differential hydraulic coupling; over-current；dilute oil lubrication目录1 绪论.1 1.1引言.11.2经济技术分析. 1.3选煤的工艺过程.1 1.4 选煤产品的脱水.22 tll-1030型离心脱水机总体设计.32.1设计选用机型及工作原理.32.2离心机整体方案的确定及结构特点.42.2.1工作部分.52.2.2传动部分.52.2.3 过载保护.52.2.4润滑系统.6 2.3 主要技术特征.63 工作部分的设计.63.1分离因数 fr的确定.73.2 筛篮转速确定.73.3筛篮的结构设计.83.3.1 筛篮大端直径d.83.3.2 筛篮的长度h.83.3.3筛篮半锥角的确定.93.3.4筛网选型及其特征对脱水效果的影响.123.3.5筛网缝隙宽度的选择.123.3.6筛网缝隙排列对分离效果的影响.133.3.7筛篮主要参数如下.133.3.8筛篮的制造.143.3.9筛篮的平衡实验.153.4螺旋转子结构设计.153.4.1螺旋转子结构.153.4.2螺旋转子的升角的确定.163.4.3提高刮刀耐磨性措施.173.4.4筛篮与刮刀转子间间隙的确定.174离心机转鼓的设计.184.1转鼓的设计.18 4.1.1转鼓结构设计.184.1.2工作原理分析.184.1.3转鼓相关参数设计.194.1.4转鼓设计改进分析.234.2溢流挡板的说明.254.3耐磨套的确定.254.4离心机日常使用维护重点.265传动部分及生产能力计算.275.1电动机的选择.275.2传动部分.275.3中间轴的设计.285.3.1轴的用途及分类.285.3.2轴的材料.285.3.3轴的设计.295.3.4轴的强度校核计算.315.4带传动.345.4.1带传动的类型.345.4.2带的特点.345.4.3v带的结构.345.4.4v带的设计.345.5.离心机生产能力校核.396.差速器的设计. 416.1.差速器的功能原理.416.2.差速器基本参数的选择.416.3.差速器斜齿圆柱齿轮的几何计算.426.4.差速器斜齿圆柱齿轮强度校核.466.4.1齿根弯曲疲劳强度校核.466.4.2齿面接触疲劳强度校核.486.5.转子轴的设计及附件的选择.496.5.1轴的用途与材料的选择.496.5.2轴上的功率p3，转速n3和转矩t3.496.5.3求作用在齿轮上的力.496.5.4初步确定轴的最小直径.506.5.5转子轴的结构设计及附件的选择.516.5.6轴的强度校核.517.过载保护装置设计.547.1过载保护方案的确定.547.2液力偶合器保护.547.2.1液力偶合器的工作原理.557.2.2 液力偶合器的选择.577.2.3 液力偶合器的正确使用.597.3过电流保护设计.597.3.1过电流保护控制电路的设计.607.3.2 控制电器的选用. 617.4减震装置设计.638.润滑系统的设计.668.1.润滑系统的设计思路.668.2.机械润滑理论的介绍.678.3润滑系统的设计.688.4.组成元件的设计.698.4.1 油泵电动机的选择.708.4.2 液压泵的选择.708.4.3 液压控制阀的选择.748.4.4 滤油器的选择.758.4.5 油箱的选择.768.4.6 密封件的选择.778.4.7油管的选择.788.5.润滑系统回路图的设计.789小结.80参考文献.81致谢辞.83附录（汉英）.84 viii1. 绪论1.1引言目前煤炭仍是世界上人类利用的主要能源，我国又是世界上最大的煤炭生产国和消费国。煤炭在我国的能源消费总量构成中的比例超过50%。今后五十年甚至更长一段时间，煤炭作为中国的主要能源及钢铁、化工领域的原料在相当长的时间内不会有大的改变，煤炭仍将是我国的主要能源。