（机械工程专业论文）大型水泥磨结构及传动设计研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本论文主要是对大型水泥管磨机的结构和关键技术进行研究。结合大型水泥管磨机 的特点，本文的主要内容如下： 首先，介绍水泥工业和水泥管磨机的发展现状，说明了开发大型水泥管磨机的迫切 性以及大型水泥管磨机的优势。 其次，对水泥管磨机的整体结构进行了介绍，对设备的主要工艺参数进行了说明。 接下来，对回转部内的关键零部件：简体、分仓、衬板布置以及隔仓装置等，分别 进行了计算和选取。尤其是对简体的计算较为详细，并对简体在不同载荷下的应力和变 形，运用有限元分析进行了计算和分析。 然后，对支撑装置进行了结构设计。选用滑履轴承作为大型水泥管磨机的支 撑，并进行了计算和结构介绍。对其中的关键件一瓦体，用a n s y s 软件进行了计算和 分析。 传动装置的设计与计算。并对本次采用的新型传动装置多点啮合边缘传动装置 进行了介绍。 最后，对全文进行了总结和展望。 通过以上关键技术的研究与应用，开发出了结构合理、运行稳定可靠的中4 4 1 25 m 大型水泥管磨机。并成功的投入了安徽海螺集团水泥厂的生产运行。为以后大型磨机的 设计提供重要依据。 关键词：水泥管磨机回转部支撑装置简体 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep a p e r sp r i m et a s ki st or e s e a r c ht h ek e yt e c h n o l o g i e so f l a r g e s c a l ec e m e n tt u b em i l l a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h el a r g e - s c a l ec e m e n tt u b em i l l ，t h ea r t i c l e sp r i m e t a s ki s a sf u l l o w s ： f i r s t l y ，i n t r o d u c et h en o w a d a yd e v e l o p m e n tc o n d i t i o no ft h ec e m e n ti n d u s t r ya n dt h e c e m e n tt u b em i l l ，s h o wt h a tt h eu r g e n c yo f t h ed e v e l o p m e n to fl a r g es c a l ec e m e n tt u b em i l l ， a n dt h ea d v a n t a g eo f t h el a r g ec e m e n tt u b em i l l s e c o n d l y , i n t r o d u c et h ew h o l e s t r u c t u r eo f t h et u b em i l la n di l l u m i n a t et h ek e yc r a f i w o r k p a r a m e t e r s & t h ee q u i p m e n t i ns u c c e s s i o n , t h er e s p e c t i v ec o m p u t a t i o na n da n a l y s i so f t h ek e yc o m p o n e n to f t h et u b e b o d yp a r t ，i n c l u d et h et u b em i l ls h e l l ，t h ep a r t i t i o no ft h er o t o rp a r t t h ed i s t r i b u t i n go f t h e l i n e r s ，a n dt h ep a r t i t i o nd e v i c eo ft h es t o r e h o u s ee t c e s p e c i a l l yc a l c u l a t et h em i l l s h e l li n d e t a i l ，f u r t h e rm o r e ，a p p l yt h ef i n i t e e l e m e n t n u m e r a t i o nt oa n a l y z et h es t r e s sa n dd i s t o r t i o n o f t h es h e l la c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tl o a d ， a f t e r w a r d s ，c a r r yo u tt h es t r u c t u r a ld e s