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网j i i 大学工程硕七学位论文 - y 7 7 3 2 2 8 y z a12 0 0 - n 锥盘压榨过滤机设计研究 化工机械专业 研究生：李林明指导教师：方善如，张剑呜 y z a 锥盘压榨过滤机是一种连续脱水设备。它具有压力稳定、效率高、产 量高、能耗低、对物料无剪切破坏、使用寿命长、占地面积小等优点。工厂现 生产的y z a 锥盘压榨过滤机存在后端轴承密封泄漏、轴承的使用寿命短、机械 式无级变速器容易发生故障等问题，本文首先对y z a 锥盘压榨过滤机的结构进 行了改进，包括： ( 1 ) 后端轴承位的密封改进。在综合分析两种改进方案后，采用v d 形密封 圈和0 形密封圈组合密封方案，改善了密封件的使用环境，密封效果更可靠。 ( 2 ) 采用变频器取代机械式无级变速器简化了传动机构，降低机械故障。 同时可以方便地调节机器的转速，改善了机器的脱水效果，提高了生产能力。 ( 3 ) 采用圆锥滚子轴承取代现有的轴向推力球轴承。 为了满足市场要求，适应大规模生产的需要，以y z a 7 5 0 n 锥盘压榨过滤 机基础设计了y z a l 2 0 0 n 锥盘压榨过滤机，主要包括工艺计算、总体方案设计 和压榨部件、机架、进料螺旋和传动系统等主要零部件设计。 通过本课题的研究，改进了y z a 锥盘压榨过滤机的可靠性和提高了机器的 生产能力，使y z a 锥盘压榨过滤机能更好地运用于造纸行业的黑液提取，为扩 大y z a 锥盘压榨过滤机的应用范围创造了条件。 关键词：乐榨过滤锥形盘 四川大学工程硕上学位论文 d e s i g na n ds t u d yo fy z a l 2 0 0 - - n v - - p r e s s m a j o r ：m a c h i n e r yo fc h e m i c a le n g i n e e r i n g g r a d u a t es t u d e n t ：l i l i n m i n gg u i d et u t o r ：f a n gs h a n r u ，z h a n gj i a n m i n g v p r e s si sac o n t i n u u md e w a t e r i n ge q u i p m e n t i t sf e a t u r e sa r es t e a d yp r e s s u r e ， h i g he f f i c i e n c y , l o wc o n s u m p t i o n ，w i t h o u tk n e a d i n gt h er a wm a t e r i a l ，l o n gp r o d u c t l i f e ，s m a l li n s t a l l a t i o na r e aa n ds oo d t h ee x i s t e dp r o b l e m so fv p r e s sa r et h e l e a k a g eo f t h es e a lf o rt h er e a r e n db e a r i n ga n dt h ef a i l u r e so ft h ei n f i n i t e l yv a r i a b l e s p e e dt r a n s m i t t e r a sw e l la ss e r v i c el i f eo fb e a r i n gi ss h o r t a tf i r s t ，i nt h i sp a p e rt h e s t r u c t u r eo fv p r e s si si m p r o v e d ，t h ef o l l o w i n gw o r k sa r em a i n l yc o n c e r n e d ： ( 1 ) t om o d i f yt h es e a lc o n s t r u c t i o nf o rt h er e a r e n db e a r i n g a f t e ra n a l y z i n g t w oi m p r o v e ds c h e m e so ft h es e a lc o n s t r u c t i o nf o rt h er e a r e n db e a r i n g ，t h es e a lr i n g c o m b i n a t i o no fv o r i n ga n d0 - r i n gi sa d o p t e d i nt h i ss c h e m e ，t h eu s i n gc o n d i t i o no f s e a lr i n gi si m p r o v e d ，t h ee f f e c to f t h es e