过控专业毕业设计（论文）-静电分选机的机械与电器设计.docx

中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 杨帅 学 号： 06072923 学 院： 化 工 学 院 专 业： 过程装备与控制工程 设计题目： 1t/h静电分选机的机械与电器设计 专 题： 静电分选的发展现状 指导教师： 章新喜 职 称： 教授 2011 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 化工学院 专业年级 过控07-2班 学生姓名 杨帅 任务下达日期： 2011年3月1日毕业设计日期： 2011年3月1日至2011年6月17日毕业设计题目： 1t/h静电分选机的机械与电器设计毕业设计专题题目： 静电分选的发展现状毕业设计主要内容和要求： 主要内容：1 完成1t/h静电分选机的机械及电器设计 ；2 撰写一篇专题论文；3 专题论文翻译。要 求：1设计内容技术要求(1)了解静电分选的基本原理，并在此基础上完成对静电分选机的总体设计。(2)在总体设计的基础上完成对静电分选机的机械和电器设计；(3)论文符合中国矿业大学本科毕业设计撰写规范要求，计算机打印。2专题论文要求(1)论文内容必须与设计内容有关；(2)论文字数在30005000之间；(3)论文格式满足一般科技文献出版要求。3资料翻译(1)完成不少于3000字的规定英文资料翻译；(2)译文要求能够表达原意，语句通顺，文笔流畅。4 所有设计文件均采用计算机绘制或打印，同时提供电子文档一份。5 提交设计说明书、专题论文及专英翻译合订本一册院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日总 目 录第一部分：设计说明书第二部分：英语翻译第三部分：专题论文摘 要本次设计是关于高压静电分选机的机械与电器设计。这个设计主要包含四个部分内容：第一部分是理论文字内容，主要介绍高压电选机理，高压电选机类型；第二部分是静电分选机的总体设计，主要包括整机制造的方案，制造材料的选择以及机架间连接方式的选择；第三部分是机械设计，主要包括电磁振动给料机的设计,进出料部分的设计，分选部分的设计，动力部分的设计，传动部分的设计；第三部分是电器设计，主要包括变频器的选型，高压直流发生器的选型，以及控制柜面板的布置。关键词：静电分选机，设计，机械，电器ABSTRACTThis design is electrostatic separator on the mechanical and electrical design. The design mainly consists of four parts: The first part is theoretical text, mainly on high-voltage selection mechanism, high-voltage type of sorting machine; the second part is the electrostatic separator overall design, including machine manufacturing program, manufacturing The choice of materials and the connection between the choice of frame; the third part is the mechanical design, including the design of electromagnetic vibrating feeder, part of the design out of materials, sorting part of the design, dynamic part of the