机械毕业设计（论文）-Φ800液压翻倒卸料离心机刹车装置结构设计（全套图纸）

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 论 文 题 目： 800 液压翻倒卸料离心机设计 院 系： 机械与交通工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1203 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 5 月 30 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 8 日 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 机械与交通工程系机械设计制造及其自动化专业 1203 班 毕业设计题目：800 液压翻倒卸料离心机设计 毕业设计内容：相关文献检索并翻译 设计计算书一份 绘图折合 A0 号图 2 张 毕业设计专题：刹车装置结构设计 指 导 教 师： 签字 年 月 日 教研室主任： 签字 年 月 日 院 长： 签字 年 月 日 摘要摘要 该毕业设计题目是 800 液压翻倒卸料离心机的设计。 进行了转鼓强 度计算与校核，转鼓壁的厚度计算，拦液板的计算，转鼓底的设计，功 率计算和电动机的选择，所有回转件质量，质心及转动惯量计算，传动 皮带的设计校核及选择，主轴的设计和强度校核，主轴的结构设计，受 力分析以及主轴的临界转速计算，轴承的选择，翻到架的设计和强度计 算，一些固定件的质量，质心计算，右轴的结构设计及键的校核，刹车 的结构设计和强度计算，制动系统的选择，带式制动器的强度校核，翻 倒传动部分的设计计算，液压缸的选择，液压缸壁厚计算，和其它的一 些设计计算。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 在设计中，首先要了解到离心机的工作原理：先由控制电路接通带 动转鼓转动的电动机，通过皮带的传动使转鼓转动，转鼓转动使物料固 液分离，液体通过离心机底部的排液管流出，固体留在转鼓壁上，然后 再由控制电路接通翻倒电动机使离心机翻转倒出固体，这样就完成了分 离的整个过程，这也是我们设计必须明白的。然后使了解离心机的各个 零部件的构造和它们的材料工艺要求。最后对离心机进行整体的评定。 关键词：关键词： 离心机；转鼓壁；转鼓底；刹车 Abstract The graduation project topic is 800 hydraulic tipping over of centrifuge design. For has turned drum strength calculation and check, turned drum wall of thickness calculation, stopped liquid Board of calculation, turned drum end of of design, power calculation and motor of select, all Rotary pieces quality, mass and the inertia calculation, drive belt of design check and the select, spindle of design and strength check, spindle of structure design, by force analysis and spindle of critical speed calculation, bearing of select, turned to frame of design and strength calculation, some fixed pieces of quality, mass calculation, right axis of structure design and the key of check, Structure design and strength calculation of the brake, and selection of brake system, brake strength, overturned part of the design, selection of hydraulic cylinder, hydraulic cylinder wall thickness calculation, and other design. In design in the, first to understand to centrifugal machine of work principle: first by control circuit connected led turned drum turned of motor, through belt of drive makes turned drum turned, turned drum turned makes material solid liquid separation, liquid through centrifugal machine bottom of row liquid tube outflow, solid left in turned drum wall Shang, then again by control circuit connected overturned motor makes