a lr i n gi sm o r ec r e d i b l e ( 2 ) i n v e r t e rr e p l a c e st h ei n i f i n i t e l yv a r i a b l es p e e dm e c h a n i c a lt r a n s m i t t e r t h e m e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o nd e v i c ei sp r e d i g e s t e d ，f a i l u r eo fm a c h i n ei sd e b a s e d a s w e l la st h er o t a t es p e e do fv p r e s si sa d j u s t e dc o n v e n i e n t l yf o ri m p r o v i n gt h e d e w a t e re f f e c to fv - p r e s sa n dh e i g h t e n i n gt h r o u g h p u to fm a c h i n e ( 3 ) t h et a p e r e dr o l l e rb e a r i n gr e p l a c e sa x i a lt h r u s tb a l lb e a r i n g t om e e tt h en e e do f l a r g e - s c a l ep r o d u c t i o n t h ey z a l 2 0 0 - nv p r e s sw a s d e v e l o p e db a s eo nt h ey a z 7 5 0 - nv p r e s s ，i nt h i sp a p e r , m a i nd e s i g nc o n t e n t i n c l u d e sc r a f t c a l c u l a t i n g ，d e s i g n i n g o ft h e g e n e r a lo u t f i t ，p r e s s i n gp a r t s ， t r a n s m i s s i o ns y s t e m ，m a c h i n ef r a m e ，h y d r a u l i cs y s t e m ，s c r e wf e e ds y s t e ma n ds oo n a f t e rt h ed e v e l o p m e n to fy z a l 2 0 0 - nv - p r e s s ，t h ec a p a b i l i t ya n dt h ep e r f o r m a n c e v p r e s sw i l lb ei m p r o v e dg r e a t l y ，v - p r e s s w i l lb eb e t t e ru s e di np u l pa n dp a p e r i n d u s t r y f o re x t r a c t i n gb l a c k l i q u o n i tm a k e st h ev p r e s su s e di nm o r eo t h e r i n d u s t r i e s k e y w o r d s ：- c o m p r e s s i o np r e s s u r e f i l t e r v - p r e s s 第一章锥盘压榨过滤机概述 1 j 锥盘压榨过滤机工作原理 锥盘压榨过滤机结构如图1 。1 所示，两个锥盘的顶点靠在一起，锥盘两筛 面所构成的张角，其开口度在进料处为最大值，而在其1 8 0 。的相反方向其张 角为最小值，物料在开口最大处进入机器内，两个锥盘以相同转速转动，随着 锥盘旋转，锥盘丌口度越来越小，两锥面所产生的压力使物料脱水，滤液通过 锥盘面上的过滤小孔排出机外，物料经过锥盘最小间隙处所受到的压力最大， 物料脱水后成为滤饼，并随着间隔的再次增大而由刮刀卸除。 1 实心轴；2 中心销；3 锥盘：4 机壳 8 联接板； 9 导销；l o 油缸；1 1 导向槽 5 l 形臂；6 活塞杆，7 调节螺母： 1 2 球头铰；1 3 空心轴：1 4 链轮；1 5 刮刀 图卜1 锥盘压榨过滤机结构图 1 2 锥盘压榨过滤机结构特点n 1 如图j - 】所示，壳体( 4 ) 的内表面为内球面，壳体的中心是球头铰( 1 2 ) ，壳 体和球头铰通过支撑臂成为一体，两根实心轴( 1 ) 的里端由固定在球头铰上的中 心销( 2 ) 连接在一起，故实心轴的外端可沿中心销作相对摆动。