i g na n dc o m p u t a t i o no ft h eb r a c eo fl a r g ec e m e n t m i l l ，s e l e c tt h es l i d e s h o e b e a r i n ga st h eb r a c eo ft h el a r g ec e m e n tt u b em i l l ，i n t r o d u c et h e s t r u c t u r eo f t h es l i d e s h o e - b e a r i n ga p p l yt h ea n s y sf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r et oc a l c u l a t ea n d a n a l y z et h et i l eb o d y t h ed e s i g na n dc o m p u t a t i o no f t h et r a n s m i s s i o nd e v i c e i n t r o d u c et h es t r u c t u r eo f t h en e w t v p et r a n s m i s s i o nd e v i c e - - o n e s i d e t w o c o n t a c t d o te d g e d r i v ed e v i c ef u rt h i st i m e i nt h ee n d ，s u mu pt h ew h o l ep a p e ra n dm a k et h ee x p e c t a t i o no f t h ef u t u r e v i at h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no ft h ea b o v ek e yt e c h n o l o g i e s ，as t r u c t u r er e a s o n a b l e ， m o v e m e n ts t a b l ea n dr e l i a b l el a r g e s c a l ec e m e n tt u b em i l i 啪44 1 2 5 mc e m e n tm i l lh a s b e e nt a p e do u ta n du s e db ya n h u ic o n c hg r o u pc e m e n tp l a n ts u c c e s s f u l l y t h i sw i l lp r o v i d e i m p o r t a n te x p e r i e n c ef u rt h ea f l e r t i m ed e s i g no fl a r g e s c a l et u b em i l l k e yw o r d s ：c e m e n t - t u b e - m i l lr o t o r - p a r tb l o c k i n g - d e v i c e t u b e - b o d y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 o 学位论文作者签名：王金茹 l|， 日期：仰护5 年，月26 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 学位论文作者签名：至钦l 指导教师签名：，7 ，1 ，v 日期：? ，。6 年旧nz b 日 衙鸟 日期：加i 年o 月矗日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题的来源 1绪论 根据公司的订货来源和新产品开发计划，为满足安徽海螺集团水泥厂1 0 0 0 0 t d 水泥 熟料生产线水泥粉磨的需要，结合用户的要求，拟开发巾4 4 1 2 5 m 水泥磨。 本论文主要研究大型水泥管磨机”1 。见图1 1 。 图l l 大型管磨机 管磨机作为一种破碎粉磨设备，具有对物料适应性强、操作简便、经久耐用、工艺 系统简单等诸多优点，广泛应用于选矿、电力、化工和水泥等行业的粉磨作业，尤其在 水泥行业中应用较为广泛。它具有以下较突出的特点： 1 对物料的适应性强，能连续生产；生产能力大，可满足大规模生产的要求。 2 粉碎比大，可达3 0 0 以上，并易于调整粉磨产品细度。 华中科技大学硕士学位论文 3 可适应各种不同情况下的操作：既即可干法作业也可湿法作业；还可以把干燥 和粉磨合并一起同时进行。 4 结构简单、可靠，操作、维护管理简单，能长期连续运转。 5 有很好的密封性，可以负压操作，防止灰尘的飞扬。 随着各种先进技术在水泥行业的应用，水泥工业的生产规模突飞猛进。