centrifugal machine flip pour out solid, such on completed has separation of whole process, this is we design must understand of. Then learn all parts of centrifuges construction materials and their processing requirements. Final overall evaluation of centrifuge. Key words: Centrifuges; Drum wall; Brake 原始数据 转鼓直径： 800mm 工作转速： 1200r/min 物料密度： 1.0510 3kg/m3 启动时间： 60120s 固液比 ： 1:1 目 录 第一章 绪论 1 1.1 离心机的应用及其发展 . 1 1.2 离心机的分类 . 2 1.3 离心沉降 . 3 1.3.1 离心沉降分离技术的基本原理 . 3 1.3.2 离心沉降分离机的种类 . 4 第二章 离心机转鼓的强度计算 6 2.1 转鼓强度计算与校核 . 6 第三章 功率计算 8 3.1 所有回转件质量、质心及转动惯量计算 8 3.2 功率的计算与电机的选择 10 第四章 皮带传动的设计与校核 . 13 4.1 皮带及皮带轮的设计计算 13 4.1.1 材料的选择 13 4.1.2 设计步骤 13 第五章 主轴的设计计算 . 16 5.1 主轴的结构设计 16 5.2 主轴的受力分析 16 5.3 轴承的选择、设计及寿命校核 18 5.4 主轴临界转速计算 20 第六章 翻倒架的设计计算 . 21 6.1 一些固定件的质量、质心计算 21 6.2 翻倒架的强度计算 23 6.3 右轴的结构设计与强度计算 24 6.4 键的校核 26 第七章 刹车的结构设计与强度计算 . 28 7.1 制动系统的选择 28 7.2 带式制动器的强度校核 28 第八章 翻倒传动部分的设计与计算 . 30 8.1 液压缸的选择 30 8.2 液压缸壁厚计算 30 结论与展望 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 离心机的应用及其发展离心机的应用及其发展 在离心力的作用下，能够实现液-固、液-液-固、液-液等混合物的分离，我们把 这个过程称为离心分离。完成此操作过程的机器叫做离心机 1。同其他分离机器比较 而言，离心机可以降低工人的劳动强度，减少人力物力的损耗，并且可以把工作条件 得到有效的改善，此外，它可以通过自动控制实现连续工作，工作可靠性高，占地面 积小。 经过离心机的作用， 可以实现液相的高浓度提取， 并且保证固相中含湿量较低。 1836年，在德国的研究下，出现了第一台工业用三足式离心机，并且自此迅速发展起 来。离心机的种类繁多，并且每种都有自身的特点，在未来的发展中，其技术水平和 自动化程度越来越高，转鼓结构的组合形式增加，并且朝着系列化发展。发展至今， 离心机已经有着广泛的应用，逐渐被应用在了化工业、医疗业、食品业、纺织业、冶 金业等多领域 2。比如，采煤过程中煤粉回收，废水的污泥脱水，放射性元素的浓缩， 三废治理中的污泥脱水， 各种石油化工产品的制造， 各种抗菌素、 淀粉及农药的制造， 牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品的制造，织品、 纤维脱水及合成纤维的制造，各种润滑油，燃料油的提纯等都使用离心机。离心机在 国民经济的发展过程中发挥了重要作用，并且已经被各个部门大范围使用。 离心机主要被应用在后处理环节，它主要完成脱水、浓缩、分离、澄清、净化及 固体颗粒分级等工艺，它是在在各工业部门发展的基础上发展起来的。18世纪，在产 业革命的作用下纺织业迅速发展。与此同时，1836年，棉布脱水机由此而生。1877 年， 为了满足乳酪加工业的需求， 研制出一种可以将牛奶分离的分离机械。 20世纪后， 石油的使用越来越多，这就需要除去其水、固体杂质、焦油状物料等，提取重油，将 其用于燃料。20世纪50年代，研制出碟式活塞排渣分离机，它可以实现自动排渣。60 年代到发展成完善的系列产品。 近些年来， 国家越来越重视环境保护和三废治理问题， 因此工业废水和污泥脱水处理显得尤为重要，而且技术要求也很高。卧式螺旋卸料沉 降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机得到了进一步的发展，特别是卧 式螺旋卸料沉降离心机的发展速度最快。 同国外的发展比较，我国的研究起步晚，直到70年代，我国开始从国外引进。80 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 2 年代，螺旋卸料沉降式离心机越来越得到很多学者的重视，同时也投入了大量的时间 和精力研究螺旋离心机。 90年代， 我国研制出卧螺离心机， WL200， WLIO00， LWB500， LWG500等型号的产品出现在国内的市场。我国目前对立式螺旋卸料沉降离心机(以 下简称立螺离心机)的研究比较少，投入并不多，相关资料更是少见，公司投入使用 的立螺离心机基本上都从国外进口，自主研发的很少。出现此现象的原因主要有如下 两个：一是工业的迅速发展，导致出现很多废水需要处理，因此需要大量的卧螺离心 机，同时越来越多的企业和高校都致力于该机器的研究。二是目前很多立螺离心机中 部件寿命短，效率低，经常出现故障。这些原因都阻碍了立螺离心机的发展。但在某 些场合，如可用地面积小，实验室环境下难分离物的提取等，立螺离心机显得非常有 优势。