锥盘上面装有链 婴型查堂三望堡主兰垡堡奎一 轮( 1 4 ) ，当链轮旋转时，锥盘( 3 ) 即转动，两根实心轴的外端分别固定在两个 l 形力臂( 5 ) 上，两个力臂又靠联接板( 8 ) 相连，调节活塞杆( 6 ) 上的调节 螺母( 7 ) ，由于铰联板的作用两个l 形力臂相对距离发生变化，从而调节两锥 盘间的最小间隙，同时油缸( 1 0 ) 内的油压决定了最小间隙处物料所受的最大 压榨力。该机由电动机( 附减速机) 带动链轮旋转，从而带动锥盘旋转，完成 挤压脱水过程。 1 2 1 物料在两锥盘问所受压榨力比较大 两l 形力臂与各自的实心轴外端连接在一起，两实心轴里端用中心销联接 在一起，l 形力臂的另一端和油缸组件接起来，有了这种结构，由油缸内产生 的拉力通过两l 形力臂转变成锥盘对物料压榨力。压榨力的大小由油缸内的油 压决定，可使在锥盘压榨机内物料所受的压榨力比较大。 1 2 2 锥盘上两内外密封球面间隙保持不变 球头铰是外球形，作为一个独立的单元被同心地固定在机壳的中心，机壳具 有内球形表面，两锥盘内外圆周是同心球形面，它们可分别随各自的实心轴摆 动，而又可在机壳内转动，球头铰的外圆球形表面和机壳的内圆球形表面是同 心的，它们分别与锥盘的内外圆周的球形表面形成一小的密封间隙。通过这些 结构，当进入机器的物料量发生波动和通过机器最小间隙处的料浆量增加或减 少时，两实心轴可绕中心销发生轻微摆动，由球头铰和机壳球面部分与锥盘的 球面部分所形成的狭小密封间隙始终保持不变。 1 2 3 两实心轴轴线可绕中心销对称摆动 l 形力臂一端固定于实心轴的外端，另外的一端通过两块长度相等的联接 板与同一个导销连在一起，导销可在导向槽内移动。两联接板、导销与机器的 中心线构成两个全等三角形，这样两实心轴摆动时，端部是保持相对于机器中心 线左右对称，实心轴左右两边的倾角b 是一样大，确保锥盘的张角随时对称于 机器的中心线。 1 2 4 两锥盘同向同步旋转 两锥盘上两链轮的转动通过链条由同一转轴上的两链轮传递过来，可实现 婴业奎堂三望堡主兰丝堡壅 两锥盘同向同步，锥盘对压榨的物料无搓揉，对物料的纤维没有损坏，机器连 续运行，生产效率高。 四川大学工程硕士学位论文 第二章锥盘压榨过滤机的发展 2 1 国内外锥盘压榨过滤机的发展 国外对锥盘压榨过滤机的研究起步较早。大约在1 9 3 7 年，美国d a v e n p o r t 已制造出锥盘压榨过滤机( 如图2 - i 所示) ， 圈2 - i 美国d a v e n p o r t 公司制造的锥盘压榨过滤机( 约1 9 3 7 年) 在这机器肇两实心轴的倾角p 被固定，固此，两锥盘问的最小张角en - n - 1 3 ( 参见图1 - 1 ) 也是一个定值。在两实心轴支承处加垫片来调节两锥盘最小张 角的大小。机器在操作中由于物料进料状态的波动，机器两锥盘间的间距不能 做出相应的调整。当机器进料量减少，物料受挤压不够充分，料浆仅仅通过机 器而不脱水。另一方面，如果进料量太多，锥盘内会产生很高的压榨力，机器 将会受到损坏。因此该公司所生产的锥盘压榨过滤机使用受到限制。 大约在1 9 6 7 年，美国r e i t z 公司、瑞典d e f l b r a t e r 公司和日本的a s a h ik o k i ( 朝e t z 机株式会社) 同时生产出三种不同的锥盘压榨过滤机。在机器内物料 所受的压榨力保持一个定值。在1 9 7 1 年三个公司均申请了专利。 4 四川大学工程硕士学位论文 图2 - 2 美国r e i t z 公司制造的锥盘压榨过滤机( 约1 9 6 7 年) 如图2 - 2 为美国r e i t z 公司制造的锥盘压榨过滤机，两锥盘最小间隙处的压 力被得到检测，同时锥盘的转速可调节，以保持锥盘每转一周通过机器的物料量 为一个定值。 图2 - 3 瑞典d e f i b r a t o r 公司制造的锥盘压榨过滤机( 约1 9 6 7 年) 瑞典d e f i b r a t e r 公司制造的锥盘压榨过滤机里( 如图2 - 3 ) ，在机器的一边 安装有三个滚子，这样锥盘能够沿主轴方向移动。通过这种结构，当机器的进 料发生波动时，可在不改变锥盘倾角的情况下调节锥盘问的最小间隙。 同本对锥盘压榨过滤机作了大量的研究。a s a h ik o k i ( 朝日工机株式会社) 生产的锥盘压榨过滤机的产品已系列化，机器分为弹簧加压型、液压轻负荷型 和液压重负荷型三大类。表2 1 为同本锥盘压榨过滤机的技术参数。“1 表2 - 1 日本锥盘压榨过滤机技术参数 型 号 d 一5 0d 7 5d 1 2 0 l锥盘外径 5 0 0 m m7 5 0 m m1 2 0 0 m m 电机功率2 7 2 4 8 k w4 8 2 0 4 k w2 0 4 2 7 2 k w 相对于国外，国内对锥盘压榨过滤机的研究起步较晚，重庆江北机械有限 责任公司与i t ) l l 大学合作，于1 9 9 9 年1 月试制完成国内第一台锥盘压榨过滤机 y z a 3 5 。在2 0 0 0 年6 月制造出y z a 7 5 0 - n 锥盘压榨过滤机，现已广泛地用于 工业领域( 造纸纸浆脱水) 。y z a 锥盘压榨过滤机的技术参数如表2 2 。 