毕业设计（论文）-辊压机传动系统设计（全套图纸）.pdf

目 录 摘要 . Abstract . 第一章 绪论 . 2 1.1 设计目的和意义 . 2 1.2 辊压机的发展 . 3 1.3 辊压机的应用及特点 . 5 第二章 总体方案设计 . 7 2.1 辊压机的工作原理 . 7 2.2 辊压机的构造 . 8 2.3 总体结构设计 . 9 第三章 结构设计 . 10 3.1 料斗设计 . 10 3.2 辊子设计 . 10 3.3 辊压机机架设计 . 15 3.4 传动系统设计 . 16 3.5 辊压机的液压系统设计 . 17 第四章 辊压机主要几何参数的确定 . 19 4.1 设计计算 . 19 4.1.1 辊径 D 的确定 . 22 4.1.2 辊速的确定 . 20 4.1.3 最小辊隙的确定 . 23 4.1.4 最大喂料粒度的确定 . 21 4.2 强度校核 . 21 4.2.1 轴的弯曲刚度校核计算 . 21 4.2.2 轴的扭转刚度校核计算 . 22 第五章 电动机简介及选用 . 23 5.1 工作原理 . 23 5.2 性能特点 . 23 5.3 电动机的选型 . 23 结束语 . 24 参考文献 . 25 附录 . 26 致 谢 . 27 2 摘要摘要 辊压机(又称高压辊磨机)是近 20 年发展起来的新型粉碎机械与惯性粉碎机械不同,它利用粒群粉 碎原理,具有单机产量高!节能!粉碎比大!辊面寿命长!作业率高,维修量小及占地面积小等优点。因此,辊 压机在粉碎脆性!坚硬及磨蚀性较强的物料中得到应用,既可用于细碎,又可用于粗磨和超细磨碎等作业。 高压辊传动系统的改进， 人字齿轮座使得两辊子的实现了同步， 大大减少了辊子之间的相对摩擦带来的 辊子的磨损，延长他辊套的寿命，同时也可以相应的提高产品的质量和产量。万向轴使用使得辊子中心 矩的调整变的更有意义。同时也减少了由所辊子带来径向的力，延长了人字齿轮的寿命。 关键词：节能、同步、辊压机 全套图纸，加 153893706 3 4 Abstract Roll press, also known as high pressure roll grinder, is new type machinery. Contrast to inertial crushing machines, it is based on particle group crushing principle and has the, advantages of high unit production, energy saving, great crushing ratio, long life of roll surface, less maintenance and small floor space. As result, roll press has found application in brittle, hard or highly corrosive materials crushing, either fine and superfine, or coarse one. Its application cases are cited. The high pressure roll spreads an improvement of move the system, persons word wheel gear makes two roll sons carry out synchronous, reduced the opposite friction of the roll son to bring consumedly of the roll son wear away, prolonging the life span of his roll set, also can correspond of the quality and the yield of the exaltation product. All way axis make the adjustment of the roll sub- canter change toward the stalk usage of more meaningful. Also reduce from bring path the roll son to of dint, prolonged a person the life span of the word wheel gear. Keywords: Economize on energy, synchronous, the roll press machine. 