1前言 1
2国内外研究现状及发展动态 2
3 立式过滤沉降离心机的总体设计 4
4具体设计说明 5
4.1转鼓的设计计算 5
4.2离心机驱动功率的计算。 10
4.3电机的选择 13
4.4带轮的设计计算 13
4.4卸料口的设计 15
4.5电机的固定机架调节机构的设计 16
4.6 柱脚部件减震机构的设计 16
5 结    论 17
参考文献 18
致    谢 19
附    录 20

1前言
离心机自1926年问世以来，已被广泛用于工业、农业、国防、生物医学工程、动植物研究及医疗卫生等各个领域。离心机能有效地分离、纯化所需样品，因而深受人们的重视。
本课题为立式过滤沉降离心机(总体设计及外壳部件设计),课题为两人,本人主要负责总体设计。本课题来源于盐城市制药厂，现今市场上用于固液分离的沉降离心机工作时，由于滤渣在转鼓内的移动是籍其内的一套与转鼓同轴线的差动机构而实现的,故其结构复杂，制造成本高；其被分离出来的滤液流出转鼓前都经过出料端的滤网再行过滤，由于滤网容易被堵塞，致使脱液过程中必须定时清理或更换滤网，造成运行操作成本上升和产品质量不稳定。本设计旨在消除这一弊端，将转鼓改成内外两层，让滤渣籍其自身所受的离心力而流向出渣端（被分离出来的滤液则沿着与离心力相反的方向流经滤网，实现了滤液和滤渣各行其道，彻底分开），从而可将其差动机构取消，也克服了滤网被堵塞的现象。本设计旨在提供一种解决上述缺点和弊端的新机型---立式过滤沉降离心机。
此设计的立式过滤沉降离心机的结构比较简单，采用一台电机作为动力源，采用V带传动。在设计中使离心机满足下列要求。
a、离心机为立式机构，转鼓由内外不同锥度的圆锥组成，其外圆锥为无孔的沉降圆锥，内圆锥为安装了过滤网的过滤圆锥；该两圆锥之轴线均呈立式安置；
b、该立式过滤沉降离心机能使滤料在转鼓内进行固，液沉降分离的同时，对被分离出来的滤液再次进行过滤分离，从而提高分离效果；
c、本机工作时滤料由离心机上部料斗的进料口进入转鼓内圆锥，同时经由转鼓底座的径向均布的通道进入转鼓外圆锥的小端；电机起动运转；滤料在高速旋转的转鼓内外圆锥的夹层内同时进行沉降和过滤分离，被分离的滤液和滤渣分别经离心机的出液口和出渣口被引出机外；整个操作过程是在全速、连续运转下自动进行；
d、进料口直径不小于50mm；生产率为每小时排出渣3立方米；
e、该离心机的转鼓内圆锥能延其轴线作稍小轴向移动，以调整其大端与转鼓外圆锥之间隙以适应不同滤料之需；
f、本机工作可靠，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单；
g、本机结构紧凑，其进料口、出液口和出渣口便于连接到自动生产线上。