6 婴型盔堂三望堡主兰垫笙兰 表2 - 2 国内锥盘压榨过滤机技术参数州” l 虱r 机器埋缝 y z a 3 5 0 ny z a 7 5 0 - ny z a l 0 0 0 - n 锥盘直径r a m3 5 07 5 01 0 0 0 锥盘转速r m i n “3 5 2 l2 5 1 5 18 9 o 压榨比3 9 4 1 03 9 锥盘问最大压榨力k n 9 8 4 9 0 8 3 2 主电机功率k w 22】5】8 5 生产能力( 绝干浆) t h _ 0 1 21 52 5 4 机器总质量，l ( g 8 2 0 4 5 6 3 7 5 7 0 2 2y z a 锥盘压榨过滤机在造纸行业的运用拍小盯 造纸行业是目前国内最大的污染源，造纸行业对环境的污染主要是对黑液 的提取不完全或未经处理而将其排放而造成的。如何有效地提取料浆中的原黑 液，减少进入漂洗过程的黑液量，就成了治理污染，降低处理成本的关键。目 前国内黑液提取设备效率低，提取的黑液浓度低、温度低，后续处理工序能耗 高，所以造纸废水中c o d 含量高，进行处理投资大，运行费用高，很多造纸 企业无法承受，致使造纸废水污染问题长期得不到根本解决。 y z a 锥盘压榨过滤机作为种高压挤压设备于2 0 0 0 年7 月在某造纸厂进 行工业试运行，用于提取纸浆中的黑液，其工艺流程如图2 - 4 所示。 四川大学工程硕士学位论文 加碱或氨、水第二次压榨后洗涤蒸煮后碌浆 图2 4 锥盘压榨过滤机用于工业造纸中的流程图 使用结果表明锥盘压榨过滤机在造纸行业中用于从纸浆中提取黑液，相对 传统纸浆提取黑液工艺设备具有明显的优势。锥盘压榨过滤机产量高，分离效 果好，压榨后料浆含湿量明显降低，浓黑液的提取率明显提高，提取浓黑液的 波美度高，其后续工段的洗涤用水量明显减少，洗涤后排放出废水中的c o d 的含量明显降低，经过处理便可达标排放。其运行费用低，同时浆料的洗净度 明显提高，为制浆车问提供了良好、洁净的纸浆。另外各造纸企业自行从锥盘 压榨过滤机提取出的黑液中提取出木质素磺酸钙和木质素磺酸钠，木质素磺酸 钙和木质素磺酸钠在建筑、矿山等行业中可作粘合剂，成为造纸企业的附属产 品。这样既避免了环境污染又为企业增加了效益。因此，锥盘压榨过滤机用于 造纸行业，其经济效益和社会效益明显，是理想的纸浆黑液提取设备。 2 3y z 锥盘压榨过滤机在使用中存在的问题 2 3 i 生产能力问题州归 按目前y z a 7 5 0 制锥盘压榨过滤机的生产能力每小时2 吨成品纸来计算， 其年产量为1 2 万吨成品纸。目前造纸厂的最小规模为3 万吨，因此现有y z a 锥盘压榨过滤机无法满足造纸厂的生产能力。 四川大学工程硕士学位论文 2 3 2 后轴承密封泄漏9 ”。1 1 o 形密封圈；2 后轴承；3 0 形密封圈：4 y x 形密封圈 图2 - 5y z a 7 5 0 一n 锥盘压榨过滤机后轴承密封结构图 如图2 - 5 所示，在使用时，y z a 7 5 0 n 锥盘压榨过滤机的轴承后密封容易 发生泄漏，锥盘边的液相通过轴承的密封渗漏到轴承位，使轴承受到液相腐蚀， 严重影响到轴承的使用寿命。 最先机器的轴承的密封采用j 形油封1 2 0 x1 5 0 1 6h g 3 3 3 5 6 6 和在锥盘 上钻咖8 泄漏孔的形式，然后是采用y x 形密封圈d 1 4 0j b z q 4 2 6 5 8 6 ，同样在 锥盘上钻士8 液体渗漏孔，以上两种后轴承密封形式在实际使用中效果都不好， 9 婴型查堂三望堡主兰垡鲨奎 一 容易渗漏，密封件容易被损坏。由于机器处理纸浆黑液脱水时，料浆中含有纤 维，同时锥盘内所处理的料浆压力较大，物料纤维容易进入密封圈，对密封圈 的磨损加巨，密封圈容易受损坏，在锥盘上所钻的渗漏孔容易被物料的纤维堵 塞，起不到排液、排渣降低压力的作用。所以，以上的两种后轴承密封结构型 式的密封效果都不好。 2 3 3 机器无级调速器故障多 y z a 7 5 0 一n 锥盘调速采用变速机m b w l 5 0 ，行星摩擦式机械无级变速机。 由于机器在重载低速运彳亍，无极变速器摩擦压紧装置所传递的扭矩大，在使用 中，无极变速器的蝶形弹簧、摩擦片等零件易被磨损，导致摩擦片打滑，从而 无法调速，故障率高。 2 3 4 轴向推力轴承型号选择不当 y z a 7 5 0 n 锥盘压榨过滤机主轴承由双列调心球轴承和向心推力球轴承组 成，由双列调心球轴承承受径向负荷。向心推力球轴承承受轴向负荷，由于机 器压榨物料的轴向负荷大，使承受轴向负荷的向心推力轴承最容易受到损坏。 因为向心推力球轴承根本就不能承受机器压榨物料所生产的巨大轴向压力，使 该轴承最容易受到损坏，机器的轴向推力轴承类型需作改变。 2 4 本课题的任务 本课题的主要任务： 1 y z a 锥盘压榨过滤机结构优化，解决现有产品存在的三大问题： ( 1 ) 后轴承密封渗漏，竹浆的黑液渗漏到后轴承从而腐蚀后轴承，严重影 响轴承的寿命。 ( 2 ) 机器上采用机械式无级调速器在运行时容易发生故障，无极变速器的 蝶形弹簧、摩擦片等零件易被摩损，导致摩擦片打滑，从而无法调速，故障率 高。 ( 3 ) 机器压榨部件中，轴向受力轴承容易损坏，其不能承受锥盘传递来的 巨大轴向力。需选用其它类型能承受大的轴向载荷的轴承。 2 设计大规格y z a l 2 0 0 - n 锥盘压榨过滤机满足造纸行业大规模生产的需 要。 1 0 四川大学工程硕士学位论文 通过本课题的研究，提高锥盘压榨过滤机运行可靠性和生产能力，从而达 到进一步推广锥盘压榨过滤机应用的目的。 四川大学工程硕士学位论文 第三章y z a l2 0 0 一n 锥盘压榨过滤机设计方案 3 1y z a i2 0 0 一n 锥盘压榨过滤机设计参数 根据我公司锥盘压榨过滤机标准规定选定y z a l 2 0 0 - n 锥盘压榨过滤机主 要技术参数”3 ： 1 锥盘直径 1 2 0 0 m m 2 锥盘转速 n = 4 1 0 r m i n 3 锥盘压榨比 w = 21 5 4 锥底角 q = 8 。 5 中心球头铰半径 r = 2 0 0 m m 3 2y z a i2 0 0 一n 锥盘压榨过滤机生产能力要求3 y z a l 2 0 0 n 锥盘压榨过滤机的工艺性能设计以提取竹浆黑液为对象，按每 年可生产4 万吨成品纸来计算，采用两台y z a l 2 0 0 n 锥盘压榨过滤机串联使 用，即对竹浆进行两次压榨。 ( 1 ) 日生产能力( 每年按3 0 0 天计算) ： q a ：竺：1 3 3 3 吨( 成品纸) 3 0 0 ( 2 ) 小时生产能力( 每天工作1 0 小时) ： 旦唧= 1 3 3 吨( 成品纸) ，j 、时 ( 3 ) 锥盘压榨过滤机的处理量： 以竹浆的浓度为3 3 计算，锥盘压榨机处理量为： 旦二三：4 0 4 吨孙时。 o 3 3 提取纸浆的比重为1 1m e m 3 ，锥盘压榨过滤机处理量为： 4 0 4 ：3 6 7 3 1 1 因此，锥盘压榨过滤机每分钟的处理量为： 3 6 7 0 6 1 m 3 四川大学工程硕士学位论文 3 3 机器的总体布置 1 电动机：2 弹性联轴器：3 减速器；3 锥盘压榨过滤机 i 一级链轮传动； l i 二级链轮传动 图3 1 机器总体布置图 如图3 - l 所示，主电机通过弹性联轴器带动减速器，减速器为摆线针轮减 速器，减速器通过两级链条传动带动两锥盘同步低速转动，因机器转速低，选 用滚予链比较适合。 3 4 压榨部件的支撑方式 锥盘与空心轴联接成一体，空心轴通过轴承绕实心轴旋转。两实心轴一端 靠中心销联于球铰处，与l 形力臂联接的另一端处各有一支撑杆。机壳安装在 机架上，并用螺栓固定。支撑杆的长度可调通过调节支撑杆的长度，可使两 实心轴保持水平。 1 3 四川大学工程硕士学位论文 3 5 机器进料方式 1 电机；2 无级变速机；3 弹性联轴器；4 轴承；5 轴承；6 螺旋；7 螺旋壳体 图3 - 2 进料螺旋结构图 如图3 2 所示，机器采用螺旋进料器将物料沿水平方向输送到两锥盘开口 最大处，螺旋的外壳与机器的机壳采用法兰联接，螺旋通过联轴器、减速器由 电机带动旋转，螺旋的转速可调以改变进料量，使进料量与机器锥盘转速相匹 配。采用螺旋进料，使进料均匀，物料在锥盘问的充实度高，有利于物料的压 榨。 3 6 加压方式3 机器采用油压加压，两l 形力臂摆动端由液压缸联接在一起，由液压缸产 生的拉力，通过l 形力臂、实心轴、空心轴传递到两锥盘上，由锥盘面产生对 物料的压榨力。液压原理图如图3 - 3 所示 4 8 1 液压缸；2 i 舌塞；3 活塞杆；4 蓄能器；5 压力表； 6 单向阀：7 压力表：8 手动油压泵；9 油箱：1 0 释放阀 图3 - 3 液压原理图 活塞的压力是由蓄能器提供的，其压力由压力表指示。单向阀串联在手动 油压泵之后，控制油路方向，保持对油压活塞的一定压力。在运行中由于锥盘 问隙的变化引起油压活塞发生微动，少量的油进、出于蓄能器，压力表表压可 能有轻微的变化，但油压始终大致保持稳定，锥盘对物料的压榨力保持不变。 要想降低油压，可慢慢地调节释放阀，放出压力油，减少封入油压。当需要增 加油压时，务必将释放阀关紧，用人力摇动手动油压泵，使回路中油量增加， 使蓄能器内压力升高，即锥盘间的压榨力可调。在正常运行情况，油路无渗漏 时，可以长期稳定油压而不需摇动油压泵。 。 7 。祷卜 四川大学工程硕士学位论文 3 7 机器轴承的选用3 1 短圆柱滚子轴承；2 短圆柱滚子轴承；3 到锥滚子轴承；4 螺母 图3 - 4 轴承结构图 如图3 - 4 所示，y z a l 2 0 0 n 锥盘压榨过滤机的后轴承采用圆柱滚予轴承， 仅用于承受径向负荷，前轴承为圆柱滚子轴承与圆锥滚子轴承组合，圆柱滚子 轴承承受径向负荷，圆锥滚子轴承承受轴向负荷。圆锥滚子轴承承受轴向负荷 大，锥盘对物料的压榨力传递到圆锥滚子轴承后，传递到圆锥滚子轴承后的两 个螺母上，通过螺纹传递到实心轴上，两实心轴在中心销将轴向力相平衡，这 样使机器内各零件和轴承的受力合理。 四川大学工程硕士学位论文 3 8 后轴承密封m 2 3 y z a l 2 0 0 n 锥盘压榨过滤机对后轴承的密封作出了改进，其方案有两 种。 