国内水泥生 产线生产能力的发展经历了几个阶段：由最初日产几百吨到1 0 0 0 t ，再到日产2 0 0 0 t 、 2 5 0 0 t ，近几年来发展到了日产5 0 0 0t 。 对于这样的生产规模，小型管磨机已经不能满足需要了。在这样的情况下，迫切需 要开发大型磨机来满足生产规模日益增长的需求。大型管磨机与小磨机相比，具有占地 面积小、高效、节能、单机产量高、成品质量稳定等诸多优点，被多数的水泥厂看好。 目前，公司自行开发、设计、生产的最大规格水泥磨为中4 2 x 1 4 5 m 水泥磨。 拟开发的中4 4 x1 2 5 m 水泥磨，将填补公司大型管磨机自主设计的空白，有利于 提高大型磨机的设计和开发能力，巩固公司在水泥设备制造行业的主导地位，促进技术 进步，扩大公司的影响。 基于以上原因，本论文通过一个水泥磨的设计过程，对其中的几个关键部件、关键 技术进行研究，总结经验，为以后大型水泥磨机的设计和开发，提供参考。 1 1 1 课题研究的意义 水泥行业属于高能耗产业。由于管磨机在水泥行业的特殊地位，所有的水泥厂又都 离不开它，磨机的电耗约占整个水泥厂电耗的6 0 左右。因此，如何选取合理的传动 装置，保证磨机的运转率，提高研磨效率，降低能耗，就成为水泥行业较为关注的课题。 长期以来，很多业内人士都在围绕这两个问题进行研究，也取得了较为可喜的成 绩。因此，对影响大型管磨机运转率和研磨效率的几个关键部件、关键问题进行研究， 具有比较现实的意义。 1 2 国内外动态与发展趋势“ 1 2 1 管磨机的分类 2 华中科技大学硕士学位论文 l 、按筒体的长度与直径之比分 1 ) 短磨机一般长径比小于2 的称为短磨，俗称球磨机。 2 1 中长磨机长径比在3 左右的称为中长磨机。 3 ) 长磨机长径比大于4 的称为长磨机或管磨机。中长磨和长磨，其内部一般分 成2 4 个仓。 2 、按磨内装入的研磨体介质形状分 1 ) 球磨机磨内装入的研磨体介质主要是钢球或钢段。这种磨机使用最普遍。 2 ) 棒球磨机这种磨机通常具有2 4 个仓。在第一仓内装入圆柱形钢棒作为研 磨介质，以后各仓则装入钢球或钢段。 棒球磨的长径比以l d = 5 为宜，棒仓长度与磨机有效直径之比应在1 2 1 5 之间， 棒长较棒仓长度应短1 0 0 毫米左右为宜，以利于钢棒平行排列，防止交叉和乱棒。 棒球磨主要用于湿法磨制生料。 3 ) 砾石磨磨内装入的研磨体介质为砾石、卵石、瓷球等。用花岗岩、瓷料等作 衬板。用于生产白色或彩色水泥以及陶瓷等。 3 、按卸料方式分 1 ) 尾卸式磨机磨物料由磨机的一端喂入，另一端卸出，称为尾卸式磨机。 2 ) 中卸式磨机磨物料由磨机的两端喂入，磨体中部卸出，称为中卸式磨机。相 当于两台球磨机串联使用，这样可以使设备紧凑，简化流程。 4 、按传动方式分 1 ) 中心传动磨机电动机通过减速机带动磨机卸料端中空轴而驱动磨体回转。减 速机的出轴与磨机的中心线同在一条直线上。 2 ) 边缘传动磨机电动机通过减速机带动固定在卸料端筒体上的大齿轮而驱动 磨体回转。 5 、其它分类 按工艺操作又可分为干法磨机、湿法磨机、间歇磨机和连续磨机。问歇磨机常用作 化验室试验磨。水泥工业生产用的都是连续磨机。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 管磨机的现状与发展趋势 管磨机的发展与水泥工业的发展息息相关”“。 到2 0 世纪末，水泥生产线的能力已经发展到日产2 0 0 0 吨和2 5 0 0 吨水泥熟料。到 2 1 世纪初，短短几年时间，水泥生产线的生产能力已经发展到日产5 0 0 0 吨水泥熟料； 通过引进技术，安徽海螺集团水泥厂的水泥生产线生产能力已经达到日产1 0 0 0 0 吨水泥 熟料。相应的，磨机也向着大型化发展，大部分直径已经接近4m ，少数直径已经达到 4 6 m 。 受设备制造技术和运输能力的制约，国内的管磨机直径大都在4 6m 以下。 在整个水泥行业的发展过程中，国内的设备制造技术一直落后于国外。国内最大 的管磨机，直径为5 m 左右，最大功率为6 0 0 0k w 。而国外的管磨机直径达到8m 以上， 功率达到1 0 0 0 0k w 以上。与国外差距很大。 国外在8 0 年代后期开始应用滑履磨机。滑履磨机丹麦f l s 公司生产较多，但仅 限于中心传动磨机，如0 3 4 x 1 1 5 m 、0 3 8 1 4 m 、0 4 2 1 2 m 等，另外法国伯力鸠斯 公司也在不断开发。9 0 年代初期，开始采用双点啮合边缘传动，以后应用面不断扩大， 至今已经相当成熟。近几年我国大型磨机中曾引进德国f l e n d e r 公司的双点啮合减速器 7 台。 目前，国内滑履磨机日渐增多，既有中心传动也有边缘传动，但还没有功率超过 3 6 0 0 k w 的多点啮合边缘传动滑履磨机。因此，拟开发的0 4 4 1 2 5 m 水泥磨，在目前 国内的多点啮合边缘传动滑履磨机所有规格中，其主机及减速器目前是最大的。 1 3 本文的主要工作 管磨机回转部的结构设计；简体部件的结构计算，隔仓装置的结构设计，衬板的布 置等：管磨机支撑装置的设计与计算；轴承的设计与计算，瓦体的有限元分析计算。传 动装置的设计与计算。