design, transmission part of design ; third part of the electrical design, including frequency selection, the selection of high-voltage direct current generator, and the control cabinet panel layout.Key words: electrostatic separator, design, machine, electrical appliance目 录0 绪论10.1选题的背景和意义10.2国内外研究的现状20.3静电分选原理简介30.4静电分选机简介40.5研究的方案的初步确定61 静电分选机的总体设计81.1总体设计方案81.2整机制造所用材料的选择81.3机架之间的连接的方式91.3.1设计焊接结构时应考虑的问题91.4 本章小结102 进料和出料部分的设计及有关参数的选择112.1 给矿斗的设计112.2电磁振动给料机的设计112.2.1电磁振动的概念112.2.2电磁振动给料机特点112.2.3电磁振动给料机的结构及各部分作用112.2.4电磁振动给料机的工作原理122.2.5电磁铁设计计算132.2.6电磁铁的选用142.2.7板弹簧的设计计算142.2.8板弹簧技术要求152.2.9给料槽的设计152.2.10电子振动给料机的安装要求162.3电选前物料加温的方式162.3.1给矿斗和给矿槽的加温设计162.4本章小结163分选部分的设计及相关参数的确定173.1分选滚筒的设计173.1.1分选滚筒材料及加工要求的确定173.1.2分选滚筒尺寸的确定173.1.3滚筒加温183.2.分选毛刷的设计193.2.1毛刷的基本要求193.2.2毛刷的作用193.2.3毛刷排数和转速的选择193.3 出料口的设计203.4本章小结214 动力部分的设计224.1动力机构设计224.2配套动力的计算224.3配套动力的选择244.4本章小结245 传动部分的设计255.1从减速器到分选滚筒的链传动设计255.2分选滚筒到毛刷的链传动设计275.3轴的设计与强度校核295.3.1轴的材料和热处理方式295.3.2初算轴的最小轴径295.3.3轴的结构设计295.3.4轴的强度校核295.3.5轴承的选用及寿命校核315.3.6润滑方式的选择325.4本章小结326 电器部分的设计336.1变频器的选用336.2高压直流发生器的选用346.3本章小结34总 结36参考文献37翻译部分38英文原文38中文译文49专题论文56致 谢65 中国矿业大学2011届本科生毕业设计 第65页0 绪论0.1选题的背景和意义电选从发明到现在广为应用只有一百多年的历史，开始是用简单的摩擦生电方法分选谷物中的杂质，此后逐步用于各种矿物的分选。自1958年后，全世界工业迅速发展，对各种矿产的需要量与日俱增，对精矿质量的要求也愈来愈高。近三十年来的生产实践证明，在许多情况下，特别是对某些矿物的精选分离，电选显示出其独自特点，有时可以解决其他选矿方法难于解决的难题，从而使电选得到很大的发展。现在的电选，从理论、设备和应用上比20世纪70年代以前都有新的进展，目前已被广泛应用于各个领域中，成为重要的选矿方法之一。据不完全的资料统计，全世界每年用电选处理各种矿物所得的精矿总量现已超过3000万吨。根据分选物料粒度和对产品质量的要求不同，电选设备已经发展到近40种。历史上最早发明的电选机及以后相当长历史时期内所发明的电选机，是采用摩擦生电的电选机，用于谷物的分选及少数矿物如黄金、石英、方铅矿、黄铁矿与其他矿物的分选。以后又发明了自由下落式电选机。直到1901年，美国H.M.苏通与U.L.斯蒂尔发明了筒式电选机，将电晕电场与静电场结合用于选矿，生产能力和效率才有了很大的提高，使电选进入了一个新的阶段，比原先各类电选机都有很大的改善。