因此煤炭在中国国民经济中的地位是举足轻重的地位。然而，在中国的煤炭消耗中，煤炭的加工利用处于低水平阶段，存在着高能耗、高污染、低效率的利用现状，也产生了一系列的环境污染问题，如燃煤产生烟尘和so:排放量分别占80%和90%，中国的大气环境污染属典型的煤烟型大气污染。并且今后随着我国国民经济的的快速发展，煤炭的产量将保持增长势头，从而对煤炭的洗选加工和环境保护提出了更高的要求，环保要求的提高、洁净煤计划的实施、煤炭市场日趋激烈的竞争等成为煤炭深度洗选脱硫降灰的内在动力。深度洗选脱硫降灰的前提是对煤炭进行深度的破碎(磨矿)解离，这必然导致大量细粒煤泥的产生。大量的统计资料表明，并且今后随着我国国民经济的的快速发展，煤炭的产量将保持增长势头，从而对煤炭的洗选加工和环境保护提出了更高的要求，环保要求的提高、洁净煤计划的实施、煤炭市场日趋激烈的竞争等成为煤炭深度洗选脱硫降灰的外在动力1.2经济技术分析煤炭是世界上人类利用的主要能源之一，我国又是世界上最大的煤炭生产国和消费国。煤炭在我国的能源消费总量构成中的比例超过50%。今后五十年甚至更长一段时间，煤炭作为中国的主要能源及钢铁、化工领域的原料在相当长的时间内不会有大的改变，煤炭仍将是我国的主要能源。因此煤炭在中国国民经济中的地位是举足轻重的地位。然而，在中国的煤炭消耗中，煤炭的加工利用处于低水平阶段，存在着高能耗、高污染、低效率的利用现状，也产生了一系列的环境污染问题，如:燃煤产生烟尘和二氧化硫，排放量分别占80%和90%，中国的大气环境污染属典型的煤烟型大气污染。并且今后随着我国国民经济的快速发展，煤炭的产量将保持增长势头，从而对煤炭的洗选加工和环境保护提出了更高的要求。环保要求的提高、洁净煤计划的实施、煤炭市场日趋激烈的竞争等成为煤炭深度洗选脱硫降灰的内在动力。深度洗选脱硫降灰的前提是对煤炭进行深度的破碎(磨矿)解离，这必然导致大量细粒煤泥的产生。大量的统计资料表明，并且今后随着我国国民经济的快速发展，煤炭的产量将保持增长势头，从而对煤炭的洗选加工和环境保护提出了更高的要求，环保要求的提高、洁净煤计划的实施、煤炭市场日趋激烈的竞争等成为煤炭深度洗选脱硫降灰的外在动力。长期以来，我国选煤厂细粒级煤(浮选精煤和粗煤泥)产品水分普遍偏高，严重影响了全厂最终产品质量和冬季运输，同时也影响用户的经济技术指标，是选煤生产中急待解决的问题为了适应市场要求，我们研制了离心式脱水机。该设备可以使末煤得到最大限度的回收，从而提高了精煤的回收率，使得选煤企业的经济效益提高，保护了环境，最大限度的节约了能源。该设备具有投资小、系统改造力度小、工艺效果好的特点，将成为老厂改造和新建选煤厂的首选设备，由于适合的粒度较小，因此不仅适用于选煤业，还适用于化工、制药、食品及环保业中进行固液分离，具有良好的社会、经济效益和发展前景，即可节煤约1300万吨，重油200万吨，汽油和柴油300万吨，电力100亿度，总价值约合人民币60亿元。引用美国按直接节能价值的5倍计算，则每年至少可增加经济收益约400亿元。1.3选煤的工艺过程（1）原煤准备：包括原煤的接受、存储、破碎和筛分。（2）原煤的分选：目前国内的主要分选工艺包括跳汰-浮选联合流程；重介-浮选联合流程；跳汰-重介-浮选联合流程；块煤重介-末煤重介旋流器分选流程；此外还有单跳汰和单重介流程。（3）产品脱水：包括块煤和末煤的脱水，浮选精煤脱水，煤泥脱水。（4）产品干燥：利用热能对煤进行干燥，一般在比较严寒的地区采用。（5）煤泥水的处理。1.4选煤产品的脱水选煤产品的脱水是利用重力、机械力或加热干燥等方法使固体物料与水分离，以降低湿物料水分含量的作业。脱水作业是湿法选煤厂的重要选煤工艺环节。