2 国内外研究现状及发展动态
当今市场上的沉降式离心机已广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、医药、轻工、食品等工业部门和污水处理工程，其中以螺旋卸料沉降式离心机应用最为广泛．?螺旋卸料沉降式离心机是高速运转，连续进料、分离分级、螺旋推进器卸料的离心机，螺旋卸料沉降式离心机分立式螺旋卸料沉降式离心机和卧式螺旋卸料沉降式离心机。它利用离心沉降法来分离悬浮液，能连续操作、处理量大、无滤布和滤网、单位产量的耗电量较少、适应性强、维修方便、能长期运转。
最初的卧式螺旋卸料离心机是由两对开式齿轮传动获得转鼓与螺旋之间的差转速，以输送沉渣并被应用于淀粉工业上。真正现代的有实用价值的第一台螺旋离心机首次使用了二级行星齿轮差速器。卧螺离心机出现后，由于具有突出的优点而得到了迅速的发展。在各种国际展览会上，各种各样的螺旋离心机，是所展示出的离心机中最吸引人的机型，可见各国对螺旋离心机的重视。
螺旋卸料沉降式离心机是国际上五十年代发明的机械，七十年代，我国开始引进。国产化一些机型成为原化工部七五科技攻关项目。八十年代我国就开始测绘，己测绘美国SHAPLESS公司、法国GUINARD公司等国外著名公司生产的多种规格的离心机，并进行仿制，国家当时在全国组织6个生产厂家进行仿制生产。现国内己能生产的螺旋卸料沉降式离心机有WL200、WIJ350、WL450、WL600、LW800、LW350、LW400、LW50O、LW620等。
随着化学工业的飞速发展，各化工生产厂家对高精度、高质量设备的需求量不断增加。当前各种类型的离心机品种繁多，各具特色，并且都向提高技术参数、系列化、机电一体化方向发展。螺旋卸料沉降离心机由于能够连续出料，生产能力大，对物料的适应性强，结构紧凑，占地面积少等特点，因此应用越来越广泛。目前其发展速度很快，但从总的趋势看:
a、为了提高单机生产能力，采取加大转鼓直径，增加长径比的方法，如GUINARD公司的D型螺旋卸料沉降式离心机，转鼓直径最大的为1500mm，长径比为4.7，我国目前生产的螺旋卸料沉降离心机的直径最大为1000mm，长径比还不到?2。
b、为了分离固相颗粒比较细，粘度大的悬浮液，采取提高转速度方法，如阿法拉法公司生产的4500型离心机，转鼓直径310mm，转速达7600r/min，这样高的转速，目前我国还不能达到。
c、目前国外离心机正向着机电一体化方向发展，己实现在离心机上对分离物料的自动检测与调节，机械性能自动保护，振动的随机检测和自动报警，过载保护分离反馈等。我国目前己开始注意机电一体化的研究与应用，但在离心机方面也只是刚刚起步。
d、适应不同物料及工况的需要，目前国内外离心机制造厂又推出来许多不同型号的防爆型离心机，用于易燃易爆场合的物料分离。
近来由于石油化学工业的迅猛发展，以及污水治理的需要，使卧螺沉降式离心机得到了进一步的发展。例如在合成塑料(聚氯乙烯、聚丙烯)及合成纤维(聚对苯二甲酸乙二脂)生产分离设备中，卧螺沉降式离心机是关键设备之一，在聚乙烯醇的生产中也要使用螺旋离心机;在污泥脱水中使用了高分子絮凝剂，是螺旋离心机的固相回收率大大提高，因而它成为污水治理的有效分离设备。在连续离心机中，卧螺沉降式离心机是对物料适应性较好、应用范围较广的一种离心机．
通过对市场上的卧螺沉降式离心机研究发现现今市场上用于固液分离的沉降离心机工作时，由于滤渣在转鼓内的移动是籍其内的一套与转鼓同轴线的差动机构而实现的,故其结构复杂，制造成本高；其被分离出来的滤液流出转鼓前都经过出料端的滤网再行过滤，由于滤网容易被堵塞，致使脱液过程中必须定时清理或更换滤网，造成运行操作成本上升和产品质量不稳定。本设计旨在消除这一弊端，将转鼓改成内外两层，让滤渣籍其自身所受的离心力而流向出渣端（被分离出来的滤液则沿着与离心力相反的方向流经滤网，实现了滤液和滤渣各行其道，彻底分开），从而可将其差动机构取消，也克服了滤网被堵塞的现象。
为解决上述弊端，为克服现行沉降式离心机的缺点，本设计旨在提供一种解决上述缺点和弊端的新机型—立式过滤沉降离心机。

3 立式过滤沉降离心机的总体设计
由于此次设计的立式过滤沉降离心机重在内部结构的设计，因此总的设计路径应是从内部结构开始进行设计，再根据设计完成的各机构，结合结构和设计要求，进行其它外部零部件的设计。
该离心机为立式机构，转鼓由内外不同锥度的圆锥组成，其外圆锥为无孔的沉降圆锥，内圆锥为安装了过滤网的过滤圆锥；该两圆锥之轴线均呈立式安置；该立式过滤沉降离心机能使滤料在转鼓内进行固，液沉降分离的同时，对被分离出来的滤液再次进行过滤分离，从而提高分离效果；本机工作时滤料由离心机上部料斗的进料口进入转鼓内圆锥，同时经由转鼓底座的径向均布的通道进入转鼓外圆锥的小端；电机起动运转；滤料在高速旋转的转鼓内外圆锥的夹层内同时进行沉降和过滤分离，被分离的滤液和滤渣分别经离心机的出液口和出渣口被引出机外；整个操作过程是在全速、连续运转下自动进行；进料口直径不小于50mm；生产率为每小时排出渣3立方米；该离心机的转鼓内圆锥能延其轴线作稍小轴向移动，以调整其大端与转鼓外圆锥之间隙以适应不同滤料之需；本机工作可靠，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单，具体结构如图3-1所示。
整个机体的所有部分都由三个支撑脚(三足式)来支撑，三个支撑脚安装在底盘上，底盘则通过地脚螺钉来定固。转鼓体用螺栓固定于转盘，转盘安装于主轴上，由电机通过V带把动力传递到主轴上带动转盘转鼓高速旋转。

图3-1 离心机结构原理图

4 结构设计
立式沉降过滤离心机，由内转鼓、外转鼓、主轴、壳体、带传动组件（皮带轮及皮带等）组成。
立式沉降过滤离心机的基本参数包括：转鼓的直径、转鼓的的工作转速、转鼓的一次最大加料量、物料密度、物料的固液比、离心机由静止到达工作转速所需要的启动时间等。对于这些参数，设计过程中可以通过查阅有关资料和老师所给的设计要求中找到所需要的参数。
4.1转鼓的设计计算
离心机转鼓优化设计的目标函数选为转鼓的质量。质量为最小，不仅可节省机器造价还可以降低离心机的启动功率，降低消耗。
离心机的转鼓是离心机的关键部件之一。一方面，转鼓的结构对离心机的用途、操作、生产能力和功率等均有决定性影响。另一方面，转鼓自身因高速旋转（其工作转速通常在每分钟几百转至几万转之间），受到了离心力的作用，在离心力的作用下转鼓体内会产生很大的工作应力，一旦发生强度破坏，必将产生极大的危害，尤其是有时由于应力过高发生的“崩裂”，常会引起严重的人身伤害事故。同时，对于高速旋转的转鼓而言，转鼓的刚度同样非常重要。若转鼓刚度不足，工作中转鼓的的几何形状将会发生明显的变化，轻则会出现转鼓与机壳撞击、摩擦，损坏零部件；重则同样会引起转鼓的爆裂，甚至出现人生伤害事故。多年来，由于转鼓的设计不当、转鼓制造质量不高等原因导致重大事故的现象频频发生。这已引起了设计人员、制造厂家和使用部门的重视，经常进行三足式离心机事故原因的诊断、分析与研究。因此，对离心机转鼓部件的设计计算的分析研究也是十分必要。
由于本人此次主要负责总体设计，转鼓部件由另一位一同学设计，因此转鼓部件的壁厚计算和强度校核的计算这里不再重述，这里主要对转鼓的质量进行计算。