5 第一章第一章 绪论绪论 辊压机技术的在我国的引进和推广应用历经二十年， 迄今为止， 不论在设备制造技术或系统工艺技 术方面都取得了长足的发展， 设备制造技术的不断优化和系统工艺技术持续的推陈出新给这项新技术带 来了强大的生命力，节能幅度达 30%以上。优异的技术经济指标在给广大用户带来了显著经济效益的同 时，也为我们获得了广阔的发展前景。可以乐观地说，在目前能源极度紧缺的形势下，这项节能效果显 著的粉磨新技术已经成为各水泥生产企业粉磨技术改造扩建项目的主要首选方案。 1.1 设计目的和意义 水泥工业是耗能大户，在中国前居第四位，在美国前居第七位。水泥工业约消耗世界燃料供应量 的 1.6%，相当于 7500 万吨油；消耗约 750 亿度电，高于世界电力总消耗的 2%。而我过又是除原苏联外 的十个经济大国中能耗最高的国家。 我国单位耗能是法国的 4.97 倍， 是日本的 4.43 倍， 是巴西的 3.82 倍，是印度的 1.64 倍。可见，在我国水泥工业中节能具有特殊的意义。因此水泥工业的节能只有三个 方面，一是节省热能，二是节省电能，其次是节省人力。而电能的消耗主要是粉磨，约占水泥总耗能的 60-70%。正因为如此，不断改进粉磨技术从一开始就是水泥工作研究者的最重要的课题之一，大家都极 力的寻求提高粉磨效率的途径。 辊压机是八十年代中期问世的新型节能粉磨设备， 是水泥粉磨环节中的中间设备之一。 将辊压机应 用于水泥工业生产过程中可大幅度降低能源消耗，并使水泥熟料粉磨系统产量随之大幅度提高。 辊压机技术的在我国的引进和推广应用历经二十年， 迄今为止， 不论在设备制造技术或系统工 艺技术方面都取得了长足的发展， 设备制造技术的不断优化和系统工艺技术持续的推陈出新给这项新技 术带来了强大的生命力，节能幅度达 30%以上。优异的技术经济指标在给广大用户带来了显著经济效益 的同时，也为我们获得了广阔的发展前景。可以乐观地说，在目前能源极度紧缺的形势下，这项节能效 果显著的粉磨新技术已经成为各水泥生产企业粉磨技术改造扩建项目的主要首选方案. 辊压机对物料进行有效粉碎采用的是大能量一次性输入的单颗粒粉碎群体化， 亦即粒间粉碎的 原理，其实现粉碎原理的方式是采用一对相向转动的磨辊，一只为活动辊，一只为固定辊。其中活动辊 轴承座与提供压力的液压系统相连， 固定辊固装在主机架内腔。 活动辊在液压系统压力的作用下向物料 施以高压，将持续通过两磨辊之间压力区的物料以挤压粉碎的方式有效粉碎。通过高倍显微镜观察，可 以发现被粉碎的物料表面布满裂纹，这说明不仅物料的粒度被大幅度减小，其易磨性也获得显著改善， 这将对粉磨系统的大幅度增产节能起到至关重要的作用。 80 年代中期以后，以辊压机和球磨机组成的预粉磨系统大大降低了电耗，主机电耗可降到 30KWh/t。辊压机问世初期碰到了一些技术问题，诸如喂料粒度太大引起断续震动；喂料粒度波动导致 辊压机时开时停；出料不均使得后续球磨机难以适应；辊面磨损大影响辊压机的运转率等等。经过 10 多年的努力，这些问题正在逐步得到解决，因此辊压机也逐步大 型化。目前，德国 POLYSIUS 公司最 大规格的辊压机为2.01.2m,装机功率 21400KW； 德国 KHD 公司最大规格的辊压机为1.71.8m, 动力 22000KW。工艺系统上也从原来的单纯预粉磨、混合粉磨进展到联合粉磨。在联合粉磨中，辊压 6 机和选粉机组成圈流， 生产出中间产品后再进入后续球磨机进行最终粉磨。 由于联合粉磨系统能够更大 发挥辊压机的作用， 整个系统的单位电耗也随着辊压机作用的增大而减小。 因此辊压机联合粉磨系统成 为当前大型化水泥粉磨系统的主导方案。 辊压机是集机、液、电气自动化为一体的设备，各专业相互融合、渗透。但我国在大型化产品； 耐磨材料的寿命；液压系统的可靠性；传动结构形式；自动化控制方面与国外相比存在较大差 距。 辊压机早期的技术仅仅局限于挤压预粉磨工艺，该工艺虽然给粉磨系统带来了一定的增产节能 效益， 但同时也暴露了辊压机设备本身固有的技术缺陷， 辊压机侧挡板尽管设置了弹性顶紧装置以减少 边缘漏料， 但仍有一定量未经有效挤压的物料从磨辊边缘通过； 物料之间由于物理性能差异造成的选择 性粉碎现象使得挤压后的料饼中仍存在少量未经有效挤压， 易磨性未获得有效改善的物料颗粒； 设备卸 压启动造成大量未经有效挤压粉碎的物料通过辊压机。 