目前，全世界生产出的各种形式的筒式电选机都是在此基础上研制改进的。由于科学技术的发展，现在的各种摩擦电选机，应用范围比以前更为广泛。长期以来，电选有效分选粒度都大于0.1mm，若小于这一粒度则很难或无法分选，而现在完全可以分选小于0.1mm以至微米级的物料。其电选设备既有干事电选机，也有采用湿式介电液体的高梯度电选机。最大分选粒度可达23mm，对于薄片状的金属铝、铜、锡及塑料可达15mm左右。从电源来说，最早用的是摩擦生电，而后用较低电压（10-20kv）的电源，当时采用直流高压发电供电选机用。近20多年来，已改过去常使用的10-20kv，而是将高压直流电源提高到60kv，最高达100kv，采用高压硅堆或高压电子管整流成直流，供电选机使用。当前电选的应用范围正在不断扩大,这是由于电选不产生废水和带来环境污染。理论研究更加深入,对原有电选设备正在不断地改进,提高处理能力和分选效率。电选机的种类多达几十种,但在分类上则各不相同,有的按电场的特征分类,有的按结构型式分类,有的按给矿方式分类,也有按分选粗粒或细粒分类。按矿物带电方法分为接触传导带电电选机和电晕带电电选机以及摩擦带电电选机;按结构特征分为鼓筒式电选机、带式电选机、圆盘式电选机和摇床式电选机以及振动槽式电选机;按分选粒度的粗细可分为粗粒电选机和细粒电选机。在国内外生产中90%以上使用的为鼓筒式电选机(小直径者也称为锟式),之为自由落下式及筛板式电选机,其他形式使用并不普遍。目前世界各国研究出的其他形式电选机的种类也很多,比如自由落下式电选机、电场摇床、回旋电选机和板式电选机等。电选在工业上的应用始于1908 年，此后有相当长一段时期并无多大进展，但在五十年代末期，特别是近二十多年来，却有了新的发展，得到了更为广泛的应用，主要是由于工业的迅速发展，对各种矿物原料的需求量日益增长。例如，由于国防工业和其他工业的发展而需要钛量不断增加，因此就大量开采和利用海滨砂矿中的钛铁矿、金红石和原生钛铁矿。为了提高钛铁矿精矿品位和降低其中有害杂质二氧化砖和含磷矿物，电选是最为有效的方法；经重选后的白钨锡石粗精矿，用重选、浮选和磁选都无法分开，而电选则是最为有效的方法；现在高炉冶炼中，如何降低铁精矿中二氧化硅的含量，提高铁精矿品位，从而可提高高炉利用系数，节约燃料和能耗，电选也已证明是行之有效的方法。加之电选是干式作业，不产生废水和对环境污染等问题，故也日益为人们所重视和不断扩大其应用范围。据各种资料报导和统计，西方资本主义国家和其他各国每年用电选生产出来的精矿量估计在三千万吨以上。例如现在一些主要西方国家每年生产锆英石近七百万吨 ，钛铁矿金红石近五百万吨，钾盐近七百万吨，这些都是用电选生产出的最终精矿。电选的研究也日益引起人们的重视，长期以来都只是一般的定性研究，现在也已转向定量的研究。在设备方面除继续研制新型电选机外，特别重视研制适于处理细粒的有效新设备，并对原有各种电选设备不断地进行改进，以提高效率和处理能力。目前电选机的单台生产能力已达到3050t/h，比过去有了很大的提高。细粒电选仍然是引人注意和重视的重要课题。前苏联、加拿大及意大利等国对细粒的电选比较重视,并进行了不少的研究,也先后发表了一些论文。细粒分选一直是目前的实际难题,虽然研制成功的半工业试验的设备已有多种,但大多未能在工业上应用。电选前矿物的药剂处理是有希望的一种途径。对各种矿物特别是难选的希贵矿物,采用药剂处理,改变其导电性质,有助于提高分选效果。如有些矿物用很少药剂处理后,其导电性增加,有的则减少,从而能使两者分开。这些还有待进一步开发和利用。介电分选可能会有发展并应用于工业生产。介电分选有助于解决两种矿物均属非导体,但两者的介电常数又有较大差别的矿物分选问题。按照介电分选理论,完全有可能发展并解决过去那种电选只能分选导体和非导体矿物的传统办法,摩擦电选近年来在磷矿石分选上研究得较多,对其可能有发展前途。电选理论有待进一步研究和发展。