1 毡圈；2 y x 形密封圈；3 后轴承：4 o 形密封圈：5 o 形密封圈 图3 - 5 后轴承密封结构图( 一) 方案一：如图3 5 所示，后轴承密封采用毡圈y x 形密封圈组合密封，毡 圈油封用于防尘、封油之用，挡住锥盘边的处理物料的纤维进入：y x 形密封圈 用于密封液相和密封轴承方向的油脂。料浆中的纤维不易进入y x 形密封圈， 其效果好，同时在锥盘上钻有三个中3 5 的排液孔，可以将球形铰与锥盘间空腔 内的液体和纤维排出。 四川大学工程硕士学位论文 1 0 形密封圈；2 后轴承；3 0 形密封圈：4 0 形密封圈：j 隔渣板；6 v d 形密封圈 图3 - 6 后轴承密封结构图( 二) 方案二：如图3 - 6 所示，在锥盘上钻有三个中3 5 的排液孔，可以将球形铰 与锥盘问空腔内的液体和纤维排出。挡板一o 形密封圈( 见表3 1 ) 的组合结 构，隔渣板和v d 型密封圈( 见表3 2 ) 组成第一屏障，将纤维隔离在o 形密封 圈外，0 形密封圈仅用来密封通过的液相和前轴承的油脂，液相可通过空心轴 上的孔排出，所以0 形圈所密封的液相压力小，并且无纤维对其密封性的影响， 其密封效果好，本设计中后轴承密封结构采用本方案。 婴业查堂三望堡主兰丝堡壅 表3 - 10 型密封圈( 材料氟橡胶) 的特性和工作条件 密封方式 运动速度r 作压力- j 作介质_ l 作温度 空气、水、矿物 旋转动密封 6 m s 1 0 m p a 一4 0 2 0 0 汕 表3 - 2 v o 型密封圈( 材料氟橡胶) 的特性和工作条件 密封方式 圆周速度( m s 1 工作温度( ) 工作介质适应范围 端面和防尘 旋转动密封 1 9 2 5 2 0 0油、水、空气 密封 3 9 锥盘转速调节n 6 机器采用变频调速。过去运行的机器采用机械方式无级调速，调速机构容 易发生故障，维修费用高，给用户带来不便。采用变频调速可以方便改变机器 的转速，以调节生产能力和输出滤渣的含湿量，电机选用变频调速三相异步电 动机，当电机在高频或低频使用时都具有较大的过载能力，电机带有独立供电 的强迫通风系统，保证电机在低速运行时性能稳定。机器选用变频调速，减少 了机械传动机构，可降低机械故障。 震笳嚣4 1 电机功翠订异 4 1 1 锥盘几何尺寸计算 圉p 1 锥盘几何尺寸图 ( 4 - 1 ) ( 4 2 ) ( 4 - 3 ) o n 卜一 ： m硼凹一户 扎 郴一甜 瞅 郦 | 童删1 榨 开开2 一 篓茹撇一 过巾 戥最 ，篡芸 吼一， 角角 触1 m 嗍 2 一 开开，： 如 瓤舭 跏 型盘h ， 铆镫舢 四川大学工程硕士学位论文 当y 。= 1 5 时 ，一s m a x 堕 s m i n 岛 y ：旦：1 5 鼠 ( 4 4 ) ( 4 - 5 ) 如图4 - 1 所示，根据锥盘几何尺寸可得： 0 + 0z + ( 1 8 0 。一2q ) = 1 8 0 。( 4 - 6 ) 0l + 02 2 1 6 。 ( 4 - 7 ) 根据式( 4 5 ) ，( 4 - 7 ) 可得： 0i = 1 5 。， 02 = 1 。 根据锥盘几何关系可得锥盘开口间隙g 。、g m i n 分别为： g m a x = 2 r s i n0i = 2 6 0 0 s i n l 5 。 = 3 1 0 5 8 m m g m i n = 2 r s i ne2 = 2 6 0 0 s i n l 。 = 2 0 9 4 m m x = 丝笋1 8 0 ” ：= 2 x z x 1 5 0 x ( 6 0 0 2 - 2 0 0 2 ) 1 8 0 0 = o 1 6 8 m 2 2 四川大学工程硕士学位论文 4 1 2 物料与机壳摩擦所消耗的功率 rs if 10 图4 2 与物料接触的机壳面积1 2 展开示意图 ( 1 ) 物料与机壳的摩擦面积 a22 xi2 x r x s i n o x r 却 因。较小取s i n0 0 ，可得 a = 4 x r 【o a 又因为 0 = + bc o s 中 将0 转化为弧度即： 0 ：! ：! 竖望! ! ! 塑 1 8 0 0 根据式( 4 9 ) ，( 4 1 0 ) ，( 4 1 1 ) 可得 一地如r 型岽竽 ( 4 - 8 ) ( 4 - 9 ) ( 4 q o ) ( 4 1 1 ) ( 4 1 2 ) 四川大学工程硕士学位论文 求式( 4 1 2 ) 积分可得 彳= ! 兰! ：兰墨：兰竺 1 8 0 将参数r = 0 6 ，n = 8 。代入式( 4 1 3 ) 可得 一：! ! 至：! ：垒! ：o 6 3 m ： 1 8 0 ( 2 ) 物料与机壳的摩擦力 f = p 。，au 式中 u 一机壳与物料的摩擦系数，其值u = o 3 p 。- 锥盘内物料平均压力；其值p 。