上述物料在进入球磨机后长时间滞留在磨中， 将 会造成粉磨系统产量的波动。所以，如何杜绝上述物料对球磨机的负面影响，充分发挥辊压机高效节能 的特点成为挤压粉磨系统工艺技术如何进一步完善优化的重要课题。 1.2 辊压机的发展 该项目研究的总体思路是通过消化、吸收引进的辊压机设计、制造技术，结合自行开发的我国 最大型号的辊压机经验， 开发出能达到世界先进水平的辊压机系列产品， 提高在这一领域的市场竞争力。 大型辊压机主要参数规格：RP170-110，通过量：水泥熟料 900-1000t/h，主电机功率：21500KW， 油缸推力：1500t，耐磨辊面寿命 8000 小时，减速器额定输出扭矩 1450kNm。 我们通过实验室的模拟试验，计算机优化设计等方式，将完成 12 项科研攻关课题，填补国内空白， 达到国际先进水平。 1） 大型辊压机的设计制造技术： 首先优化主机参数，辊压机挤压辊的长径比是影响效率的关键参数，要经过分析、研究国内外各型 号的辊压机，使得其重要参数更加科学、合理。大型辊压机与中小型在结构上有了很大的区别和改进， 如机架、挤压辊装配、 传动系统、 液压系统等在结构、 性能等方面都做了很大的改进， 强调了更加安全、 可靠和使用方便，以提高设备的运转率。 2） 挤压辊结构的分析研究，辊面硬层的试验研究： 为了提高辊面的使用寿命， 现在世界上先进的辊压机制造公司都在挤压辊结构和硬层材质方面做了 大量的试验研究工作，我所在挤压辊和辊面花纹结构、堆焊材料、工艺及热处理等方面也做了大量的工 作，取得了一定的进展，但距发达国家的先进水平还有一定差距。 3） 挤压辊强度动态计算分析研究： 辊压机工作原理为高压料层粉碎， 挤压辊在工作中受到很高的挤压力作用， 由于物料粒度及形状的 变化， 挤压力变化也较大。 这样挤压辊受力状况非常恶劣， 这对挤压辊的结构及材料提出了很高的要求。 挤压辊强度动态计算分析研究就十分重要，可为挤压辊的选材和分析提供基础理论数据。 4） 传动系统的开发与研究： 大型辊压机传动装置要求两套传动装置同侧落地式结构，配有液力偶合器，传动安全可靠，行星减 7 速器安装方便灵活，减少了机器占地面积。由于挤压辊工作时既要旋转又要平移，传动装置的高速旋转 部位就容易振动。需要研究、解决该问题。 5） 配套悬挂行星减速器的开发研究： 由于减速器成对悬挂于辊压机的固定辊和活动辊上， 且同侧布置外形尺寸受到挤压辊安装空间的限 制，要求采用行星减速器， 满足结构紧凑、 齿轮承载能力高、速比大的要求。最为关键的是对其高速级、 低速级行星传动深入研究，解决均载问题，开发出可靠的均载结构。该减速器要在悬架和耐冲击方面进 行分析研究做到安全可靠。 6） 大型轴承座定位结构研究： 以往为适应辊压机使用工况的要求， 其主轴承选用调心球面辊子轴承， 满足工作中的调心和承载大 的挤压力的要求。 由于大型辊压机再选用此种轴承， 机体尺寸就过于庞大， 最好选用四列圆柱辊子轴承， 但这种轴承不具有调心功能，需对轴承座定位结构进行分析、研究。 7） 液压系统如何满足大型辊压机波动大、易冲击分析研究： 大型辊压机挤压辊工作时行程大，油缸压力波动大，液压系统容易发热，系统元件易损坏。要在液 压系统在抗冲击性能、阀体失效、密封件质量不稳定方面有所突破。 8） 主油缸的试制： 辊压机的挤压辊受到物料颗粒的影响，工作时不停地移动，且物料只有在高压的作用下才能粉碎， 提供压力的油缸工作特点为压力高、行程短、缸径大。这带来了油缸易磨损及漏油的问题。大型辊压机 的挤压辊轴承种类的改变，使得油缸具有调心的功能以保证与轴承座良好的接触。 9） 可调式进料装置的试制： 大型辊压机的粉磨工艺系统已由原来的予粉磨改为混合粉磨或联合粉该项目研究的总体思路是通 过消化、吸收引进的辊压机设计、制造技术，结合自行开发的我国最大型号的辊压机经验，开发出能达 到世界先进水平的辊压机系列产品，提高在这一领域的市场竞争力。 10） 缩套联轴器的试制： 传动系统中行星减速器悬挂于挤压辊上，运转时与挤压辊一起移动，其输出轴为空心轴结构，安装 形式为无键联结的缩套联轴器，满足承载能力大、结构紧凑、安装方便等特点。 11） 粉磨系统工艺技术研究： 辊压机为节能型粉磨设备，突出特点是使粉磨系统产量提高、能耗降低。粉磨系统对辊压机的运行 效果影响非常大。 主要是研究使用辊压机的联合粉磨系统和半终粉磨系统， 满足设备的高压料层的粉磨 条件。