选煤产品脱水有以下几个目的：（1） 降低选煤产品中的水分，以满足用户和运输的需要。在选煤厂，各种精煤的综合水分一般要求达到8%10%，高寒地区要求为8%以下。湿法选煤带有大量的水分，若炼焦用煤水分很高，不仅使炼焦时间延长，生产量减小，而且炼焦炉所用煤气量变大，寿命缩短。水分高的煤炭，运输也困难，特别是北方的冬季，煤炭的冻结更给卸车带来困难。水分过高，选煤厂贮存和装车也很困难。（2） 洗水再用，节约用水。湿法选煤用水量很大。一般情况下，跳汰机每处理1吨原煤用水3吨；1吨块原煤用水0.7吨；1吨末原煤约用1.62.0吨水，这么多的水不回收，将造成很大的浪费。 （3）使煤泥回收，洗水闭路循环，以免环境污染。煤泥水外流不仅造成环境污染，也增加煤炭的损失。采用有效的脱水，既可回收煤泥，实现洗水闭路循环，也减轻了对环境的污染。此外，在风力选煤前，如煤中含有大量的外在水分，也必需先经过脱水。选煤产品的脱水方法有：重力脱水、机械力脱水、热能脱水、物理化学脱水和电化学脱水法。其中常用的方法有：重力脱水、机械力脱水和热能脱水法。在选煤厂，除了对选后产品的最终脱水外，有时在选煤工艺过程中的中间环节也需要进行脱水。长期以来，我国选煤厂细粒级煤(浮选精煤和粗煤泥)产品水分普遍偏高，严重影响了最终产品质量和冬季运输，同时也影响用户的经济技术指标，是选煤生产中急待解决的问题，随着洁净煤技术的发展，选煤厂煤泥水流程按0.5mm为界限，确定煤泥分级、回收的惯例已被打破，传统的煤泥水系统工艺和设备已不能适应新技术的发展。为了适应市场需求，尤其是对进行脱水分段中的0.5 3mm粒度煤泥脱水的要求，开发一种新型的离心脱水机是必要的。这样可以使末煤得到最大限度的回收，从而提高了精煤的回收率，使得选煤企业的经济效益提高，保护了环境，最大限度的节约了能源。这种离心机结构紧凑，处理能力大，产品水分低，大大减轻煤泥水处理系统的负担，取得了良好的工艺效果，并可以简化煤泥水处理工艺。本次研制的脱水机主要针对013mm的末煤脱水 ，该机具有投资小、系统改造力度小、工艺效果好的特点，将成为老厂改造和新建选煤厂的首选设备，由于适合的粒度较小，因此不仅适用于选煤业，还适用于化工、制药、食品及环保业中进行固液分离，具有良好的社会、经济效益和发展前景。2.tll-1030型离心脱水机总体设计2.1设计选用机型及工作原理根据本次设计脱水物料的特点及对各种离心机特点的比对，设计机型选用立式刮刀卸料离心脱水机。这种离心脱水机工作中，物料移动不是主要依靠所受的离心力，同时也利用了筛篮内的螺旋形刮刀，将物料送到排料口。物料移动速度可以提高，而且可以进行控制。同时，筛面与回转轴线间的角度也可以大大地减小，从而减小离心机的体积和重量。其工作原理是利用机械旋转产生离心力，实现固液混合物分离的过程，湿煤通过入料口，经布料锥进入筛篮与刮刀之间的空间，在离心力的作用下，水和水的颗粒（离心液）透过物料层，穿过筛网，沿上盖流入机座上部的集水槽内，然后通过设在机座两侧的排液管排出机外，煤粒则保持在筛篮内侧，因螺旋刮刀与筛篮之间有一转速差，螺旋刮刀就将煤粒从筛网上刮下，并将其推送至筛篮底部，从而把脱水后的末煤卸到机器下边的收料漏斗里，这一过程连续不断地进行。2.2离心机整体方案的确定及结构特点本次设计的立式螺旋卸料离心机主要由以下几部分组成(如附图2.1所示)图（2.1） 结构简图1.筛篮 2.螺旋转子 3.进料口 4.上盖 5 .鈡形罩6.心轴 7.外轴 8.外壳 2.2.1、工作部分工作部分主要由筛篮、螺旋刮刀、钟形罩和分配盘组成。锥形筛篮装在钟型罩上，钟形罩则用螺栓固定在外轴上。布料锥装在螺旋刮刀转子上，螺旋刮刀转子用螺栓和键固定在心轴上，其转速略低于筛篮的转速。钟形罩和螺旋刮刀转子的结构可保证煤粒不致落入轴承内，且又便于脱水后煤粒的移动。