全部文件.jpg

A0立式沉降过滤离心机装配图.jpg

A1底盘.jpg

A1立式沉降过滤离心机柱脚部件.jpg

A2马达板.jpg

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A3立式沉降过滤离心机外壳部件.jpg

A3主动带轮.jpg

A3柱脚.jpg

A4拉力杆.jpg

A4球头垫圈.jpg

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内容简介：: 式螺旋卸料沉降式离心机的研制李玉淑 ,金京华(吉化集团机械有限责任公司 ,吉林吉林 132021)3关键词离心机 ;试验 ; 国产化摘要介绍了 L 式螺旋卸料沉降式离心机的结构及性能特点。指出该机可用于低聚合度脂的生产 ,完全可以替代进口产品。中图分类号 3 文献标识码 B 文章编号 1009 - 7937 (2006) 11 - 0040 - 02 J I N J i o. ,32021 ,ey It t be to t VC h 言自 1836 年第一台工业用三足式离心机在德国问世 ,迄今一百多年以来 ,离心机已获得很大的发展 ,各种类型的离心机品种繁多 ,各有特色 ,正在向高技术参数、系列化、自动化方向发展。现今离心机已广泛应用于化工、石油化工、石油炼制、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工等各个领域 ,离心机已成为国民经济各部门广泛应用的通用机械。L 式螺旋卸料沉降式离心机 (以下简称L 心机 )是吉化集团机械有限责任公司 (以下简称吉化机 )在开发 L 式螺旋卸料沉降离心机 (以下简称 L 心机 ) 的基础上 ,结合国内最新引进的日本巴工业株式会社 5400 050 机型而研制的新机型。该新机型与上述机型相比参数和结构有一定变动。本文详细论述了 L 心机的结构特点、主要技术参数选定、应用特点及使用实例。实践证明 ,该机的设计研制是成功的 ,达到了预定的要求 ,解决了 5万 t/ a 置中的关键设备离心机替代进口产品的关键技术 ,为我国氯碱化工及其他行业提供了一种新产品。1 结构特点L 心机主要由转鼓部、差速器部、机壳部等组成。该机在设计过程中 ,充分考虑到国情 ,其结构特点主要有 :(1)电机功率为 110 采用液力耦合器传动。(2) 差速器为双级 2 K - H 型渐开线行星齿轮差速器 ,由 050 离心机的英制改为公制 ,加工方便 ,并可完全与 050 离心机差速器互换。(3)自控连锁及过载保护。L 心机是连续运转设备 ,为防止出现突发情况机器遭到破坏 ,设有如下自动连锁 : 润滑系统。该系统设有油压保护 ,当油压低于设定值时自动报警并切断主电机电源 ,该系统必须重新启动后方可启动主电机。扭矩控制系统。若因物料波动或其他原因而04装置与设备聚氯乙烯 2006 年第 11 期11 ,20063 收稿日期 2006 - 09 - 25作者简介李玉淑 (1968 - ) ,女 ,工程师 ,毕业于大连水产学院 ,于吉化集团机械有限责任公司研究所从事机械设计工作。使离心机扭矩过大 ,超过限定值时 ,安全装置动作 ,触及行程开关 ,发出信号切断主电机电源同时报警 ,保护差速器不被破坏。(4)检修安装方便。该机在设计过程中充分考虑到应用企业检修方便 ,将主机轴承座由整体结构更改为剖分式轴承座。2 主要技术参数的确定2. 1 分离因数的确定分离因数是表示离心机分离能力的主要指标 ,是离心机性能的重要标志之一。由于分离因数同转鼓直径和旋转速度有关 ,根据 050 离心机现有参数在产中的应用情况及生产工艺对物料的要求 ,在设计时确定 L 心机转鼓直径为 635主机旋转速率 n = 2 300 r/ mi n ,差动转速 n =48 r/ mi n ,控制分离因数在 1 800 ,可达到同类型离心机对浆料分离的效果。2. 2 回转部件结构尺寸的确定(1) 转鼓部离心机转鼓采用柱锥结构 ,由于转鼓体的长径比是离心机中很关键的参数。依据物料特性 ,并与A 离心机相比较 , 确定转鼓的长径比为2. 5 1。根据国内外离心机的先进经验 ,转鼓采用整体双锥角结构 ,在锥鼓中焊有 6 条防滑筋板 ,此结构更改可使离心机在保证原工艺参数条件下 , 将生产能力提高至 6 . 5 t/ h。(2) 螺旋部螺旋部是依靠螺旋叶片直接与沉渣接触并输送沉渣的部件。