解决辊压机、磨机、打散分级机、高效选粉机等设备的匹配问题，研究新料、返料、细粉的比例 搭配。 12） 电气控制系统的研究： 辊压机为机、 电、 液一体化程度非常高的设备， 因此其自动化运行与保护十分关键。 主要研究辊缝、 压力、温度等参数对设备的影响。完成从进料、挤压、分料的全过程的控制，对设备的润滑、加压、卸 荷、温度、位移、电流等信号采用自动控制，重要参数可在触摸屏随时修改并记录其运行趋势图，便于 操作人员的使用。与中控通讯方式要安全快捷。 大型辊压机工艺技术及设备研究的开发起点是国际先进水平， 提出的研究内容是考察了国内几十台 8 国产和进口辊压机的使用情况，了解了国外先进公司的发展动态后，根据国内外市场实际情况提出的。 如辊面硬层的使用寿命，堆焊层大部分为 3000-4000h，而国外在 6000-8000h，采用其它结构形式和材 料寿命更高；因此本项目就是要研究堆焊和铸造两种情况对寿命的影响。悬挂行星减速机在国内 800KW 以上还是空白，因此通过本项目的研究，创造性地开发出此类产品。 本项目的研究内容，从原理上讲是成熟可实现的，但从具体的设计和实践其难度是比较大的，还必 须投入大量的人力、物力进行反复实验和计算分析。如液压系统在小型辊压机上应用良好，但应用在大 型辊压机上面冲击影响就较大；现国外已经成功地解决了这一问题。从总体的技术角度讲，该项目研究 开发是成熟的。 开发的 RP120-80 和 RP140-110 辊压机在开发过程中吸收了当前国际的先进技术，在配置方面更加 优化合理，自动化程度更高，被广泛应用于海螺集团、冀东水泥厂、万年水泥厂、葛州坝水泥厂、出口 越南等，十五期间累计订货 150 台，产值达 7.5 亿元。 成果产出形式是创新性技术， 最终目的是以新技术开发研制技术含量高， 满足市场需求的产品， 使新技术走向产业化，走向出口。 本项目研究的内容是以基础技术为主的应用技术。 在国家政策和资金的支持下， 我们将严格按照科 研程序开展工作。这些研究内容我们都有较好的基础，虽然有一定的难度，但实现研究目标的把握性是 大的，同时又有小型引进技术和进口产品做参考，制订的技术路线科学可行，因此研究成果具有较高的 可靠性，并将对我国粉磨设备的技术进步产生较大的推动作用。 1999 年制定了建材行业标准水泥用辊压机和机械行业标准辊压机 ，该标准的制定主要 是参考引进技术制定的。本项目的开发，在大部分符合标准的情况下，有部分要求将高于现有标准。 1.3 辊压机的应用及特点 辊压机对物料进行有效粉碎采用的是大能量一次性输入的单颗粒粉碎群体化，亦即粒间粉碎的原 理，其实现粉碎原理的方式是采用一对相向转动的磨辊，一只为活动辊，一只为固定辊。其中活动辊轴 承座与提供压力的液压系统相连， 固定辊固装在主机架内腔。 活动辊在液压系统压力的作用下向物料施 以高压，将持续通过两磨辊之间压力区的物料以挤压粉碎的方式有效粉碎。通过高倍显微镜观察，可以 发现被粉碎的物料表面布满裂纹，这说明不仅物料的粒度被大幅度减小，其易磨性也获得显著改善，这 将对粉磨系统的大幅度增产节能起到至关重要的作用。 辊压机辊面“人字”堆焊纹棱护层 “人字”纹棱与“人字”传动齿轮的齿形类似，具有轴向 和环向两种纹棱的特点，其水平夹角一般为 1535左右。物料接触的受力较复杂，在斜面有一定的分 力，对斜纹棱减弱了弯曲负荷，有充分发挥纹棱硬度和抗压强度的优势，对破碎物料有利。在辊面积相 同的情况下“人字”型纹棱较轴向纹棱接触物料更长，优点较多：既减弱了纹棱垂直受力可能引起的剥 落， 又具有容易嵌料的优点； 既有滑动缓和压力的作用， 又减少了由于环向滑动而引起的加快磨损问题， 辊压物料的使用寿命较长，因此国内外采用此种纹棱的厂家较多。但是“人字”型纹棱堆焊工艺复杂要 求技术较高。由于“人字”型纹棱在正常生产时，纹棱有向内或外侧滑动（由运转方向引起）作用，使 物料有向中部或两侧施压趋势，将引起辊的中部或侧板磨损较快，为缓解此问题发生，两辊纹棱采取同 向安装逆向运转办法，减少两侧挡板的压力。 9 辊压机构造和工作原理：辊压机的结构同常用的双辊破碎机很相似，它由两个速度相同，彼此平行 而相对向内转动的辊子，通过四个重型滚动轴承安装在一个机架上，其中一个是固定辊，另一个是由油 缸施加较大压力的活动辊，活动辊的轴承在机架上可以前后移动，机架由纵梁和横梁组成，它是由铸钢 件通过螺栓连接而成的。 液压缸使活动辊以一定压力向固定辊靠近， 如压力过大， 则液压油排至蓄能器， 使活动辊后移，起到保护机器的作用。