管磨机关键零件制造过程中的工艺技术研究。 4 华中科技大学硕士学位论文 2 大型水泥管磨机总体设计概述 2 1主要技术参数 1 磨机的规格：中4 4 1 2 5 m 2 磨机的产量：1 6 8t h ( 配辊压机，产品比表面积3 2 0 e m 2 g ) 3 主电机：功率3 6 0 0 k w 转速n = 9 9 0 r m i n 4 磨机主转速： 15 5 2 r r a i n 5 主减速器：型号m b 2 6 速比i = 6 8 5 8 1 6 慢速驱动装置：型号m h ，电机功率3 7 k w ，转速n = 7 3 0 r m i n ，辅助减速器型 号z s y 3 5 5 a 速比i = 8 9 。 7 辅助传动转速：o 1 3 r m i n 8 磨机的有效容积：1 6 7 4 m 3 9 研磨体装载量：2 2 2 t l o 滑履轴承配用润滑系统： 高压油压力3 2 m p a 油量5 6 l m i n 低压油压力o 6 m p a 油量8 0 l m i n 1 1 减速器及大小齿轮配用润滑系统：压力o 5 m p a 油量3 5 0 l r n i n 1 2 主电机配用润滑系统压力o 5 m p a 油量2 l m i n 1 3 冷却水用量：滑履轴承：2 5 t h x 2 滑履轴承润滑系统：4 8 t h 2 减速器润滑系统：5 6 0l r a i n 主电机润滑系统：4 0l m i n 1 4 设备总重：3 8 8 t 2 2 主要功能和组成 2 2 1 磨机的功能介绍 华中科技大学硕士学位论文 水泥管磨机的主要功能是：将较大颗粒的水泥熟料研磨成5 0 8 0 微米细度的水泥 粉末“2 ”。水泥磨机的工作原理和工作特性是：主电动机通过减速器，带动其主要 工作部件一回转部高速旋转，回转部带动其内的钢球、钢棒等耐磨介质，将物料研磨到 所需要的细度。 2 2 2 磨机的组成 主要由进料装置、滑履轴承、回转部、出料装置、传动装置以及润滑系统组成。见 图2 1 。 1273456 市i 溉拙。 k 一阜| 阜 一 一量 一l 一 。r j中 生”黼卿 谚习 l ： 一：一：。，0 ：? ：，o j 亡： i 一 b ， i 1 懒翮每 1 一进料装置，2 一进料端滑履轴承，3 一回转部，4 一出料端滑履轴承 5 一出料装置，6 一传动装置，7 一润滑系统 图2 - 1 磨机的组成示意图 1 进料装置由进料斗、进风管及支架组成，风管处设有可调节的风阀，以便根据 风量要求调节风阀开度。 2 滑履轴承 磨机在进料端采用可移动的滑履轴承，在出料端采用单侧固定式的滑履轴承。 3 回转部分 回转部分由隔仓板、出料篦板、筒体衬板组成。组合式隔仓板由粗筛板、细筛板、 前板、支撑板、中心格珊和衬板组成。出料篦板由篦板、支撑板等组成。磨机一仓采用 阶梯衬板，二仓采用双阶梯分级衬板。 4 出料装置 6 华中科技大学硕士学位论文 出料装置是一个钢板罩子，其内装有随磨机简体回转的筛子以便排出碎铁渣等杂 物，出料装置上部是排风口，下部是出料口。 5 传动装置 本磨机传动形式为多点啮合边缘传动，减速器型号为m b 2 6 ，减速器中输出两个小 齿轮同时和大齿圈啮合，从而驱动磨机回转，主电机功率3 6 0 0 k w 。为了方便安装与检 修，除主传动外，另设有辅助传动机构。 6 滑履轴承润滑系统 为了确保滑履轴承正常运转，必须建立高低压润滑系统，该系统由带高压启动的稀 油站和管路系统组成。 2 3 主要的设计计算 2 3 1 磨机产量的计算 产量： q = p 。q 0 ( 2 1 ) 式中：p 0 一磨机理论计算功率，根据前面几种功率的计算比较，选取p o = 3 6 0 0 k w ： q r 单位理论功率产量，水泥磨取q o = 0 0 3 9 。 可得产量q = 3 6 0 0x0 0 3 9 = - 1 4 0 4 t h 该用户选定的系统中，管磨机与辊压机组成联合粉磨系统。由以往使用的经验， 管磨机产量可提高5 0 6 0 ，有的甚至提高一倍；按提高产量4 0 计算，1 4 0 4 x1 4 = 1 9 6 8 t h 。 对于1 0 0 0 0 t d 生产线，用户要求用3 台中4 4 1 2 5 m 水泥磨。 3 台磨机的产量为1 9 6 8 2 4 8 5 3 = 1 2 0 2 9 6 t d 。 由以上的计算可知，所选定的规格完全满足生产需要，并且有剩余。 2 3 2 磨内通风量的计算 1 通风量的选取，应遵循以下原则： 7 华中科技大学硕士学位论文 1 ) 起到冷却物料，改善物料易磨性的作用； 2 ) 能够及时排除磨内水蒸气，降低糊球和阻塞篦孔现象； 3 ) 减少进料磨头冒灰，改善环境卫生。 2 通风量的计算方法有多种，这里选用几种加以比较，以便工艺配置时参考。 按磨内通风速度计算 q f = 2 8 2 7 d ? ( 1 一妒) 形 ( 2 2 ) 式中：w 一磨内风速，取w = 0 7 m s 。 