本机设计的螺旋叶片垂直于回转转鼓侧母线 ,为双螺旋结构 ,导程为 286 m m ,螺旋叶片厚度为 8 m m ,锥角为 15 和 2 。螺旋与转鼓之间的间隙控制在 1. 5 m m ,螺旋叶片旋向为右旋。(3) 差速器部差速器部是离心机中复杂而又重要的部件 ,其性能与质量决定整台设备的工作性能 ,转鼓与螺旋之间的转速差依靠差速器部件来实现。根据物料扭矩及 A 、 050 离心机的应用情况 ,设计了双级 2 K - H 渐开线行星齿轮差速器。该差速器与 A 和 050 离心机差速器相同 ,完全可替代进口机型差速器。3 心机同机技术参数对比L 心机同 A 和 050 离心机技术参数对比见表 1。表 1 心机同心机技术参数对比项目机 050离心机机转鼓直径 / 10 610 635转鼓长度 / 250 1 250 1 250转鼓转速 / (r 1) 2 450 2 450 2 300分离因数 2 130 2 130 1 877差动转速 / (r 1) 52 52 48处理能力 / t h - 1) 7. 0 7. 0 6. 5电机功率 / 10 110 110应用场合固相含湿量 / % 20 27 20 27 20 27液相含固量 / % 0. 03 0. 03 0. 034 离心机空试车及负荷试车数据吉化机研制的首台 L 心机经过在厂内空试车运行后 ,2001 年 12 月在宁夏金昱元化工集团有限公司间进行了工业性生产考核试车 ,现已连续运转近 5 年 ,各项性能指标基本达到了设计要求 ,完全能够满足料脱水的工艺要求 ,结果见表 2、表 3。表 2 心机工艺参数项目工艺参数电机电流 / A 140日产量 / t 150固相含湿率 / % 22液相含固率 / % 0. 03表 3 心机机械参数项目空载负荷前轴承振幅 / m 25 30 28 33后轴承振幅 / m 30 38 30 32电机振幅 / m 40 42 40 43前轴承油温 / 52 54后轴承油温 / 50 53噪声 / 8 885 结语L 心机通过空运转及工业性生产考核试车 ,其测试数据达到了设计要求 ,为我国分离机械行业又增添了一个新的品种 ,填补了国内空白 ,尤其为低聚合度产提供了一个理想的单元分离设备。其工艺参数和机械参数已达到 20 世纪 90 年代初国际同类产品的先进水平 ,适用于低聚合度产 ,完全可以替代国外同类机型。 L 机的研制成功具有显著的经济效益和社会效益 ,除对我国业发展具有重要意义外 ,还可以推广到其他行业。编辑 :陈立春 14第 11 期李玉淑等 :L 式螺旋卸料沉降式离心机的研制装置与设备卧式螺旋卸料沉降离心机转鼓的有限元仿真李自光 1 傅彩明 2 毛文贵 1 ,21. 长沙理工大学 ,长沙 ,410076 2. 湖南工程学院 ,湘潭 ,411101摘要 :应用限元仿真软件对转鼓在各种载荷工况下的应力应变进行了仿真分析 ,并调整转鼓壁厚参数来研究参数的变化对转鼓的强度和径向变形的影响。仿真结果表明 :转鼓的最大应力位于靠近大端鼓底的柱形筒体的内壁上 ;物料离心液压引起的最大应力和最大径向位移随着转鼓壁厚的减小而增大 ;转鼓自身质量离心力在壁内产生的最大应力和最大径向位移与鼓壁厚度无关。关键词 :转鼓 ;应力应变仿真 ;转鼓壁厚 ;结构优化中图分类号 : T 24 文章编号 :1004 132X(2006) 23 2454 04 21. 4100762. 411101 of by by a by t he of t he t of of t he on t he h of is at t he of t t he of of by p h t he of t he of t he of by t 日期 :2005 09 200 引言卧式螺旋卸料沉降离心机 (简称卧螺离心机 )利用离心沉降原理对悬浮液进行固液分离 1 ,由于它具有单机处理能力大、操作方便以及维护费用低等优点 ,得到了迅速发展 ,广泛应用于化工、冶金、轻工等部门 ,但它的工作性能并不理想 ,沉渣含湿量较高 ,分离效果不太好。转鼓部件是卧螺离心机的主要部件 ,转鼓的结构参数在很大程度上决定了离心机的特点和分离效果。离心机的设计正朝着提高单机生产能力、增大转速和增加直径的方向发展 ,由此使得转鼓结构的应力应变问题显得更为重要。因此 ,在解决应力应变问题的前题下 ,对转鼓组进行结构参数分析和优化 ,以提高离心机的分离效果、减轻质量、降低成本 ,具有十分重要的工程实际意义 2 。