总的来看，电选理论还远远不能适应实际的需要,特别是电场的计算、微电荷的测量等等,这些都有待于进一步研究,尤其是定量的研究,这样会有助于电选的发展和应用。在最近20年内,研究的方向是开发出一种分选细粒矿物(-40um)的电选工艺。新一代电选机(STI电选机)可用于选别1um的细颗粒。0.2国内外研究的现状由于电选在选矿中日益为人们所重视，长期来，各国学者对矿物在电场中分选的理论进行了大量得研究，但多数只能是一般的定性分析，难以得出定量的理论，这主要是与许多因素有关，一是矿物的分选是在两极（即正极和负极）距离很小的而电压又很高的空间进行，采用的电场又有静电场和电晕电场，电场的测定和计算存在着一定的困难；另一个重要的因素是矿物本身的电性质和其他机械力的作用的影响等等。但近十多年来，人们进一步在这方面进行了不少的研究，已逐步转向深入，由定性的理论分析转为定量的研究，已取得了一定得成果。目前研究最多而较深入的原理，大多数集中在鼓筒式高压电选机。这主要是因为世界各国（如苏联、美国英国和西德等国）在生产中使用的电选机仍以此种型式占绝大多数。我国也完全是使用鼓筒式电选机，本文所指的电选过程的理论，也是以此为根据。 美国R.G.Mora 从电学的基本理论出发，研究矿物在电晕电场和静电场中的充电和放电过程，解释了分选的机理，对高压电选理论的发展有很大的影响。在电晕电场和静电场中，他对导体和非导体矿粒进行了比较形像的分析矿粒在电场中受到传导感应带电、电晕带电和接触带电三种带电效应的共同作用。导体矿粒与非导体矿粒有着完全不同的充放电过程，非导体矿粒从电晕区到静电场区，其电荷符号不变，即带有与高压负电电极极性相同的同种电荷；而导体矿粒在电晕区内其电荷符号与非导体矿粒相同，但进入电场后，其电荷极性（亦即符号）将发生改变，这个转变时间很短暂。由于导体矿粒介电常数比非导体矿粒大，从这一点说，它获得的最大电荷比非导体大，但由于导体矿粒的电阻小，因而实际上当电荷达到平衡时，导体矿粒上的电荷就比非导体要小，可以从Mora之图形比较。法国J.F.Delon在Mora的研究基础上，进一步发展了高压电选理论。他更加突出了矿粒电阻的重要性，认为电选时存在着一个电阻临界区，只有当两种矿粒分属于此临界区外的不同电阻区时，才有可能顺利地分选；而当其中一个属于临界区时，分选效果不好；当两种矿物属于同一个区时，就不能分选。这时只有人为地改变表面状态才有可能进行分选。他的这些观点是正确的。在近期内，苏联对鼓筒式高压电选机的理论研究较多，他从电动力学的观点，对矿粒的荷电的过程作了仔细的研究，得到了一些观点。他认为，粒子一落到鼓面电场中，不论粒子电性如何，作用于粒子上的电力都是指向电晕极的，这是因为在未接受电晕电流之前，矿粒就发生了极化，这种极化十分迅速，只要很短的时间即可完成。这时所有矿粒均企图脱离鼓面，无疑会使分选指标下降。因此，在电极布置中应使矿粒一落到鼓面就受到电晕电流的作用，且得出作用在平板状矿粒上的电力大于等轴矿粒所受的电力。0.3静电分选原理简介图0-1 静电分选原理图电选过程实际上是由矿物带电和分选两个环节组成的，而两者的关系又非常紧密，除摩擦电选时，矿粒是经过摩擦荷电，然后进入高压电场分选，明显地分为两个步骤外，在大多数情况下，矿粒的荷电与分选几乎是同时进行的。矿物带电(或荷电)又与矿物本身的电性质(指矿物介电常数或比电阻大小)密切相关，因而矿物的电性质是决定矿物能否进行电选的最根本依据。导电性较好的矿粒(介电常数12者)通过接触传导、感应及电晕带电方式而带电。采用高压静电场分选时，不论矿粒与高压静电极接触或相距有一定距离，导电性差的非导体矿粒只能在电场中极化而不荷电；在电晕电场中分选时，导电性差的矿粒也可获得来自电晕极放出的电荷而荷电，但其所获电荷比导体矿粒要少，由于其比电阻大、导电性差，所获电荷又不能立即经接地极传走，且留存于矿粒表面。