= o 1 3 m p a f = 0 1 3 1 0 6 0 6 3 0 3 = 2 4 5 7 k n ( 3 ) 锥盘外球面处的圆周速度： v ：塑 3 0 式中n 锥盘的转速，取最大值n = 1 0 d m i n v ：n r l r 3 0 1 0 刀0 6 3 0 = o 6 3 m s ( 4 ) 物料与机壳摩擦消耗的功率： n f _ f v = 2 4 5 7 】0 3 o 6 3 ：1 5 4 8 k w ( 4 - 1 3 ) ( 4 - 1 4 ) ( 4 - i s ) 4 1 3 电机的选择 ( 1 ) 机器传动机构消耗的功率： 如图3 - 1 机器传动布置图所示。电机旋转经弹性联轴器、减速器、一级链 轮传动、二级链轮传动再带动两锥盘作同步传动。加上传动机构和轴承所消耗 的功率： ， = 百 ( 4 1 6 ) q i nlq t1 h 式中 r l j - 减速器效率( 取r ii = o 9 2 ) 4 3 婴型查堂三望堡主兰丝堡壅 n r 链传动效率( 取nl = 0 9 8 ) 1 53 n ，滚柱轴承效率( 取n 。= o 9 8 ) 5 1 q 。联轴器效率( 取r l 。= o 9 9 ) 1 5 3 由式( 4 1 6 ) 得 1 5 4 8 n w 2 = 0 9 2 x 0 9 8 3 x 。0 9 8 s x 0 9 9 = 2 1 2 2 k w ( 2 ) 电机的选择： 电机选择时，考虑到刮刀刮除物料所需功率，物料进入机器时进料量的波 动影响，机器变频调速等因素，电机功率取n w = 3 0 k w ，电机选用变频调速三 相异步电动机 1 6 3 电机型号：y s p 2 5 0 m ，8 8 3 功率：3 0 k w 转速：7 4 0 r m i n 4 2 减速器和联轴器选择4 ， ( 1 ) 减速器选用由江苏泰隆减速机股份有限公司制造的摆线针轮减速器 型号：b w 4 5 2 9 传递功率：3 0 k w 传动比：2 9 输入转速：1 0 0 0r m i n 传递效率：9 2 ( 2 ) 联轴器选用芯型弹性联轴器l n s 85 5 x1 1 2 6 5 x1 4 2 0 3 许用转速：2 0 0 0r r a i n 公称转矩：t n = 6 3 0 n m ， 转动惯量： o 2 7 5 2 k g m 2 四川大学工程硕士学位论文 4 3 传动设计及计算 4 3 1 传动比分配设计1 ”1 1 胡 因锥盘转速设计n = 4 l o r m i n ，传动比分配设计取n = 1 0 r m i n 机器总传动 比，一7 4 0 7 4 1 0 两级链轮的总传动比为i l = 二1 = 4 = 2 5 5 ，设定第一级链传动比为i l l = 1 2 4 ， “ 0 一- 。 第二级链传动比为i ，一2 5 5 2 0 6 。 1 2 4 当链轮齿数为奇数，而链条的节数为偶数时，链条和链轮齿为均匀磨损， 所以链轮齿数选用奇数。 第一级链传动小链轮齿数选用链轮齿数优先数列驭z l = 1 7 第一级大链轮齿数可得z 2 = z 1 i l l = 1 7 x1 2 4 = 2 1 0 8 取z 2 = 2 1 第一级链轮实际传动比 f l - = 百z 2 = 百2 1 = 1 2 4 与设定值相吻合。 第二级链传动小链轮齿数取z l = 2 1 ， 第二级大齿轮齿数z 2 = z i i t s = 2 1 2 0 6 = 4 3 2 6 取z 2 = 4 5 第二级的实际传动比 铲 4 5 = 一 2 1 = 2 1 4 锥盘的实际设计转速 7 4 0 2 9 1 2 4 x 2 1 4 2 9 6 2 ( r m i n ) 婴业盔堂三望堡主兰丝丝壅 4 3 2 第一级链轮传动设计计算d o m 。1 第一级链轮小链轮转速为电机额定转速除以减速器传动比有 7 4 0 仇。百 = 2 5 5 2 r m i n 第一级链轮传递的功率： 3 0 x 1 0 3 r i 。r l i _ 3 0 1 0 3 0 9 2 ) 0 9 9 = 2 7 3 2 k w 第一级大链轮转速 ”，：生 。 2 5 5 2 1 2 4 - 2 0 5 8 r m i n ( 1 ) 链条的选用0 3 根据计算结果第一级链传动链条如果采用单排链则分度圆尺寸太大，所以 第级链传动链条采用双排滚子链 p d ：磐( k w ) ( 4 - 1 7 ) k z x m 、 式中p 传递功率( k w ) k a 工况系数 k ：小链轮齿数系数 k 。多排链排数系数 表4 - 1 工况系数k 输入动力种类 1 况 电动机一液力传动内燃机( 6 缸)内燃机( 6 缸) 平稳载荷 1 01 11 3 中等冲击 1 41 51 7 严重冲击 1 81 9 2 1 四川大学工程硕士学位论文 表4 - 2 小链轮齿数系数k z 191 01 61 7 1 9 2 1 2 5 k z0 4 4 60 5 0 0o 8 3 1 0 8 8 71 0 01 1 11 3 4 k t ，0 3 2 60 3 8 20 7 7 3 0 8 4 61 0 01 1 61 5 l 排数m123 456 | 排数系数k 。 11 7 2 53 33 03 6 根据传动的功率p = 2 7 3 2 k w ，小齿轮齿数z l = 1 7 ，链条选用双排滚子链， 载荷为中等冲击可以确定各参数的值代入式( 4 1 0 ： 刚：型 k z k 。 