转鼓组结构复杂 ,受力与物料有关 ,采用传统的解析法建模和求解都很困难 ,采用虚拟样机技术和有限元仿真方法 ,能较好地优化参数 ,为离心机设计提供有价值的理论参考。1 转鼓的有限元仿真1. 1 转鼓虚拟样机模型转鼓主要包括转鼓筒体和大小端盖 (包括液位调节装置 ) 。转鼓几何结构、约束和载荷的特点比较复杂。转鼓筒体由圆锥体和圆柱体组成 ,为轴对称结构。采用实体建模技术对转鼓进行建模和应力应变仿真分析具有以下优点 :模型和参数的修改都很方便 ;最终确定合理的结构参数所需时间可得到大幅度的缩短 ;成本低 ;整个过程都在计算机上完成 ,有利于通过优化等手段开发出性能更为优越的产品。本文采用具有高度集成设计功能的三维建模系统 E 软件 3 建立 L 离心机转鼓实体模型 (图 1) ,同时进行质量匹配、间隙检查、干涉检查。实体模型能提供准确的质量参数 ,即零件的质量、质心位置和惯性矩等 ,并为后面模型的分析作准备 ; 实体模型以式导入件中 ,进行应力应变仿真。转鼓结构参数为转鼓内径 D = 520圆锥段转鼓长 777 转鼓液面内径 4542中国机械工程第 17 卷第 23 期 2006 年 12 月上半月图 1 螺离心机转鼓实体模型420圆柱段转鼓长 1064转鼓壁厚t = 18圆锥段转鼓半锥角 = 8 , 转鼓转速n = 2800r/ 转鼓总长度 L = 1800液池高度 h = 33 55转鼓材料为 10 料的固相密度 s = 1470 液相密度 = 1085 转鼓的处理能力 Q = 13 20 h。1. 2 转鼓的有限元仿真1. 2. 1 载荷的种类、大小和施加方式在离心机运行过程中 ,转鼓主要受以下两种载荷 :(1) 自身质量引起的离心力 ( 况 ) 高速回转下的转鼓 ,鼓体金属本身质量所产生的离心力以角速度的形式施加于转鼓的有限元模型上 ,角速度为 = 2 293. 1s (1)式中 , 鼓转速 , n = 2800r/ 2) 物料的离心液压力 ( 况 ) 该力是物料在离心力作用下沿径向运动对转鼓壁形成的压力 ,方向垂直于转鼓内表面。由于物料离心液压力与回转半径的平方成正比 ,将物料离心压力以均布载荷形式沿转鼓内表面法向施加到转鼓壁上。圆筒中的流体物料在筒壁内表面所产生的离心液压为 12 1 - = 1. 222)式中 , c 为转鼓内被分离物料的密度 , 1150为转鼓的回转角速度 , = 29312s; 转鼓回转时物料环的内表面半径 , 0121m; R 为转鼓内半径 ,R = 0152m。同样 ,锥段筒体壁上和转鼓大端盖的任意半径处的物料压力仍用式 (2) 进行计算 , 方向垂直于作用处的内表面 ,都以线载荷形式施加到有限元模型上。1. 2. 2 转鼓的应力应变仿真下面对转鼓进行应力应变仿真 ,求解在离心力 ( 况 ) 、物料离心液压力 ( 况 ) 两种工况下转鼓整体结构的应力和位移分布情况 ,并分别线性叠加这两种工况下的应力和位移 ,以考察转鼓满载 ( 况 ) 时是否具有足够的强度和较小的径向变形 ,并与材料的许用应力进行比较。转鼓材料为 10 材料许用应力为205 225取其小值 ,许用应力为 205 鼓的变形需要控制在一定的限度范围内。目前我国离心机行业还没有统一的标准 ,从工程上讲就是要求转鼓在运行过程中不能有明显的变形 ,更不能因变形等因素引起转鼓与固定机壳等发生碰擦 1 。 L 螺离心机转鼓外壳与机壳内表面的距离为 5 虚拟样机模型添加10 料并进行四面体固体单元网格划分 ,网格平均长度 30共 61 697 个节点 ,3278 个单元。分析中 , 在转鼓的大小端轴颈与滚珠轴承接触处施加滚动铰链约束。分别对上述三种工况进行仿真分析 ,离心力 ( 况 ) 、物料的离心液压力 ( 况 ) 应力、位移仿真云图如图 2、图 3 所示 , 由应力云图可知 , 最大应力为16412在靠近大端鼓底的柱形筒体的内壁上 ,并且整个圆柱筒体上的应力水平都比锥段筒体、顶盖和鼓底的应力高。因为最大应力小于材料的许用应力 205 表明本分析的转鼓在正常操作过程中是安全的。由径向位移云图可知 ,转鼓正常工作状态下 ,圆柱形筒体向外扩张 ,最大径向位移也发生在筒体上 (011812。转鼓的变形并不明显 ,满足刚度要求。可见转鼓结构有进一步优化的可能。(a) 应力(b) 位移图 2 离心力下转鼓应力和位移分布云图5542卧式螺旋卸料沉降离心机转鼓的有限元仿真李自光傅彩明毛文贵(a) 应力(b) 位移图 3 物料的离心液压力下应力和径向位移云图2 转鼓的结构优化由于现行设计的转鼓壁厚己满足强度要求 ,并有很大的安全裕量 ,因此从节省成本的角度出发 ,我们用有限元方法对转鼓进行优化 ,在保证强度、变形的前提下 , 使得转鼓的壁厚尺寸逐渐降低 ,并考察壁厚参数的变化对应力、径向变形产生的影响。