辊子之间的作用力由机架上的剪切销钉承受，使螺栓不受剪力。 固定辊的轴承座与底架端部之间有橡皮垫起缓冲作用， 活动辊的轴承座底部衬有聚四氟乙烯。 为了保护 辊子，在辊子的表面堆焊一层耐靡材料。辊压机工作时，当活动辊被电动机带动转动时，松散的物料由 上方喂入两辊的间隙中，并向下运动，到下面受到破碎和挤压，形成密实的料床，经 150-200Mpa 的高 压处理后，物料颗粒内部都产生强大的应力，当应力达到颗粒的破碎应力时，这些颗粒就相继被粉碎， 或粒径变小，或成粉状，或部分颗粒产生微小裂纹，增大了物料的易磨性，从辊压机卸出的物料成片状 料饼，但强度很低，经打散机打散后的颗粒物料中，有 70-80%2mm，有 20-30%0。05mm。两辊之间 的缝隙约为 15-35mm。物料从被辊面咬住时开始，受到辊子作用力逐渐增加，最大压力可达 200Mpa，物 料在两辊间是以一个料层或一个料床得到破碎压实， 料床在高压下形成， 压力导致一部分颗粒挤压其它 邻近的颗粒， 直至其主要部分破碎、 断裂、 产生裂缝或劈开。 所在双辊之间必须要有一层相适应的物料， 否则就成为一台辊式破碎机了。粉碎作用主要决定于料粒间的压力，而不是决定于间隙。 10 第二章第二章 总体方案设计总体方案设计 2.1 辊压机的工作原理 辊压机是利用两磨辊对物料实施纯压力， 被粉碎的物料受挤压形成密实的料床， 颗粒内部产生强大 的应力，使之产生裂纹而粉碎。出辊压机后的物料形成了强度很低的料饼，经打散机打碎后，产品中的 粒度在 2mm 以下的颗粒占 8090。 1、辊压机由两个速度相等、相对慢速转动的辊子组成。一个辊子固定，另一个辊子可以沿水平方 向移动，控制两辊子间的间隙。 2、靠液压系统作用在活动辊上，在两辊子间形成很高的压力，压力范围在 50300Mpa. 3、辊压机是根据料床粉碎的机理设计的。料床粉碎的前提是双辊间要有一层密实的物料。 4、物料通过辊压机后：粒度减小；颗粒裂 5、缝增加，易磨性改善。 11 工作示意图： 2.2 辊压机的构造辊压机的构造 辊压机的构造，从外形看起来十分类似于近代的新式双辊破碎机。从构造组成上看，可以说是完 全相同，都有两个工作辊，进料斗，机架，机壳，液压系统和传动装置等部分组成。可是，如果深入到 内部，则几乎没有一处相同。辊压机的最大特点是高压工作，因此液压系统提供的压力高低悬殊。辊压 机液压系统的压力是双辊破碎机的 5-30 倍，所以带来结构上的许多差别，否则是不能满足设备的强度 要求，因而其构造比双辊破碎机要复杂的多。 如下图示意： 12 2.3 总体结构设计总体结构设计 13 第三章第三章 结构设计结构设计 3.1 料斗设计 物料的喂入方式对稳定辊压机运行起着决定性的作用。 为此， 喂料装置安装有下述两种阀板来改善 物料咬合状况， 并使物料中夹带的空气顺利从辊间排出。 即用于粗物料喂入的控制阀板和用于较细物料 喂入的分配阀板。 我们选择使用分配阀板或是使用控制阀板取决于物料的性质。 采用大的膨胀室能确保 空气从辊间顺利排出并改善辊间物料的咬合条件， 使辊压机无振动的运行达到最好的工作效果。 膨胀室 有耐磨衬板和检查孔，确保工作人员能从顶部进入，喂料装置能够水平移动使磨损件易于更换，并使隔 板底端的零件能够重复使用。 3.2 辊子设计 （1）辊面 14 辊面主要包括两种：光滑辊面和沟面辊面。 光滑辊面的特点： a、光滑辊面制造、维修成本较低，辊面腐蚀易修复。 b、当喂料量不稳定时，会产生振动和冲击。 c、咬合角小，挤压后的料饼较薄，产量较低。 沟面辊面的特点： 沟面辊面克服光滑辊面的缺点，其结构形式通过堆焊来实现。 沟面辊面如图示： 辊面的稳定性和辊面保护要求是我们最应关注的问题，要保证高可靠性和高运转率，不仅要求有 安全的设计，而且需有合适的工厂辅助环境，从长远角度出发，正确的操作是必要的，且应有防护措施 阻止外界杂质进入辊间，以保护辊面。 辊压机的粉磨是在料床上进行的，换言之，在辊压机的辊面上应该总有足够量的物料。 整体式硬表面辊子多年来已被证明是成功的，并已广泛加以应用。它是由母材、中间层和多层硬质 材料组成。根据特殊的要求硬表面可以有花纹，以改善咬合条件。它的平均洛氏硬度应在5760之间， 15 以高的含碳量为特征。 当前的堆焊技术已不能满足进一步改善耐磨层抗磨损性能的需要。 可代替整体式 堆焊辊面的是洪堡公司开发的柱钉式辊面。 它不再通过相应的材料来对抗磨损， 而是直接在辊面形成一 个保护层。 