立螺离心机不仅具备卧螺离心机的特点，而且需要空间小。所以，利用有效的 条件和资源，针对上述问题，进一步创新性研究新型结构的立螺离心机至关重要。 离心机经历发展后，其结构和机器的应用等方面飞快发展，但是理论研究比较薄 弱，同实践研究差距较大。目前理论研究主要针对的是实验结果的分析，而对于机器 的选择、设计计算和性能预测等方面研究不充分，通常由经验获得。现代科学技术发 展的同时，固-液分离技术引起了极大的重视，逐渐改善了离心分离理论研究迟缓落 后的局面。 1.2 离心机的分类离心机的分类 按照操作原理的不同，离心分离主要包括离心过滤和离心沉降 3。与其对应与分 类可以有过滤式离心机和沉降式离心机，具体分类如图1.1所示。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 3 图1.1 离心机的分类 1.3 离心沉降离心沉降 离心沉降由三个物理过程组成 4， （1）利用介质与有物体运动的流体间的离心对 其进行固体沉降（2）按照分散系得离心规律进行沉渣压实， （3）从沉渣中排出部分 由分子力所保持的液体。1952 年，安布勒(Ambler)首次提出离心沉降理论，并且在 后续过程中对其进行深层次的探究。 1.3.1 离心沉降分离技术的基本原理离心沉降分离技术的基本原理 通过离心力的作用， 将分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的 过程称为离心沉降。沉降速度与粒子的密度、颗粒直径以及液体的密度和黏度有关， 并随离心力亦即离心加速度的增大而加快。离心加速度值 2 n ar=可随回转角速度 和回转半径 r 的增大而迅速增加。因此，离心沉降操作主要用在两相密度差小和粒子 速度小的悬浮液或乳浊液的分离。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 4 图1.2 离心沉降分离原理图 离心沉降离心沉降它是利用混合物各组分的质量不同， 采用离心旋转产生离心力 大小的差别，使颗粒下沉而液体上升，达到清洁、分离目的的方法。 组成悬浮系的流体与悬浮物因密度不同，在离心力场中发生相对运动，因而使悬 浮系得到分离的沉降操作。当悬浮系作回转运动时，密度大的悬浮物（固体颗粒或液 滴）在惯性离心力的作用下，沿回转半径方向向外运动。此时，颗粒或液滴受三个径 向作用力：惯性离心力 2 c Fmr=，式中m 为颗粒质量； 为回转角速度；r为旋转 半径。浮力(方向与惯性离心力相反)。流体对颗粒作绕流运动所产生的曳力。颗 粒在此三力的共同作用下,沿径向向外加速运动。 对于符合斯托克斯定律的微小颗粒， 径向运动的加速度很小，上述三力基本平衡。 离心沉降同一颗粒在相同介质中分别作离心沉降和重力沉降时,推动颗粒运动的 惯性离心力 c F 与重力之比称为离心分离因数，它是反映离心沉降设备性能的重要参 数。 1.3.2 离心沉降分离机的种类离心沉降分离机的种类 （1）旋风分离器 含尘气体由矩形进口管沿切向进入器内,在器壁的作用下作圆周运动。颗粒被惯 性离心力抛至器壁，并汇集于锥形底部的集尘斗（灰斗）中。净化了的气体从中央排 气管离去。旋风分离器的分离因数约为52500，一般可分离575m的细小尘粒。 旋风分离器构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压力的限制，广泛应用于很多 工业部门，用于除去气体中的粉尘，或从气体中回收有用粉料。 （2）旋液分离器 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 5 其构造和工作原理与旋风分离器基本相同， 主要用于悬浮液的增稠或所含固体颗 粒的水力分级。 （3）螺旋卸料离心机 在长锥形转鼓内装有螺旋推料器，料浆加在转鼓中部，澄清液从转鼓大头端面的 窗口溢出，沉积在转鼓内壁的沉淀，由螺旋推料器推向转鼓小头，经沥干后卸出。此 机适宜于处理细分散悬浮液，能获得含水率较小的固体沉淀。 （4）碟式分离机 在转鼓内装有许多倒锥形碟片，碟片直径一般为0.20.6m，碟片数为50100。 转鼓转速为47008500r/min，分离因数可达400010000。碟式分离机可用于分离乳 浊液(如油料脱水等)，也可用于澄清含有少量微细颗粒的液体。 （5）管式高速离心机 采用长径比很大的管状转鼓，以便增加转速，提高分离因数。此种离心机的转速 通常高于15000r/min，分离因数可达12500。主要用于含细小液滴的乳浊液分离和含 少量微细颗粒的悬浮液分离。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 离心机转鼓的强度计算 6 第二章 离心机转鼓的强度计算 2.1 转鼓强度计算与校核转鼓强度计算与校核 （1）体壁厚的计算 转鼓材料：不锈钢（1Cr18Ni9Ti） ，密度：0=7.9103 Kgm3，离心机转鼓内 半径 R=400mm，转速 n=1200 rmin。 0=7.9103（503.14）29.8=11.15MPa 0由筒体自身质量高速旋转引起的环向应力。 取鼓壁开孔直径 d=6mm,开孔间距 t=18mm 667 . 0 18 618 = = = t dt (2- 1) 开孔削弱系数； t孔的轴向或斜向中心距（两者取小值） ； d开孔直径。 鼓体全面积 鼓体开孔总面积 = (2- 2) 10 . 0 60sin184 )106(14 . 3 60sin 2 23 2 2 4 = = t d ()() 163 . 0 10 . 0 1109 . 7 1005 . 