2. 1 转鼓壁厚对转鼓应力的影响通过仿真分析 ,获得了转鼓应力最大值随转鼓壁厚的变化曲线 ,如图 4 所示。由图 4 可以看出 :满载工况的应力最大值随着转鼓壁厚的减小而增大 ,开始的时候增大的幅度较小 ,即使在转鼓1. 况 2. 况 3. 况图 4 最大应力值随转鼓壁厚的变化曲线壁厚为 10 ,应力最大值仍然小于材料的许用应力 205符合强度要求 ;厚度小于 10 增大速度明显变大 ,厚度小于 6 后曲线变得更陡峭 ,但在转鼓壁厚为 6 ,应力最大值超过材料的许用应力 ,不符合强度要求。从图 4还可以直观看出 ,物料的离心液压力所产生的应力最大值的变化曲线和满载工况下的变化曲线几乎平行 ,而随着壁厚的变化 ,离心力所产生的应力最大值变化很小。这说明转鼓自身质量离心力在壁内产生的应力与鼓壁厚度无关 ,转鼓壁主要是承受物料的离心液压力 ,所以增加鼓壁的厚度并不能降低自身质量离心力引起的应力。2. 2 转鼓壁厚对转鼓径向位移的影响图 5为径向位移最大值转鼓壁厚的变化曲线。由图 5 可以看出 ,三种工况下径向位移的最大值都随着转鼓壁厚的减小而增大 ,并且增长趋势和应力的变化曲线相近似。在转鼓壁厚减薄到一定程度时 (4, 径向位移的增大速度较快 ,所以在选择较小的转鼓壁厚时一定要考虑刚度(变形 ) 条件。1. 况 2. 况 3. 况图 5 最大径向位移随转鼓壁厚的变化曲线为了保证离心机转鼓的准确加工、合理安装及安全运行等要求 ,转鼓的壁厚不仅要满足强度和变形的要求 , 还应不小于某一规定值 , 即 t 4 。3 结论(1)转鼓的最大应力位于靠近大端鼓底的柱形筒体的内壁上 ,并且整个圆柱筒体上的应力都比锥段筒体、顶盖和鼓底的应力高 ;最大径向位移也发生在筒体上。(2)满载工况下 ,应力最大值随着转鼓壁厚的减小而增大 ,开始时增大的幅度较小 ,当厚度小于10 后增大速度明显变大 ,厚度小于 6后曲线变得更陡峭 ,但在转鼓壁厚为 6 ,应力最大值超过材料的基本许用应力 205不符合强度要求。(3)仿真研究表明 ,转鼓自身质量离心力在壁内产生的应力与转鼓壁厚度无关 ,转鼓壁主要是承受物料的离心液压力 ,所以增加鼓壁的厚度并6542中国机械工程第 17 卷第 23 期 2006 年 12 月上半月不能降低自身质量离心力引起的应力。(4)转鼓壁厚同样会显著影响转鼓的径向位移 ,而径向位移量会直接影响离心机的动态性能 ,所以在设计中应引起高度重视。参考文献 :1 孙启才 ,金鼎五 . 离心机原理结构与设计计算 M . 3版 . 北京 :机械工业出版社 ,1987.2 董俊华 ,刘忠明 ,范德顺 . 卧螺离心机双锥角转鼓结构的有限元分析 J . 北京化工大学学报 ,2004 (4) :99 3 J , . A J . 2003 (5) ,1114 濮伟 . 离心机转鼓壁厚的影响因素及参数关系图J . 过滤与分离 ,2002 ,12 (1) :18编辑何成根 )作者简介 :李自光 ,男 ,1955 年生。长沙理工大学汽车与机械工程学院院长、教授。研究方向为机械设计及理论。获中国专利12 项。出版专著 8 部 ,发表论文 70 余篇。傅彩明 ,男 ,1964 年生。湖南工程学院机械工程系副教授、博士。毛文贵 ,女 ,1975年生。长沙理工大学汽车与机械工程学院硕士研究生 ,湖南工程学院机械工程系讲师。工程起重机伸缩臂控制回路动态模型与仿真于睿坤李万莉周奇才同济大学 ,上海 ,200092摘要 :分析了工程起重机伸缩臂控制回路的结构和工作原理 ,通过电磁阀的切换 ,实现两个液压缸的交替动作 ,并由液控平衡阀保证液压缸负重缩进时的稳定性。应用键合图理论 ,建立了液压缸伸出和缩进两个工况的键合图模型。选取容性元件和惯性元件上自变量的积分作为状态变量 ,推导出伸缩臂控制回路的状态方程 ,从而建立了动态模型 ,得出系统的动态特性。利用系统进行数值仿真 ,研究响应对整个系统的影响。关键词 :起重机 ;伸缩臂控制回路 ;键合图 ;动态模型中图分类号 : 31 文章编号 :1004 132X(2006) 23 2457 04i 200092 of of t he f by s t he of in by p h t he t of h , t he h of s of as of t he is t he of t he to t he s of to t he h ; 引言工程起重机的伸缩臂机构 ,通过液压控制回路调节、控制臂架的长度 ,以获得所需的起升高度和幅度 ,满足作业要求。