q f = 2 8 2 7 4 2 5 2 ( 1 一o 3 ) o 7 = 2 5 0 2 0 m 3 h ( 2 3 ) 按磨内需用功率计算 qf=(7296)po(2-4) = ( 7 2 9 6 ) x2 7 5 0 = 1 9 8 0 0 - 2 6 4 0 0m 3 h 按混合速度计算 。 v m = 3 2 6 6 罴厩 沼s ， 式中：t - 介质温度，取9 0 c ； 驴一物料颗粒直径，带粗粉分离器时d - - 3 0l - tm ； y 棚料比重，水泥取ym - 3 1 f f m 3 ； 代入( 2 - 5 ) 可得v m _ 3 2 6 6 j i 舅舅等厕= 1 1 1 所， 磨内有效通风面积： s r = - 。孑d , 2 ( 1 一妒) ( 2 6 ) 2 三4 2 5 2 ( 1 0 3 ) = 9 9 3 m 2 最大通风量：q 产1 1 1x 9 9 3 3 6 0 0 = 3 9 6 8 0m 3 h 从以上几种计算结果来看，考虑的侧重点不同，采用的计算方法不同，得到的结果 华中科技大学硕士学位论文 各不相同，小到2 5 0 2 0 m 3 h ，大到3 9 6 8 0r n 3 h ，差别很大。 工艺设计人员还应结合具体的工艺系统配置，来选取合适的通风量，最终满足生产 需求。 2 3 3 磨机转速的计算 磨机的转速是磨机设计和操作的主要参数，在一定程度上决定研磨介质在磨内的运 动状态。它对磨机的动力、产量、钢球和衬板的磨损都有影响。比较有意义的指标有理 论临界转速和适宜转速。理论临界转速是超过该转速后，磨机内的所有物体都随着磨机 简体转动的转速r 适宜转速指的是最适宜于磨机进行研磨作业的转速。 磨机的理论临界转速1 1 0 为：n o - ! 丝：! ! 叁：2 0 6 r m i n ；( 2 7 ) 4 d i4 4 2 5 磨机的适宜转速为：n _ 圣：! ! ：1 5 5 2 r r a i n ： ( 2 - 8 ) 4 d i4 4 2 5 式中d i 为磨机的有效内径。 2 3 4 进料口尺寸的确定 进入磨机的物料量q ： q = 3 6 0 0 v a y ( t h ) ( 2 9 ) 式中： y 物料轴向流速( m s ) ， v = 0 1 0 5 r n t a l l ( 2 a )( 2 1 0 ) r 一锥形衬套内半径，初步定为6 0 0 衄； 口锥形衬套半锥角，一般取1 0 0 ； a 一衬套内所输送物料断面积为1 2i n ； ，物料容重，对于水泥取1 4 5 妇1 。 计算可得：v = o 1 0 5 o 6 x 1 5 5 2 x t a n 2 0 0 = o 3 6 m s 9 华中科技大学硕士学位论文 o ：3 6 0 0 0 3 6 一7 1 2 2 1 4 5 一：1 7 7 r 厅 一41 2 参考其他磨机，中4 2 xl l m 水泥磨r = 4 0 5 慨；中4 1 3 m 水泥磨r = 3 5 0 嘲；m 4 2 x1 1 5 m 水泥磨r = 5 5 5 眦； 这里认为选取r = 6 0 0m m 完全满足要求。 初步估计进料装置重量约2 ，。 2 3 5 出料圆筒筛尺寸的确定 圆筒筛直径 见= 3 4 _ 8 - r 6 9 2 ( 2 - 1 1 ) ：一3 4 8 6 9 2 ：1 4 3 m 1 5 5 2 参考其它磨机：中4 2 1 l m 水泥磨的d 。= 2 5 0 0 m m ；中4 1 3 m 水泥磨的 见= 2 5 0 0 m m ；q b 4 2 1 1 5 m 水泥磨的口= 2 8 4 0 m m 。 对于巾4 4 2 x1 2 5 m 水泥磨，选取皿= 2 9 0 0 m m 。 圆筒筛长度t 一般取直径的0 4 1 0 倍。 即：t = ( 0 4 一1 o ) d ：2 ( 0 4 1 0 ) x 2 9 0 0 5 1 1 6 0 2 9 0 0 皿； 可以取t = 2 0 0 0 m m 。筛板厚度取j = 6 r a m 。 单位产量所需筛分面积： k ：兰：堡：生：! q ：! ! 三：! ：! ! ：! ! ! ! ：丝：3 6 6 m z f 1 6 8 ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) 出料装置初步估计约6 t 。( 中4 2 xl l m 水泥磨的出料装置重5 s t ：巾4 1 3 m 水泥磨 的出料装置重5 7 t ；4 2 x1 1 5 m 水泥磨的出料装置重5 t 。) 2 3 6 进、出科腹板开口尺寸的确定 1 0 华中科技大学硕士学位论文 由研磨体填充率驴= 3 0 和经验可知，进、出料腹板开1 2 1 尺寸与磨机有效内径的 比值k = 0 3 1 9 7 。 进、出料腹板开口尺寸初步确定为o 3 1 9 7 x 4 2 5 = 1 3 6 m 。 根据情况，开口尺寸大小可以适当调整。 2 4 本章小结 本章对磨机的整体情况进行了介绍，首先确定磨机的主要参数，然后介绍了磨机 的功能和部件组成，最后进行了一些主要的设计计算，主要有磨机产量、磨内通风量、 磨机转速、进料口尺寸、出料圆筒筛尺寸，以及进、出料腹板开口尺寸等的计算。 