导电性好的矿粒则完全与之相反，如与带高压静电极接触瞬即带上与电极符号相同的电荷，如与带电极相距有一定距离，则受感应而带与电极符号相反的电荷。采用电晕极与静电极相组合的复合电场时，总是电晕极在前，静电极在后，导电性良好的导体矿粒与导电性差的非导体矿粒在电场中的运动行为则完全不同：导体矿粒吸附电荷量虽然较多，但瞬即(14011000s)经接地极传走其电荷；至于非导体矿粒，它们与接地极产生镜面吸力，并随即受到与之同符号的高压静电极的排斥作用而紧吸于接地极，虽然也同时受到重力及其他机械力作用，但镜面吸力及电斥力远远大于其他综合力，故不会脱离接地极而随之运动。导体矿物传走电荷后，瞬即受到高压静电极的感应而带与电极符号相反的电荷，受异性电极的电力吸引而朝电极方向运动，加上重力及其他机械力的综合作用，必然脱离接地极。显然导体矿粒与非导体矿粒的运动轨迹完全不同，以此即可实现分选。0.4静电分选机简介 （1）双辊电选机图0-2 双辊电选机图设备构造如图 所示。它由主机、加热器和高压直流电源三部分组成。物料经分选后，所得精、中、尾矿（或称导体、半导体、非导体）的质量、数量除通过电压、转速等调节外，还可通过调节分矿板的位置来调节。每个辊可分出三种或两种产品，对全机来说，则可分出五种产品，调节分矿板可使第一辊的精、中、尾矿再选，经第二辊又可分出三种产品。该设备的优缺点:1）设备采用了复合电场，提高了分选效果（相对于纯电晕和静电场）； 2）设备结构比较简单，不需特殊材料，易于加工制造；3）有上下两个辊筒，下一辊筒可再选上一辊筒的任一产品，且辊筒较长，处理量也较大；4）设备经多年生产证明，运转可靠，操作简单。但该机也存在不少缺点：1）电压太低，额定最高电压22kv，故应用范围和效果就受到了很大的限制；2）辊筒直径太小，从而电场作用区太小，不利于导体与非导体矿粒的分选；3）辊筒无加热装置。实验证明，辊筒不加温，严重影响分选效果；4）电极（包括电晕极和静电极）相对于辊筒的角度很难调节，又无标记，难以区别。（2）DXJ高压电选机图0-3 DXJ高压电选机国内外的生产和研究表明，电选机的电压太低，使得不少矿物难以或不能分选，另外理论和实践都表明，鼓筒直径太小时，很不利于分选。基于上述分析，我国于1971 年研制成功了这种高压电选机，随后在国内有色和稀有选矿厂中推广应用，取得了显著的效果。优点：1）电压最高能达60kv，从而增加了电场力，也提高了分选效果，扩大了应用范围。例如，在低电压下，钽铌矿无法电选，白钨锡石的分选效率也很低，用这种高压电选机都能有效地分选，突出地表现在只经一次的分选效率高；2）采用了多根电晕极与静电极相结合的复合电场，增加了矿粒通过电场荷电的机会，从而可提高分选效果。此外，极距和入选的角度有调节装置，有利于多种矿物的分选；3）采用转鼓内加温，使鼓筒表面温度保持在5080度，可提高分选效果；4）鼓筒转速采用直流马达无级变速，调节灵活方便；5）毛刷采用螺纹形式，比固定压板刷优越。缺点是只有一个转鼓，多次分选时需要返回中矿不便。（3）三鼓筒式高压电选机此种型式电选机与上述两种不同处，主要是采用了三个直径较大的鼓筒。该机的鼓径为300 mm，长2m，工作电压50kv,（击穿电压80kv），最大电流50毫安。它的优点是电压高，处理能力大，可达.30t/h左右。电极结构的特点是只用电晕极而无静电极。由于从上而下有三个转鼓，故可在第一鼓筒分出的导体、非导体和中矿进一步在第二或第三鼓筒上精选或再精选。图0-4 三鼓筒式高压电选机(四) 三鼓筒式高压电选机此机为美国Carpoo公司生产的一种新型高压电选机，共有6个鼓筒。第一个鼓筒分出的三个产品可送到第二个鼓筒再选，这样可进行多次分选。采用三鼓筒并列用高压电源的方法安装。这种电极结构可从电极向鼓筒表面产生束状电晕放电，提高分选效果，加之高压电源可用正电或负电，电压最高可达40千伏。采用大鼓筒，直径有200、250、300 和350mm 等多种，特别是研究型还可更换鼓筒，用直流马达传动，可无级变速。