用两种类型的柱钉状耐磨层-堆焊柱钉辊面和嵌入式柱钉辊面。形成堆焊柱钉辊面。与自动防磨层 相应的是制造柱钉的堆焊合金要比常用的硬辊面耐磨性能高。 柱钉的平均洛氏硬度达到6567之间。 表 明它们具有更高的抗磨损能力。而且其维修费用较低，意味着辊压机的运行更为经济。 嵌入式柱钉辊面与堆焊柱钉辊面之间没有显著的差别。迄今为止，这几种耐磨辊面均已投入使用。 柱钉状耐磨层的发展意味着矿石粉磨工艺的突破。 众所周知这种应用在水泥工业中是以倍比关系的 磨损率为特征的。用于辊压细小矿物时工作时间为20000小时，耐磨层的磨损率不超过8毫米。工作时间 为9000小时时，其磨损率只有3毫米。这些数字证明了此概念的正确性。 在这次选用的是堆焊，堆焊是焊接工艺方法的一种特殊应用。它的目的不是为了联接机件，而是借 用焊接的手段改变金属材料厚度和表面的材质， 即在零件上堆敷一层或几层所希望性能的材料。 这些材 料可以是合金，也可以是金属陶瓷。它们可以具有原机件不具有的性能，例如高的抗磨性、良好的耐蚀 性或其他性能。这就使本来用一般材料制作的零件，如普通碳钢零件，通过堆焊一层高合金，可使其性 能得到明显改善或提高。在修复零件的过程中，许多表面缺陷都可以通过堆焊消除。 堆焊的主要工艺特点 堆焊层金属与基体金属有很好的结合强度， 堆焊层金属具有很好的耐磨性和耐蚀性； 堆焊形状复杂 的零件时， 对基体金属的热影响最小， 可防止焊件变形和产生其他缺陷， 可以快速得到大厚度的堆焊层， 生产率高。 堆焊的方法有手工堆焊和自动堆焊。 手工堆焊是利用电弧或氧乙炔火焰产生的热量熔化基体金属和焊条， 采用手工操作进行堆焊的方 法。它适用于工件数量少，没有其他堆焊设备的条件下，或工件外形不规则、不利于机械化、自动化堆 焊的场合。这种方法不需要特殊设备，工艺简单，应用普遍，但合金元素烧损很多，劳动强度大，生产 率低。 自动堆焊与手工堆焊的主要区别是引燃电弧、 焊丝送进、 焊炬和工件的相对移动等全部由机械自动 进行，克服了手工堆焊生产率低、劳动强度大等主要缺点。 16 （2）辊子设计 挤压辊的结构形式： 辊子有镶套式压辊和整体式压辊两种结构形式， 如果物料较软， 可以采用带楔形连接的镶套式压辊。 近来的实践经验表明，除了辊面的因素外，工作条件对辊子的技术安全性起着决定性的作用。不 管分块式， 涨套式的辊子类型如何， 杂质和大块物料的进入或较高的喂入温度都会对辊子的安全造成危 害。 除了经过实践考验的涨套式辊子技术外， 还改进整体式辊子， 使其能在较高喂料温度或温度波动大 热装式挤压辊 整体锻造表层堆焊式挤压辊 镶套式挤压辊 17 的情况下使用。辊子的母体材料有了决定性的改进。辊面技术的要求和轴应力能够最佳地相互匹配。这 种技术上已改进的整体式辊子已在实际中成功的得以应用。 分块式辊子技术的安全性受辊间单位应力和喂料喂入温度影响很大。 因此在决定是否使用分块式辊 子前必须详细调查实际工作条件。 总之， 最后得出的结论是分块式辊子只适用于完成低要求的粉磨任务。 满足这一条件的辊压机已经 工作了9000小时。 涨套式辊子技术，包括轴和热压配合的涨套式辊子。它以投资少，装配简便和优化的材料组合为特 征。 更新辊面的工作可在辊压机内部或外部进行， 并可采用任何形式的辊面。 涨套式辊子同样可以更换。 涨套式辊子技术的适用性受到物料喂入温度的制约。 辊子有镶套式压辊和整体式压辊两种结构形式， 如果物料较软， 可以采用带楔形连接的镶套式压辊。 （3）辊子轴承 自调心辊子轴承的反面经验和使用多排滚柱轴承后的正面结果均已被考虑并引入相应的辊压机设 计中。 迄今为止所有的辊压机均已配置了多排滚柱轴承， 辊压机内轴承的工作原理与众所周知的常用轴 承的差异以及有关概念阐述如下： 动力学系统包括： 可移动辊子 轴承座 外部滑键 橡胶板 中间体 平油缸 多排滚柱轴承承受径向力， 通过圆柱滑键使轴承座沿机架外部导向运动。 在粉磨过程中所产生的轴 向力通过双作用止推轴承从辊子经左侧轴承座和滑键传到机架上。 右侧轴承座同样通过机架上安装的滑 键来导向。温度波动所产生的辊长度的变化可以在轴承轴向移动中得到补偿，而不会产生反作用力。 与自调心滚柱轴承相反，如果发生偏移，整个轴承座将会自动调整位置，使轴承座和辊子中心线总 保持相互垂直。 值得说明的是轴承座和辊子之间不会相对移动， 而是结合成一体以适应位置偏移的变化。 轴承座的 偏移可由橡胶板来吸收。我们设计的平油缸也能随之偏移。这种轴承与传统轴承的差异见图5所示。