由于螺旋刮刀转子的转速比筛篮慢，螺旋刮刀就将煤粒从筛面上刮下，并将其向下输送。当脱水后的末煤运动至筛篮底部时，具有很大的动能，这动能在煤与出口保护环碰撞时大部分消失。出口保护环用球墨铸铁制造，以保证耐磨。外壳与齿轮箱之间有足够的空间，以减少卡煤的可能性。为安全起见，上、下外壳还设有捅煤孔，以备在堵煤时排煤用。2.2.2、传动部分本机的传动系统v 带传动和两对斜齿圆柱齿轮传动组成。电动机通过v 带传动带动中间轴转动。中间轴上装有两个齿数相差为的齿轮。它们分别与装在外轴上的齿轮（这两个齿轮的齿数相同） 相啮合，从而使锥形筛篮和螺旋刮刀转子保持同向旋转，并有一适当的转差。三角皮带选用 c型三角带。三角皮带通过调节张紧螺栓来张紧。两对齿轮均为普通圆柱斜齿轮，齿轮旋向的选择，使得齿轮工作时产生的轴向力与螺旋刮刀刮煤时所引起的轴向力部分抵消，从而使轴承的工作状况得到改善2.2.3过载保护本机过载保护方式同时采用过电流保护和液力偶合器保护的方案。过电流保护方式可以在离心机发生堵转而严重过载时，造成电动机电流突然增大从而使过电流继电器与接触器配合及时切断主机电源以保护电机和工作主机。同时采用液力偶合器保护方式可以改善和减缓传动系统中的冲击和振动。并且能够较大地削减工作机构的动应力，降低疲劳程度，使之传动平稳，从而大大延长电动机和工作机的使用寿命2.2.4、润滑系统本机采用稀油压力集中润滑系统。润滑系统采用电机驱动稀油集中润滑，润滑油从油箱经滤油器进入齿轮油泵，然后经主压油管进入多支油管，再经四个支油管进入各润滑点。2.3 主要技术特征入料粒度/ mm 013(允许到25)入料水分/% 30处理能力（按入料计）/t.h-1 150产品外在水分/% 58筛篮半锥角 /() 20筛篮大端直径/mm 1030筛篮转速/r/min 570 筛网缝隙/mm 0.5主电机功率/kw 55参考文献：机械设计手册 中国铁道出版社工业离心机选用手册机械零件设计手册机械设计机械原理3.工作部分的设计 3.1分离因数 fr的确定在物料的脱水过程，离心力的大小影响脱水的效果。而分离因数就是表示离心机中物料所受离心力大小、分离能力的一个重要指标，对离心机的脱水效率起决定作用。所谓分离因数是指物料所受的离心加速度和重力加速度的比值。它是表示离心机特征的一种指标,分离因数越大,物料所受的离心力越强,固体和液体分离的效果也越好。改变离心机筛篮的半径和转数，就能改变分离因数的大小。由于分离因数是与转数的平方成正比，所以，为了提高分离因数，改变转数的效果比改变半径的效果要大的多。因此，一般离心脱水机中，都是通过改变筛篮的回转数来提高其分离因数的。但是，对选煤用的离心机，不适当地提高其分离因数，会引起不利地影响。离心力提高以后容易把煤粒破碎，从而会增加煤在滤液中的损失；而且，动力消耗也要相应地加大，对设备的强度要求更高。因此，应当全面考虑这些因素来决定所采用的分离因数。在选煤厂，采用过滤原理的离心机，分离因数一般在80200，采用沉降原理的离心机，分离因数为5001000左右。参考同类机型并结合本次设计机型的实际特性，本机分离因数确定为180。3.2 筛篮转速确定在分离因数确定以后，由公式（3.1）可确定筛篮和螺旋转子的转速。fr = = = =180 式（3.1）则 n = 559转/分；式中 a离心加速度，米/秒；g重力加速度，米/秒；离心机筛篮运动的角速度,弧度/秒；r离心机筛篮的内半径,米；(见原始设计数据)n筛篮每分钟的转数,转/分；3.3 筛篮结构设计筛篮是过滤式离心机的工作表面，是保证离心机正常工作的重要部件，筛篮形状为锥台形且内表面应保证圆形。对于螺旋卸料的过滤式离心机，这点尤为重要，否则，就不能保证筛面与螺旋叶片之间的间隙。