本文研究了三节臂伸缩机构的液压控制回路 1 ,并建立了动态模型 ,进行了数值仿真 ,分析此液压控制回路的动态性能 ,为系统的设计和优化提供了依据。收稿日期 :2005 10 171 伸缩臂控制回路的结构及工作原理本文研究的工程起重机三节臂伸缩机构中 ,臂架有三节 ,基臂与液压缸 1 的活塞铰接 ,二节臂分别与液压缸 1、 2 的缸体铰接 ,三节臂与液压缸2 的活塞铰接。当活塞运动时 ,后一节臂可以相对于前一节臂伸出或缩进。伸缩臂机构液压控制回路如图 1 所示 1 。液压控制回路通过电磁阀实现二节臂和三节7542工程起重机伸缩臂控制回路动态模型与仿真于睿坤李万莉周奇才 1994 1994 1994 文献资料专业机械设计制造及其自动化学生姓名顾建刚班级 B 机制 034 学号 0310110102 指导教师刘仲威完成日期 2007 年 4 月 15 日文献资料 1 王祖萌 . 对离心机转鼓的基本刚度要求 J. 中国井矿盐 ,1996,(5): 33 2 王翠红 ,董怀荣 ,程显刚 ,杨江勇 ,张吉平 . 离心机沉降区结构参数的选择与影响因素分析 J. 石油矿场机械 ,2006, 35(5): 27 3 朱启新 , 朱萍 . 下部卸料离心机转鼓底结构分析及应力计算 J 1996,24(6): 23 4 李自光 ,傅彩明 ,毛文贵 . 卧式螺旋卸料沉降离心机转鼓的有限元仿真 J. 中国机械工程 ,2006, 17(23): 2454 5 黄秋波 , 高兴歧 , 曾高平 . 新型卧式螺旋卸料沉降离心机的设计与分析 J. 流体机械 ,1998,27(7): 23 6 蒋国光 . 直立螺旋离心机分离效果分析及提高 J. 济南纺织化纤科技 ,2006, (2): 37 7 张艰伟 , 陈金山 . 离心机转鼓应力分析 J. 沈阳化工学院学报 ,1994,8(1): 119 8 刘友红 , 蒋蓓蓓 . 离心机转鼓整体三维有限元分析与强度计算 J. 过滤与分离 ,1998,(4): 20 9 李玉淑 ,金京华式螺旋卸料沉降式离心机的研制 J. 聚氯乙烯 ,2006, (11): 40 10程金凤 , 赵扬 , 刘春梅 . 离心机转鼓强度的计算方法的对比分析及发展前景J. 河北工学院 , 2007, (1):8 3结论(1)由于输送物体的液压差而产生的横向力和倾倒力矩以及万向联轴器离心力的联合作用 ,使得定子截面出现较大的对角磨损。(2)由于输送物体的压力差分布不均匀以及万向联轴器的离心力作用产生的附加弯矩作用使得磨损轴向分布呈喇叭状。(3) 研究表明 , 要解决定子磨损问题应该从提高定子材料在湿磨粒磨损条件下的耐磨性的角度考虑。参考文献1 梁肇基等 . 单螺杆泵定子磨损的分析及改善措施 , 流体工程 , 1991; (7)2 万邦烈 . 单螺杆式水力机械 . 山东 : 石油大学出版社 , 1993: 13、 151、 2893 葛占玉等 . 单头单螺杆式水力机械螺杆衬套副的啮合理论及其作用力 . 石油大学学报(自然科学版 ) , 1990; (5) 334 T R G. 橡胶弹性物理学 (中译本 ). 北京 : 轻工业出版社 . 1957杨兆春 102600 北京市大兴县北京石油化工学院机械系新型卧式螺旋卸料沉降离心机的设计与分析黄秋波高兴岐曾好平摘要结合研究设计新型螺旋卸料沉降离心机的工作实践 , 阐述了目前工业生产中较广泛应用的卧式螺旋卸料沉降离心机存在的缺点 , 提出了“零转差”螺旋卸料沉降离心机的设想 , 并对研制成功的这种离心机的结构原理及特点进行了论述。关键词卧螺离心机零转差结构1概述1954 年出现了螺旋卸料沉降离心机 , 由于它独具连续操作、处理量大、单位产量耗电量较少、适应性强等特点而得到了迅速发展 , 在四十多年的发展中 , 结构、性能、参数变化很大 , 分离质量、生产能力不断提高 , 应用范围更加广泛 , 在离心机领域内一直占有重要地位。在各种国际展览会上 , 各种各样的螺旋卸料离心机 , 是离心机中最引人注目的机型 , 具有良好的发展前景。2卧螺离心机存在的问题如图 1 所示 , 卧螺离心机主要由柱锥形转鼓、螺旋推料器、差速器、传动装置、机壳和机座等部件组成。