在 相同的外径和外载荷前提下，滚柱轴承要比自调心的辊子轴承大大提高使用寿命。 由于轴和轴承座之间不会发生相应的位移， 密封件的唇部总是保持固定位置， 这就意味着偏移时不 会产生空隙，因此不会有灰尘进入轴承内。 允许产生旋转运动的橡胶板可使负荷非常均匀地分布在滚柱轴承上，从而延长了轴承的使用寿命。 固定轴承 四排滚柱轴承 移动轴承 安装在机架外部的轴向导向系 迷宫式油脂润滑 统能够容易地控制和修理，附 加的止推轴承确保了将轴和径 向力严格地分开。 18 平油缸应保证有一定角度的运动。我们设计的特殊结构可满足这 种要求。 止推轴承 外部滑键 油润滑固定密封 滚柱轴承具有一定宽度。 若辊轴弯曲在滚柱轴承内可发生难于处理的位置偏移。 采用这一设计后解 除了操作员的担心。 由于可移动辊子精心的动力学设计和滚柱轴承载荷的优化分布，加上新型润滑油或油脂系统的设 计，使得这种轴承技术具有最佳的操作可靠性和运转率。 （4）有效地保护机器的液压系统 为了改善采用所有预防措施后仍有杂质进入辊间的情况， 对加压系统进行了进一步的优化， 在系统 中增加了安全阀，使得动辊的退移更为迅速。数个安全阀联成一个控制块，控制块与可靠的平油缸直接 相连。当辊子产生移动时，安全阀和压力控制阀内压力升高。当超过压力给定值时，压力控制阀就会打 开，与此同时安全阀的控制腔内压力降低，安全阀会打开，使粗管横截面与油缸相通。油就通过油箱管 道从安全阀和压力控制阀中流出, 直到压力低于所给定的压力值为止。安全阀和压力控制阀重又关闭。 在上述的过程中可移动辊子的移动 是接近平行的。可移动辊子还装有附加液压系统。一旦发生工作事 故时可使辊轮水平移动。 经优化的液压加压装置， 液压系统的给油装置， 迷宫式密封的油脂润滑和在低粉尘环境下的循环油 润滑系统都已经证明是成功的。 带有旋转式液压缸和组合式安全阀以及可移动辊子的运动学设计共同保 证了在杂质出现情况下，辊压机仍具有很高的防护特性。 3.3 辊压机机架设计 机架是辊压机的主体， 许多零部件都与机架发生关系。 辊子之间的强大作用力由联结的承载销承受， 机架也有通过加强筋板密集的钢结构来满足强大的受力要求。 具体如下图示意： 与老式辊压机相比，新设计的机架可以更好的接近辊子，这种机架包括两个相同的顶梁，底梁，横 梁，末端部件和橡胶止推轴承。从辊压机前面可以易于检查和维修。顶部与横梁可以整体提起。这样在 19 更换辊轮时可节省装配时间， 顶部和底部的横梁分布采用可自由进入检查辊子的大门形式， 此检查门位 于辊压机前端。 一旦喂料堵塞辊间，无法清除时，可在停机后使用随机辅助设备拆卸止推橡胶轴承，使辊间隙增大 100毫米。 每个橡胶止推轴承上安有一块橡胶板， 橡胶板可将整体载荷均匀地分布到轴承座上， 继而直接分布 到滚柱轴承上。与此相似，橡胶止推轴承还能保证载荷均匀分布到定辊的滚柱轴承上。 机架上装有工作平台保证了操作人员的工作安全。 3.4 传动系统设计 传动系统是机电系统中的重要组成部分之一。传动系统的设计就是以执行机构或执行构件的运动 和动力要求为目标， 结合所采用动力机的输出特性及控制方式， 合理选择并设计基本传动机构及其组合， 使动力机与执行机构或执行构件之间在运动和动力方面得到合理的匹配。 (1) 减速或增速 通过传动将动力机的速度降低或增高，传动系统中实现减速或增速的传动装置称为减 速器或增速器。 (2)变速 在动力机速度一定的情况下，能获得多种输出速度，这种输入、输出速度关系可变的传动装置 称为减速器 (3)改变运动形式 在动力机与执行机构或执行构件之间实现运动形式的变换， 如将转动变为移动、 摆动 或间歇运动，并且两者之间具有特定的函数关系。 (4)分配运动和动力 通过传动系统， 将一个动力机的运动、 动力经变换后分别传递给多个执行机构或执 行构件，并在各执行机构或执行构件之间建立起确定的运动、动力关系。 (5)实现某些操纵控制功能 如起停、离合、制动或换向等。 按工作原理可分为机械传动系统、流体（液体、气体）传动系统、电力传动系统三大类。本章仅介 绍机械传动系统 按传动比或输出速度变化分 定传动比传动系统（动力机速度一定，执行机构或执行构件的速度无 需改变，两者之间的速度需进行增速或减速时采用）和变 速传动系统（有级变速传动系统，无级变速传动系统和周期变速传动系统） 按驱动形式分为：独立驱动的传动系统（只有一个执行机构的传动系统，有运动不相关的多个执行 机构的传动系统，数字控制机械的传动系统）；集中驱动的传动系统（执行机构或执行机构之间有一定 的传动比要求，执行机构或执行机构之间有动作顺序要求；各执行机构或执行机构的运动相互独立）； 联合驱动的传动系统. 