筛篮主要由上法兰、下法兰、加强肋、加强环、不锈钢锥形网筒组成；其中不锈钢锥形网筒由数块扇形筛网组焊而成，扇形筛网是由不锈钢丝轧制成特殊形状的筛条和支撑条通过专用设备焊接成型的，筛条沿筛篮圆锥母线排列。为了减轻筛缝堵塞，筛缝做成上小下大，为了使煤渣的过滤效果更好。筛篮通过上法兰和下法兰上的孔用螺栓与主机连成一体。3.3.1 筛篮大端直径d离心机的处理量与筛篮大端直径关系最大，一般来说，筛篮大端直径越大，其处理量也越大，根据设计原始资料，本机筛篮大端直径确定为1030mm。3.3.2 筛篮长度h 一般来说，筛篮长度越长，物料在筛篮上脱水的时间越长，脱水效率也越高，产品水分也越低。但对离心机其他机械性能要求也越高。若用筛篮长径比q来确定，过去离心脱水机均采用较小的长径比q0.54，为了进一步降低产品水分，本次设计的离心脱水机采用较大的长径比0.56，即： h / d = h / 1030 =0.56所以，筛篮的长度h =577mm.3.3.3 筛篮半锥角的确定当其他参数一定时，筛篮半锥角对产品水分和处理能力有较大的影响，一般来说筛篮半锥角越大，处理能力也越大，但产品水分反而会增加。在过滤式螺旋卸料离心机中，螺旋转子将滤渣由小端向大端输送，滤渣的离心力的切向分力有助于螺旋排料，特别是当筛篮半锥角大于物料与筛篮之间的摩擦角时，物料将靠离心力的切向分力输送，螺旋转子不再起排料的作用，而是起阻止排料从而延长物料在筛篮中停留时间的作用。滤渣受力分析 为研究滤渣在离心机中的受力情况，取微块滤渣进行分析，其受力情况如图3.1所示： (a) (b) (a)轴向截面（b）锥筒切平面图3.1 由离心力输渣时滤渣受力图其力平衡方程为：筛篮轴向截面沿方向 式（3.2）锥筒切平面中沿方向 式（3.3）锥筒切平面中沿方向 = 式（3.4）螺旋叶片对滤渣的法向法向反力；煤与筛篮之间的摩擦系数；筛篮对滤渣的法向反力；煤与螺旋叶片之间的摩擦系数；滤渣沿筛篮滑动方向与垂直于滤渣所在处筛篮母线的面间夹角； 滤渣沿螺旋叶片滑动方向与切线间夹角； 螺旋叶片升角；c离心力 ；由式（3.3），式（3.4） 式（3.5） 式（3.6）将式（3.5），式（3.6）代入式（3.4）整理得 式（3.7）式中 求解式3.7得 式（3.8）同理3.5 3.6可简化为 式（3.9） 式（3.10）在设计过滤式螺旋卸料离心机时，在结构允许的条件下，应使筛篮的半锥角尽可能接近物料与筛篮之间的摩擦角，这样可以减少传动装置的负荷，减轻螺旋叶片的磨损。因此本次设计选取螺旋角20，物料与筛篮之间的摩擦角=，这样可获得较低的产品水分，又可获得较大的处理能力。又由以上参数计算得筛篮小端直径为：655mm，并计算中径为：843mm。3.3.4 筛网选型及其特征对脱水效果的影响离心机筛网有条形网、编织网、板网等等类型。目前常使用的是板网。板网是指在薄的金属板上加工出很多很小的过滤缝隙的一种筛网，一般缝隙开孔率为4%-5%。制造板网的材料不仅要求有足够的强度、硬度、韧性，还要有良好的耐磨性、耐腐蚀性和可加工性，一般采用不锈钢板，纯钛板等。由于加工工艺的限制，板材的厚度很小，大约为0.28-0.5mm,这样薄的厚度在工作时刚度小，易变形，强度低，因此采用这种筛网需要转鼓以增加强度。 图3.2 筛网图筛网的孔型对分离效果是有影响的，孔型有条缝形和圆孔形，本次设计选用的条缝形筛网如图3.2，是根据脱水原料颗粒大小来决定的。本次设计的脱水机针对的物料粒度为013（允许到25）mm，采用条缝形筛缝，即可减少细颗粒的漏损，保存较高的回收率，又使筛网具有较大的开孔率和有效过滤面积。3.3.5 筛网缝隙宽度的选择：在确定筛网缝隙宽度时，应考虑以下因素：在离心脱水机中，滤渣层的厚度很薄，只