图 1卧螺离心机常用的卧螺离心机是逆流型的 , 结构原理如图 2 所示 , 供给液从转筒的中央投入 , 流体的流动方向和被分离的固体物质的流向相反 , 离心沉降在转鼓壁上的固体颗粒被螺旋推料器反向推送 , 在穿过澄清的分离液的过程中 , 通过冲击力32第 27 卷第 7 期流体机械X 收稿日期 : 1998- 11- 10很强的原液输入口 , 由于悬浮液在这里进入液池时引起液体飞溅 , 使已经沉降于鼓壁的微细颗粒因搅动重新浮起、扩散、混合 , 所以影响分离效率 1 。图 2逆流式卧螺离心机原理针对逆流式卧螺离心机存在的问题 , 我们根据国外对卧螺离心机研究的最新发展趋势 , 于1992 年成功地试制了并流式卧螺离心机。并流式卧螺离心机结构原理如图 3 所示 , 原液从转鼓一端 (圆柱端 ) 投入 , 一边流向转鼓的中央 , 一边离心沉降。分离出来的固体通过螺旋推料器与液体朝同一方向传送 , 通过没有冲击流的圆柱转鼓 , 再从锥鼓末端排出。分离液通过螺旋推料器中央的排出管道回到圆柱转鼓端排出。由于原液的入口由转鼓中央改为转鼓端部 , 消除了逆流式的乱流区域 , 扩大了沉降面积 , 悬浮液在机内停留时间增长 , 从而使分离效率得到提高 1 。但该机在用于含极细碳渣的悬浮液的澄清时 , 清液的澄清度仍不能满足要求 , 可见 , 对固相颗粒较细、固液相比重差小的较难分离的物料 , 尤其是对分离滤液澄清度要求较高的悬浮液 , 普通卧螺离心机的分离效果并不理想。图 3并流式卧螺离心机原理针对实际使用中存在的问题 , 通过资料分析、实验机和实物的对比实验 , 找出了影响分离效果的主要原因 , 为了适应难以分离或对清液澄清度要求较高的物料分离 , 提出了“零转差”卧螺离心机的设想 , 并在并流式卧螺离心机上改制成功。3“零转差”卧螺离心机结构原理图 4零转差并流式卧螺离心机的结构螺旋卸料沉降式离心机是利用螺旋与转鼓的转速差达到连续卸料的目的 , 但螺旋叶片对液层的扰动 , 降低了澄清效果。实验证明 , 差转速越大 , 澄清效果越差。所以 , 无论是并流式还是逆流式卧螺离心机 , 由于螺旋与转鼓之间有相对运动 , 进入转鼓的液体除沿转鼓轴向作层流运动外 , 处于螺旋转鼓外壁处的液体还具有与螺旋一样的相对于转鼓的角速度和轴向速度 2 。螺旋的搅动产生湍流 , 使已经沉降的粒子重新浮起。为避免螺旋相对转鼓旋转造成的不良效果 , 在现有并流式卧螺离心机的基础上 , 对其结构进行了部分改进设计 , 改进设计后的“零转差”卧螺离心机如图 4 所示 , 主要由柱锥形转鼓、螺旋推料器、特制摆线针轮差速器、传动装置、机壳和机座等部件组成。转鼓通过两端主轴承水平安装在机座上 , 并通过连接盘与差速器针齿壳相连。螺旋推料器的两端通过两个轴承同心安装在转鼓内 ,并通过外花键与差速器输出轴内花键相连。特制差速器是将摆线针轮差速器与超越离合器制成一体 , 其运动如图 5 所示 , 差速器的针齿壳通过压盖与离合器的外套连接 , 差速器的输入轴与离合器星轮用键连接。传动装置采用两种速比的带传动 , 分别用主辅电动机驱动。主电动机通过带传动带动差速器针齿壳 , 辅助电动机通过带传动带动差速器输入轴。离合器的作用是当外套为主动时 , 可带动星轮与其同速旋转 , 当星轮转速高于外套转速时 , 外套与星轮自动脱开 , 各自以自己的速度回转。这种离心机的工作方式是连续进料、分离、排液与卸渣交替进行。供入悬浮液并进42 流体机械 1999 年 7 月行固液分离过程中 , 采用“零转差”工作 , 辅助电动机不开动 , 主电动机通过带传动带动差速器针齿壳 , 通过离合器的作用使差速器整体旋转 , 如图 5 所示。图 5特制差速器的运动n4=d d n z 5( z 4= ( z 5当 , 若使等式成立 , 则即 : d d n 此时差转速 $n= 0由于差速器内部无相对运动 , 不起差速作用 , 转鼓和螺旋叶片以相同的速度同向旋转。在分离过程中 , 同时并连续进料和排出分离液。当沉降在转鼓内的沉渣层积累到一定厚度时 , 停止供料和排液 , 并在全速运转条件下起动辅助电动机 , 通过另一套带传动带动差速器输入轴。即 d d n 当离合器自动脱开 z 5 nH$n = (1- () (1- z 4d dn + ( z 4) d d n 0由于差速器的变速作用 , 螺旋以一定的差转速 $n 滞后于转鼓同向旋转 , 从而将沉渣从转鼓锥端出渣口卸出。这种结构的离心机 , 由于悬浮液在分离和排液过程中 , 转鼓与螺旋叶片

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