20 传动系统包括以下装置： （1）变速装置，其作用是改变动力机的输出速度和转矩以适应执行机构 的需要。常用的变速装置有以下几种：交换齿轮变速机构；滑移齿轮变速机构；离合器变速机构；啮合 器变速机构； （2）起停和换向装置，作用是控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向，其结构有齿轮-摩擦离合 器换向机构，齿轮换向机构。 （3）制动装置，作用是使执行机构的运动能够迅速停止，常用的制动分摩擦式和非摩擦式两大类，摩 擦式制动器又分外抱块式，内张蹄式，带式和盘式等；非摩擦式分磁粉式，磁涡流式和水涡流式等。 （4）安全保护装置，作用是机械在工作中若载荷变化频繁、变化幅度较大、有过载可能而本身又无保 护作用时，应在传动系统中设置安全保护装置，以避免损坏传动机构，常用的安全保护装置有：销钉安 全连轴器，钢珠安全离合器，摩擦式安全离合器。 3.5 辊压机的液压系统设计 液压系统为压辊提供压力，它是由两大、两小蓄能器，四个平油缸、站等组成的液气联动系统。主 要有油泵、蓄能器、液压缸、控制阀件组成。蓄能器预先充压至小于正常操作压力，当系统压力达到一 定值时喂料，辊子后退，继续供压至操作设定值时，油泵停止。 正常工作情况下油泵不工作，系统中如压力过大，液压油排至蓄能器，使压力降低，保护没备，若 压力继续超过上限值时，自动卸压。操作中系统压力低于下限值时，自动启泵增压。 21 22 第四章第四章 辊压机主要几何参数的确定辊压机主要几何参数的确定 4.1 设计计算 4.1.1 辊径D的确定 为了分析方便，假设额定最大颗粒为球形，直径为 max d,两辊间的最小间隙为 min S，辊径为 D，这样 就可以利用双辊破碎机的原理来确定辊径 D， 图 1.为了避免图形混乱， 在图 1 中只会出左边辊子作用在 物料球体上的各力。 物料球体于辊子的接触点为 A，物料受径向力的作用 r P。将沿垂直和水平方向分解为两个力，即： 向上分力：sin ru PP = 水平分力：cos rh PP = 由于两个压辊相向向内转动，于是残生一个摩擦力 f P，其方向与物料相对速度方向相反，向右下 方作用。将其也分解为一个向下的垂直力 fd P和一个水平力 fh P。由三角关系得： sinPP cosPP ffh ffd = = 图片： 因为摩擦力等于摩擦系数与正压力之乘积即： r P= f P代入到（3)和(4)式中得： sinP cosP fh fd r r P P = = 可以看出，物料颗粒被代入辊间的条件为： u P fd P即：sincos rr PP 因为，代入到（7）中整理后得： tgtg 即： ，= 22 式中为摩擦角，为啮角，通常将2=称为啮角。这就是说，最大物料颗粒被压辊咬入的条 23 件必须为2 当取作为计算依据时， 由图 1 中直角三角形 31CO O可见有下列关系: cos 22 maxmin dDSD CC + = + 整理后得 cos1 cos minmax = Sd DC 式中 C D为理论挤压辊的外直径，即临界辊径， max d为最大额定物料粒度直径， min S为操作时的最小辊隙，即在两辊中心连线上的辊隙，也就是料饼的厚度。由图 1 可见： 2 cos 2 max = +dDC 两辊中心距cos)( max dDC+= 由（9）式中 o 16= 最后算得mmDC720= 4.1.2 辊速的确定 辊压机的辊速有两种表达方式，一种是以辊子圆周线速度 V 表示的，另一种是以辊子转速 N 表示的，它们之间有下述关系 sm D V n / 60 = 式中 D辊子直径，m n辊子的转速。r/min 利用堵塞破碎原理推导出辊压机转速的计算确定公式如下： D K n r/min 式中 K 是因物料不同而异的一个系数，D 是辊径，据此可计算出辊压机转速 n 的数据。 N=39.79r/min. 4.1.3 最小辊隙 min S的确定 最小辊隙 min S可按下式计算确定 24 DKS S = min mm 式中： K最小辊隙系数 D辊压机的挤压滚外直径 恰当的最小辊隙在具体生产中才能确定 本次最小辊隙为：8-15mm 4.1.4 最大喂料粒度的确定 辊压机的最大喂料粒度可由图分析 minmax 04 . 0 SDd+ mm 当 取平均值，对水泥熟料DS02. 0 min = 对水泥生料DS02