华中科技大学硕士学位论文 3 回转部结构设计与计算 回转部是整个磨机的主体，主要由筒体、衬板和隔仓装置等组成。主要组成如下图 3 1 所示。 图3 - 1 回转部主要组成示意图 本论文仅对其中较为关键的部件进行研究计算，主要有筒体的设计，回转部重量的 计算，回转部载荷分布和内力要素的计算，分仓以及隔仓装置的设计”4 “”1 。 3 1筒体的设计和计算 3 1 1 厚度的确定 简体厚度计算公式为： 万：d + f 5 1 0 ) ( 3 1 ) l o o 根据( 3 - 1 ) 可得：j = 筹+ ( 5 l o ) = 4 9 5 4 聊” 该公式算得的筒体厚度偏大。 由长径比= 去= 等= 2 8 3 5 可以确定最小筒体厚度j 。= 盖= 2 7 这里摘录几种磨机筒体厚度加以类比。 0 4 1 3 m 水泥磨6 = 4 6 m m ( 中空轴式) 1 2 华中科技大学硕士学位论文 巾4 ，2 x 1 3 m 水泥磨6 = 4 4 衄，滑环腹板6 - - 9 0 衄； 巾4 6 1 0 + 3 5 m 原料磨6 = 4 6 衄，滑环腹板6 = 9 0 衄； 巾5 1 4 5 m 水泥磨6 = 8 0 皿，滑环腹板6 = 1 1 2 5 衄； 根据以往磨机的简体厚度，初部选定中4 4 x1 2 5 m 水泥磨的简体厚度6 = 4 8 咖， 滑环腹板6 = 1 0 0 u l 。 下面对选取的简体厚度6 进行验算： 首先，取计算应力盯= 0 9 5 o 】 b 1 一筒体钢板的许用应力，p 】( 0 0 7 1 7 - 0 0 7 8 8 ) o 。 盯= 0 9 5 ( o 0 7 1 7 o 0 7 8 8 ) o 6 = 0 9 5 0 0 7 1 7 3 8 0 = 2 5 8 8 m p a 简体截面模数： 形：互d 2 占 ( 3 2 ) 将参数代入( 3 2 ) 得：w 户互4 4 2 j ：1 5 2 1 c s m 3 4 简体最大弯矩： 肘一= 竽 ( 3 ，) 式中： l k 一支承装置中心跨距，1 2 5 m 6 一磨体最大载荷，n ；g = - g t + i 4 5 g y - - 2 8 5 + 1 4 5 2 2 2 = 6 0 7 t m m 。= 堕等坐= 9 4 8 x 1 0 6 n 删 ( 3 - 4 ) 应力盯= 急 ( 3 5 ) 式中： c 广筒体上固定衬板的螺栓孔对简体的削弱系数；对于螺栓m 3 0 ，可以取g = o 9 ； 1 3 华中科技大学硕士学位论文 得应力仃= 篙淼- 2 5 8 8 m p a 由以上可计算出：最小简体厚度万= 石j 亡墓篡= 。2 7 埘； 由此足以说明：简体厚度6 - - 4 8i r m l 是可行的。 从目前掌握的一些国外的资料来看，对于结构相同的中4 6 x 1 4 m 水泥磨，其简体 厚度只有3 5 衄，滑环腹板厚度为8 0 咖。 3 1 2 筒体的制造工艺 本磨机筒体最大直径4 5 m 左右，长度1 5 m ，重量将近9 0 t 。加上专用工装后，长 度约1 7 m ，重量达到1 0 0 t 以上。属超重、超大、超长、精度要求高，加工难度大的关 键件。 制作时，将简体沿长度方向分三段制作，每一段都严格按照直线度和圆度分别制 作，再焊接成一体。 3 1 3 筒体的加工 采用中6 x 2 0m 重型专用车床( 车床承重1 6 0 t 、最大加工长度2 0 m 、最大加工直径 6 m ) 及专用工装一次装卡，双刀架同时加工，这样才能保证其精度要求。 3 2 筒体害明宦量的计算 用经验公式和类比法两种方法进行估算，并将结果作- - t t 较。 经验公式g t = 等【3 + 扣争警髟 ( 3 - 7 ) 式中： d 筒体内径，m ： 卜简体规格长度，m ； z 一隔仓板的层数，z = 2 ； l 一长径比系数，l d = 2 - 6 时= o 8 1 2 1 4 华中科技大学硕士学位论文 g t 一等邢+ 学o + 寺+ 等z = 2 6 8 t 和中3 8 1 2 5 m 水泥磨类比 简体重量+ 双隔仓+ 筒体衬板+ 端衬板+ 出料端部+ 其它总重 中3 8 1 2 5 m7 0+16+76+ 5 5 + 6 6 + 2 8 62 0 2 7 m 4 4 1 2 5 m9 8+22+108+8+9+40 2 8 5 回转部重量约g t = 2 8 5 t ( “其它”包括出料筒节1 6 t ，大齿轮装置2 0 t ) 3 3回转部载荷分布及内力要素的计算 载荷分布如下图3 2 。 弯曲力矩m 如图3 - 3 。 转角e 如图3 4 。 m 图3 - 3 弯曲力矩m 磨体总载荷按全跨距均布考虑。 图3 4 转角o 1 5 华中科技大学硕士学位论文 磨体重力形成的载荷g t = 2 8 5 t 研磨体重量g y = 2 2 2 t 物料重量g w = 1 4 g f l 4 x 2 2 2 = 3 1 0 8 动态研磨体和物料所产生的载荷( 夹角7 2 c ) q + w = 1 2 ( 2 2 2 + 3 1 0 8 ) = 3 0 3 7 t 磨体承受的计算总载荷g = g + 1 3 7 g y = 2 8 5 + 1 3 7 x 2 2 2 = 5 8 9 t 磨体的最大载荷g n 。 