1 1 3 3 0 = = = mf k (2- 3) 式中： mf 物料的密度； 3 3 1005. 1 m kg mf = () () + 1 2 2 1 0 0 H ks RK (2- 4) = () )1.01(15.11667.085.0101002 )36.04.0163.002(1.011015.11 6 6 + =4.15mm K转鼓的填充系数，取值 K=0.36。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 离心机转鼓的强度计算 7 H 焊缝系数，取值()按无损检测计算0 . 1= H 。 许用应力，取 ns=2.0， nb=3.5。 Mpa s 200= Mpa b 540= =100MPa 所以取=3 （2）液板壁厚计算、拦液板的厚度计算 材料同转鼓选用 1Cr18Ni9Ti 挡液板壁厚按圆锥形转鼓计算 P514。 cos2 0 0 H RK (2- 5) 0 转鼓材料的密度，kg/m3 转鼓材料的许用应力，Pa H 焊逢系数，按 100%探伤取值 H =1。 3 3 109 . 7 1005 . 1 = b mf =0.134 （2- 6） cos2 0 0 H RK )1011.150.8510(1002cos45 0.40.50.1341011.15 66o 6 = =0.336mm 所以取=3mm。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 功率计算 8 第三章 功率计算 3.1 所有回转件质量、质心及转动惯量计算所有回转件质量、质心及转动惯量计算 （1）拦液板直边段 322 10 7.85 10(0.4260.42 ) 0.1 4 mV =3.13kg= （3- 1） 0.1 0.05 22 h zm= （3- 2） 2222 1 3.13 ()(0.4260.42 )0.14 22 m JRr=+=+= 2 kgm （3- 3） （2）拦液板锥形段 322 2 0.09 7.85 10(0.6060.60.606 0.6 12 m =+ 22 0.6 0.420.4260.42 )+ 3.41kg= 2222 2222 0.090.6060.62(0.606 0.4260.6 0.42)3(0.4260.42 ) 42.37 40.6060.60.606 0.4260.6 0.420.4260.42 zmm + = + 222 2 3.41(0.303 0.213 )0.234 2 Jkgm=+= （3）转鼓壁 322 3 0.3 7.9 10(0.6060.6 )12.01 4 mkg = 300 150 2 zmm= 222 3 13.345 (0.3030.3 )1.089 2 Jkgm=+= （4）加强箍 322 4 0.036 7.9 10(0.780.62 )50.03 4 mkg = 36 18 2 zmm= 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 功率计算 9 222 4 50.03 (0.390.31 )6.21 2 Jkgm=+= （5）转鼓 将其分段计算： 空心圆柱体： 322 0.04 7 10(0.040.03 )0.615 4 a mkg = 222 60 30 2 0.615 (0.040.03 )0.007 2 a a zmm Jkgm = =+= 圆台体： () 3222 7 100.020.1220.122 0.080.0831.1 b mkg=+= 0.022188.489242700 9.15 22188.44462900 zmm + = + 222 1.1(0.061 0.04 )0.003 2 b Jkgm=+= 圆筒体： () 322 7 100.020.0730.041.64 c mkg= 20 10 2 c zmm= () 222 1.64 0.0730.040.006 2 c Jkg m=+= 圆台体： 326 7 100.026131.31 100.9 d mkg = 0.022843.61 3998.63865.2 8.73 42843.61 1999.3 1288.4 d zmm + = + 222 0.9 (0.0730.05 )0.004 2 d Jkgm=+= 圆锥块： () 2222 21221121 0.96 12 e mh DDD dDdddkg =+= 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 功率计算 10 ()() 2222 21221121 2222 21221121 23 3.2 4 DDD dDddd h zmm DDD dDddd + = + e 222 ()0.024 2 e m JRrkg m=+= 空心圆台体： () 2222 21221121 27.72 12 f mh DDD dDdddkg =+= ()() 2222 21221121 2222 21221121 23 16.05 4 DDD dDddd h zmm DDD dDddd + = + f 22222 27.72 ()(0.3520.215 )2.36 22 f m JRrkg m=+=+= 圆筒： () 322 7 100.30.280.037.6 h mkg= 30 15 3 zmm= h 222 7.6 (0.30.28 )0.64 2 h Jkgm=+= （6）总体计算： 总质量： 0.6153.647.340.9627.727.647.875Mkg=+= 总质心： 0.615 303.64 