1 4 2 7 3 2 0 8 8 7 x 1 7 = 2 5 3 6 k w 再根据小链轮的转速为n l = 2 5 5 2 r m i n 链条选用4 8 a 双排滚子链节距p = 7 4 2 m mg b f f l 2 4 3 9 7 ，根据实际结构链 条的规格为：双排滚子链4 8 a 一2 5 4g b t 1 2 4 3 9 7 ( 2 ) 第一级链传动链轮计算 小链轮齿数z 1 = 17 ，小链轮分度圆直径根据公式 d = 熹 ( 4 - 1 8 ) s i n ( 1 8 0 0 z ) 、。7 式中p - 滚子链条节距p = 7 4 2 m m z 一链轮齿数z = 1 7 代入式( 4 1 8 ) 得不链轮分度圆直径： d = 7 4 2 s i n ( 1 8 0 。1 7 1 = 4 1 3 6 9 m m 大链轮齿数z 2 = 2 1 ，根据式( 4 1 8 ) 可得大链轮分度圆直径： d ： 旦 s i n ( 1 8 0 。z ) 2 7 四川大学工程硕士学位论文 7 4 2 s i n ( 1 8 0 。2 1 ) = 5 1 1 2 6 m m 4 3 3 第一级大链轮上键的选择和计算m 3 m 1 1 8 3 州 该键选用普通a 型平键3 6 1 3 0 g b t 1 0 9 4 7 9 ，其主要尺寸见表舡4 b ( m m ) h ( m m )l ( m m ) 材料 3 62 0 1 3 04 5 按挤压强度条件校核 2 薷q 。】p ( n m m 2 ) ( 4 - 1 9 ) 式中t 键联接传递的扭矩，( n m m ) d 一轴的直径( m m ) k 键与轮毂键槽的接触高度( m m ) l 一键的工作长度( m m ) 取i = l b 表4 - 5 键联接的许用应力和许用压强( n 巾秆) 联接。1 ：作键或毂、 载荷性质 许_ l j 应力 方式轴的材料 静载荷 轻微冲击冲击 钢 2 0 0 2 5 01 2 0 2 0 06 0 1 0 0 【o 】p静联接 铸铁1 0 0 1 2 0s o 1 0 04 5 6 0 【p 】 动联接 钢5 04 03 0 【tl静联接钢 1 2 51 0 06 0 由前面计算和实际结构计算键传递的扭矩： t ：9 5 5 0 “n ( n m ) ( 4 - 2 0 ) 月 式中n 链轮上传递的功率( k w ) n - 链轮的转速( r m i t t ) 婴型查堂三望堡主兰丝堡壅 第一级大链轮传递的功率n = 2 7 3 2 k w ：第一级大链轮的转速1 1 2 2 2 0 5 8 r r a i n 代入式( 4 2 0 ) 得 一9 5 5 0 2 7 3 2 o 9 8 f 1 爵f 一 = 1 2 4 2 k n m = 1 2 4 2 1 0 0n ，m m 根据所选键尺寸：d = 1 5 0 m m k = 1 0 m m1 2 9 4 对应表4 - 5 载荷性质为轻微冲击代入式( 4 - 1 9 ) 有： 27 _ o ，2 丽 2 1 2 4 2 1 0 6 1 5 0 1 0 9 4 = 1 7 4 2 n m m2 【o p = 2 0 0n m m 2 键的强度合格。 4 3 4 第二级链轮传动设计计算m 7 3 ”3m 第二级链轮中小链轮的转速 2 5 5 2 n i2 _ l l 2 5 5 2 1 2 4 = 2 0 5 8 r m i n 第二级上每根链条传递的功率 p ：! ! 堡塑塑墨： 2 3 0 o 9 9 0 9 2 o 9 8 0 9 8 2 。一 = 1 2 8 6 k w ( 1 ) 链条的选用 根据计算结果第二级链传动链条采用单排滚子链 各参数选取：k a = 1 4 婴型查堂三望堡主兰丝堡壅 因第二级小链轮齿数为z l = 2 1 见表4 2 取k ：= 1 1 l 采用单排滚子链见表4 - 3 取k 。= l 传递功率p = 1 2 8 6 k w 根据式( 4 1 7 ) p d ：兰 k z k m 1 4 1 2 8 6 1 1 1 1 = 1 4 2 2 k w 再根据第二级链条传动小链轮的转速n l = 2 0 5 8 r m i n 链条选用4 0 a 单排滚子链节距p = 6 3 5 m mg b t 1 2 4 3 9 7 在第二级链传动中，加装了导向纠偏轮，用来降低链条的偏移程度，改善 链条的受力状况，同时也可以减少链条传递时的振动。链条的规格为滚子链 4 0 a - l 一1 0 4g b t 1 2 4 3 9 7 ( 2 ) 第二级链传动链轮计算 第二级小链轮齿数为z l = 2 1 ，根据式( 4 1 8 ) 可得第二级小链轮分度圆直径 矾3 五丽ps l n 【j 8 u u 毛j 6 3 5 s i n ( 1 8 0 。2 1 ) = 4 2 4 0 5 m m 第二级大链轮齿数为z 2 = 4 5 ，可得第二级大链轮分度圆直径 d ： 旦 s i n ( 1 8 0 。z 2 ) 6 3 5 s