g 一= g ，+ 1 4 5 g y = 2 8 5 + 1 3 7 2 2 2 = 6 0 7 t 两端支反力心= = 等= 等= 3 。3 5 f 弯曲力矩m 。= 丁g l , 将参数代入( 3 1 0 ) 得：蚣竺半等型= 9 4 8 x 1 0 s 硎 转角色= 品= 主扣 式中：b 一弹性模量；e = 2 x 1 0 7 n c m 27 卜喷性矩； i ：互d ，万 8 将参数代入( 3 - 1 2 ) 得：，2 詈4 4 0 3 4 8 = 1 6 1 0 8 册4 曰一= 甓篇篇焉 ( 3 8 ) ( 3 - 9 ) ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) ( 3 - 1 2 ) 1 6 华中科技大学硕士学住论文 得： = o 0 0 0 1 2r o d = 0 0 0 6 9 0 最大挠度 l 。素丘占一 3 1 3 ) 将各参数代入( 3 - 1 3 ) 可得矗。x _ 号1 2 5 1 0 3 o 0 0 0 1 2 = 0 4 6 r a m i o 筒体截面最大弯曲应力 盯。= 舞 ( 。) 式中： m 一一最大弯曲力矩，由( 3 - 1 0 ) 可知：肘一= 9 4 8 x 1 0 8 n c m ； w 简体截面系数； w = g d 2 8 ：互4 4 0 2 4 8 ：7 3 1 0 5 c m 3( 3 1 5 ) 44 w 一一人孔处筒体截面系数； w 人- 三留一苦) d 2 占+ 鲁一6 ) ( d + 2 占) ( 3 - 1 6 ) 式中：b 为人孔宽度，取b = 3 3 e m ；b 为加强板宽度，取b = 9 0 c m 。代入( 3 - 1 6 ) 可 畎= 1 4x 留一警4 4 0 2 4 8 + 了4 8 ( 9 0 - 3 3 ) ( 4 4 。+ 2 48 ) 将各参数代入( 3 1 4 ) 可得： = 7 5 8 x 1 0 5 啪3 盯：竺型b 一= 1 3 9 0 n 硎：1 3 舭 。“7 5 8 1 0 5 0 9 筒体许用应力b 】= ( o 0 7 1 7 0 0 7 8 8 ) 0 b ，o b = 3 8 0 m p a ； 1 7 华中科技大学硕士学位论文 可得p 】- 2 7 2 5 m p a ， 盯一 3 时为三仓或四仓磨。 具体来讲，磨机的分仓及各仓长度比例的确定都是依靠长期生产实践经验的积累得 来的。 根据磨机分仓原则：长径比l d = 2 3 时，即此时磨机为双仓磨，仅设置一道隔仓装 置。q b 4 4 x1 2 5 m 水泥磨的l d 为1 2 5 4 4 = 2 8 ，介于2 3 ，可以确定为双仓磨。 一般一仓占全长比例的3 0 , , 4 0 。据此，一仓可取长度4 2 5 0 m m ，二仓长7 6 5 0 m m ， 双隔仓宽2 5 0 r a m ，卸料仓宽约2 7 0 r a m 。 3 5 隔仓装置的设计 3 5 1 隔仓装置的作用 1 分隔研磨体。在粉磨过程中，物料的粒度向磨尾方向递减，要求研磨体开始时 以冲击作用为主，向磨尾方向逐渐过渡到以研磨作用为主。而研磨体尺寸越小，数目就 越多，研磨体的表面积就越大，研磨作用也就越强。要求研磨体的尺寸也向磨尾方向递 减。隔仓板可粗略地将研磨体加以分隔开。 2 防止大颗粒物料窜向出料端。隔仓板的筛板对物料有筛析作用。可防止过大的 物料进人冲击力较弱的区域。 3 控制磨内物料流速。隔仓板的篦孔决定了磨内物料的充填程度，同时就控制了 1 8 华中科技大学硕士学位论文 物料在磨内经受粉磨的时间，相应地统一了产量和质量的矛盾。 4 支撑磨机筒体。在一定意义上来说，可以把隔仓装置视为一道筒体的加固支撑 圈，它有阻止筒体径向变形的作用，即能够加强简体的径向刚度。 研究双层隔仓，必须充分考虑其功能、作业原理，再从筛分动力、过料能力、通 风能力等方面分析，最终确定理想的隔仓结构。 3 5 2 康必丹式筛分隔仓装置 属微介质型筛分隔仓，进料侧装有扇形粗筛板，相邻粗筛板之间缝隙为1 4 2 0 m ， 其后装有一层8 l o r e 筛缝的细筛板( 康必丹磨的筛板为2 m m ) ，隔仓板中心位置装有一个 中心卸料锥，粗筛板与细筛板距离为4 5 7 5 m 。支撑板为整体式结构，扇形衬板保护支 撑板不被磨损。 其工作原理是前仓物料通过粗筛板之间的缝隙，进入粗、细筛板之间的空间，随 着磨机的回转，细料穿过细筛板的筛缝落到扬料板上再被提升到上部，然后经过中心卸 料锥泻落到后仓，而通不过的粗料和研磨介质等也被类似于扬料板的小抄板带到高处， 再经过中心卸料锥返回一仓继续粉磨。 l 一粗筛板，2 一细筛板，卜导料锥，4 扬料板 图3 - 5 组合式隔仓板示意图 由图3 5 可知，进料侧装设带有大蓖孔的蓖板1 ( 粗筛板) ，其后还装有一层带有 约3 m m 蓖缝的细筛板2 。簿蓖板由钢板冲制而成，蓖板中心位置装有一个双向导料锥3 ， 蓖板1 与薄蓖板2 之间的空间很小，约为7 5 m m ，在薄蓖板与出料侧的蓖板之间有扬料 华中科技大学硕士学位论文 板4 。