9.437.34 400.96 3.227.72 16.057.6 15 0.6153.647.340.9627.727.6 18.97 z mm + = + = 总转动惯量： 2 0.0070.0120.10.0242.360.643.137Jkgm=+= 3.2 功率的计算与电机的选择功率的计算与电机的选择 （1）启动转鼓等转动件所需功率 N ： 1200 125.66 3030 n = 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 功率计算 11 22 1 1 125.66 (1.0890.2340.143.140.197)0.906 20002000 120 J Nkw T =+= 考虑其他转动件功率增加 58%，取 5%，计算得： 1 0.906(10.05)0.96Nkw=+= （2）启动物料所需的功率 N： 33 600.9 10/kgkg m= mf 加料量为： 固液比为： 7: 3 1 1 L m mm = + mf 水 由 3 (3- 4) 33 1 1.2 10/kg m =得: 2 0.3R = 2222 2 12 0.2610.3 48.583.84 22 cc RR Jmkg m + = (3- 5) 222 11.42 0.31.028 fff Jm Rkg m= (3- 6) 22 2 2 1.2 125.66 ()(3.84 1.028)1.15 20002000 120 cf NJJkw T =+=+= (3- 7) （3）克服轴与轴承摩擦所需的功率 N3： 0.005 0.02f =滚动轴承 ，0.01f =取 。 2 0( )Pm eg=+ (3- 8) 32 126.425 (0.2 100.3 125.669.81) =+ 1196.64N= 3 0.01 125.66 1196.64 0.3 0.3 2000 Nkw = （4）克服转鼓、物料与空气摩擦所需的功率 N4: 6344 401 11.3 10() a NLRR=+ (3- 9) 其中： 3 01 0.31.29/0.232Rmkg mRmm= a ，L=0.3 6344 4 11.3 101.29 0.3 125.66(0.30.232 )N =+ 0.98kw= （5）间歇运转的离心机启动阶段消耗的功率 N5 : 51234 3.39NNNNNkw=+= 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 功率计算 12 由三角皮带传动效率：0.94 0.96 =，取0.95 =； 离心式摩擦离心器传动效率： ，取0.98 =0.97 0.99 =； 安全裕量系数：1.1K =； 则实际功率： 3.39 1.13.96 0.95 0.98 Nkw= 。 因为离心机启动阶段消耗的功率最大，由此选电动机。 选：额定功率：4 kw 固定转速为：1440 r / min 电机型号为： Y112M4 质量：43mkg= 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 皮带传动的设计与校核 13 第四章 皮带传动的设计与校核 4.1 皮带及皮带轮的设计计算皮带及皮带轮的设计计算 4.1.1 材料的选择材料的选择 皮带轮选用：铸铁，0=7.0103kg/m3 4.1.2 设计步骤设计步骤 （1）设计功率 Pd Pd=KAP KA工况系数，每天工作大于 10 小时，载荷变动小 KA=1.2 P传动功率，kw，P=4kw Pd=1.24=4.8kW （2）带型 根据 Pd=4.8kW ，n1=1440r/min，查图 1312。 选用普通 V 型 A 带 ,dd1=112140mm,取 dd1=125mm，dd1小带轮基准直径 （3）传动比： i= 1200 1460 2 1 = n n =1.217， 取0.01； i=1； dd2=125mm (4- 1) （4）带速 V： V= 100060 11 ndd =3.141001440/601000=7.31 可查得： 1 1x = 1 0Y = 2 0.41x = 2 0.87Y = 载荷系数 1 d f = .2 1 971.590971.59PN=+= 2 0.41 1460.10.87 1889.982242.88PN=+= 查表得： 0 0.5x = 2 0.38Y = 01 0.5 971.590.38 650.97733.16PN=+= 02 0.5 1460.11 0.38 1889.981448.25PN=+= 静载荷安全系数为： 0 1.2S = 001 1.2 971.591165.9142.5 or S PNCkN= 002 1.2 2242.882691.5147.5 or S PNCkN= （5）确定轴承寿命： 按轴承的受力大小计算： 寿命系数取3 =。 66 33 2 101062.6 ()()168152.7 6060 12002.69 n C Lh n P = （5- 8） 轴承每天工作 16h，则轴承工作天数：n=168152.7/16=1050.9(天) 所以轴承 A、B 都合格。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 主轴的设计计算 20 5.4 主轴临界转速计算主轴临界转速计算 1.计算阶梯轴的当量直径 dv= i ii l ld =37.92mm （5- 9） - - 经验修正系数 取为 1.094。 2.临界转速 nc1= +)( 1 110*04 . 3 0 222 30 2 4 jijiii cllGbaw l