当磨机工作时，在第一仓中被粉磨的物料通过蓖板1 的蓖缝进入蓖板l 和薄蓖板 2 之间的空间，随着磨机筒体的回转，细碎物料穿过薄蓖板落到扬料板上，被扬料板提 升到上部，然后经过双向导料锥3 的出料端落到第二仓；而粗物料也被类似于扬料板的 小抄板带到高处，然后经过进料端的导料锥返回到第一仓，继续进行破碎和粉磨。这样 一方面有效阻止粗物料进入细磨仓，另一方面又提高了细碎物料在隔仓板中的通过效 率，有利于产品细度的控制和研磨体级配的合理性，提高了粉磨效率。 3 6 简体内衬板的布置3 6 衬板主要是用来保护简体，使筒体避免研磨体和物料的直接冲击和研磨；其次是可 以用不同形式的衬板来调整各仓内研磨体的运动状态。物料的粉磨过程是：第一仓物料 粒径较大，要求研磨体以冲击作用为主，研磨体应呈抛落状态。而细磨仓中物料较小， 要求以研磨作用为主，研磨体应呈倾泻状态。 一般的水泥磨机，第1 仓采用阶梯衬板；第2 仓采用波纹衬板或分级衬板，只能起 到提升或分级的单作用。为提高研磨效率，根据以往的磨机使用的经验，本次设计的 磨机在第2 仓设计成双阶梯衬板，在磨机的工作中对研磨体既起分级作用，又起提升作 用。这样的布置，一方面使研磨体提升到合理的高度；另一方面又对研磨体起到分级作 用，使磨内研磨体级配与物料颗粒大小相匹配，使分布更加合理，提高了破碎 和粉磨效率，非常有利于产品细度的提高。 3 7 水泥磨筒体有限元分析实例 下面以3 8 1 3 m 水泥磨为例，对于采用主轴承和中空轴支撑的磨机，在不同的 载荷作用下，对其筒体进行有限元受力分析“”。 3 7 1 巾3 8 13 l i l 水泥磨筒体有限元分析 长期以来，按照梁的传统理论来计算磨机的受力状态，首先将磨机筒体简化为简支 梁，然后按平面弯曲和扭转组合变形进行计算。由于磨机简体受力十分复杂，这种算法 与磨机的实际受力状态有很大出入；磨机简体有其自身的结构特点，简支梁理论不能很 华中科技大学硕士学位论文 合理的解释磨体的破坏情况，因此，不能很合理的指导设计。 现在，用有限元法来分析磨体的应力情况，能很好的解释这种情况。 3 7 1 1 筒体受力分析 1 简体基本尺寸 1 ) 简体外径：由3 8 9 2 2 ) 简体内径：书3 8 0 0 3 ) 筒体内侧长度：1 3 1 1 0 4 ) 筒体容积：1 4 8 6 8 2 4 6 9 6 7 5 姗3 5 ) 磨门尺寸：5 5 0 3 5 0 2 筒体部负荷的计算 n 入口端盖：9 4 0 7k g ； 2 1 出口端盖：8 7 2 0 蚝； 3 ) 简体：5 3 4 6 0k g ； 4 1 入口端衬板及其它：4 6 0 2 埏； 5 1 出口端衬板及其它：5 7 3 6k g ； 6 ) 简体衬板及其它：7 3 5 2 4 姆； 刀进料中空轴：9 8 4 7k g ； 8 1 进料套筒：1 8 2 9 l 唔； 9 ) 出料中空轴：9 8 4 7 培； 1 0 1 出料套筒：1 8 2 9 姆； 11 ) 双隔仓：1 0 1 8 0 k g ； 3 料重计算 钢球充填率为3 0 ，钢球的密度取4 5t m 3 ，简体的有效容积为1 2 8 。钢球重量 体有效容积，钢球重量为1 2 8 x 3 0 x 4 5 = 1 7 3 吨。物料重量：1 7 3 0 1 4 = 2 4 2 吨。 4 筒体等效密度的计算 由于在实体建模时，没有考虑简体衬板、端衬板及中空轴内部的衬套等，在施加重 2 1 华中科技大学硕士学位论文 力载荷时，需要把衬板的重量按等效密度加到套筒及端盖上，把中空轴内部的衬套等的 重量按等效密度) j n n 6 0 空轴上( 其所用材料的密度是7 8 5 0k g m 3 ) 。 各部分的等效密度为： 简体：1 8 4 7 0k g m 3 ，入口端盖：1 2 8 2 0k g m 3 ，出口端盖：1 3 2 2 0k g 一，进料中空 轴：1 0 2 6 6k g m ，出料中空轴：1 0 9 6 0k g 一 3 7 1 ，2 有限元模型的建立“ 1 实体模型的建立 在建模过程中，忽略了螺纹孔、小倒角、小凸台等一些对基本计算结果不构成影响 的要素；磨机实体中的焊缝及中空轴与端盖用螺栓的连接都按连续处理。这样既可以节 省很多计算资源，又对基本的计算结果不构成大的影响，使计算结果更准确。 依据已知的结构数据，在p r o e 三维建模软件中生成的实体模型如图3 - 6 。 图3 - 6 磨机简体实体模型图 2 有限元模型的建立 将建好的模型导入a n s y s 软件，将简体、端盖与中空轴连成一个整体进行单元的 划分：采用自动划分网格的方式。 由于筒体体积较大，筒壁较薄，其上有人孔门，整体来说形状是不规则的实体，因 华中科技大学硕士学位论文 此为了提高计算精度，整个磨机实体均采用三维实体单元s o l i d 9 2 划分网格。 s o l i d 9 2 是一个三维结构十节点四面体单元，每个节点具有三个自由度，支持塑性、 蠕变、膨胀、应力钢化、大变形、大应变功能，同时具有- 0 ：位移方程适合