处理量大，据报导，每厘米鼓筒长每小时可达18kg，现在许多国家采用此种型式电选机。加拿大瓦布什选厂每小时处理量达1000t的高品位铁精矿。在瑞典每年生产100 万吨高品位铁精矿，都采用此种型式电选机。0.5研究的方案的初步确定 以上的文献综述中可以看出，前人虽然已经做了大量的工作，取得了许多非常有意义和有价值的成果，但也存在一些问题和不足，有待于进一步的研究。本设计的目的是在总结前人研究成果的基础之上，针对结构不足之处及给料均匀性的问题，围绕提高分选效果和优化装置，并针对分选过程中存在的问题，给出解决的办法。主要设计内容包括以下几个方面：（1）通过对分选滚筒电磁场的理论分析和学习，了解静电分选的机理；（2）通过理论分析和计算，确定静电分选机各主要部件的参数，选择滚筒的材料和尺寸型号，为分选机的设计奠定基础；（3）通过对分选筒简化模型的建立，对轴进行设计和校核，并选择与滚筒相匹配的动力部件；（4）通过对分选设备参数的计算，绘制分选机的装配图和零件图。1 静电分选机的总体设计1.1总体设计方案静电分选机的整体设计主要包括整体结构各部件、零件的安装和配合，焊合机架的结构形式，完成机器的总装图设计。总装图如下所示：图1-1 静电分选机总装图静电分选机的整机设计是至关重要的。其好坏关系到机器的性能、造价高低、外形美观与否等。此设备分成几大部分，包括电磁振动给料机、分选滚筒、出料装置、高压电极、机架等。他们之间的装配及机架焊合是设计的关键。料斗用支架固定在支撑板上，料斗下是振动给料机，振动给料机的板弹簧下端固定在支撑板上，上端固定在给料机的给料槽上。上支撑板用角钢支撑，连接是焊合。滑槽用螺栓和角钢机架连接固定。机器的支撑板和机架连接，支撑板上固定有分选滚筒和高压电极绝缘支架，电机和减速器的支撑架固定在侧面箱体上，连接是焊合，支撑腿和机架连接是焊合。1.2整机制造所用材料的选择（1）进料斗、振动喂料槽、滑槽的选材：选用优质碳素结构钢薄钢板 （GB71088）钢牌号 08 厚度 1mm该型材用于汽车制造、拖拉机、轻工普通冲压成型型材，由于上述部件的承力不大，考虑到造价，选用易于锻造成型的薄钢板。（2）箱体和支撑板的选材：选用热轧钢板（GB70988）公称厚度 10mm。.该型材主要用于受高温高压的民用及工业用途的锅炉，由于该部位承受了料斗和吹风机的重量，故在强度上有一定要求，所以选用较厚的耐温耐压的钢材料。（3）底座材料选用：选用角钢热轧钢板（GB70988）公称厚度 16mm该型材主要用于受高温高压的民用及工业用途的锅炉，由于该部位承受整个系统的质量，所以选用与以上材料相同但厚度最大的钢板，以使整个系统有稳定结实的底座，让系统可以安全可靠的工作。（4）支架用角钢的选用：选用热轧等边（肢）角钢（YB16665）型号 6.0该型材主要用于结构构件中的受力钢筋以及各种构件的箍筋和构造角筋，作为支撑和传递质量的架构，此处选用这种型号的角钢合适。（5）支架用槽钢选用：选用等边弯曲槽钢（YB9863）型号 8.0 、10.0该型材主要用于结构构件中的受力钢筋以及各种支架等，作为支撑和传递质量的架构，此处选用这种型号的角钢得当。1.3机架之间的连接的方式机架之间用焊接或螺母连接。螺栓的选择根据所连接部件或零件的工作要求和所受力的大小进行选择。整机结构中，焊接结构很重要。本机器中焊合部件很多。如支撑架包括电磁振动给料机的支撑板和机器底座之间用角钢连接就是焊接。电机和轴承支架与底座之间的连接也是焊接。进料斗支撑和上支撑板之间用槽钢连接还是焊接。所以用如此多的焊接结构，因为焊接结构有如下特点：（1） 接头形式合理化，应力集中系数可以降低。（2）能有效的发挥原材料的性能，改善机器性能，节省金属、减轻重量。（3）水密性和气密性好。（4）设计自由度大，壁厚不受限制，可根据承载情况确定结构单元尺寸。（5）生产周期短，经济效益高，利于不断改型和创新。1.3.1设计焊接结构时应考虑的问题（1）焊接性。设计焊接结构中，选择材料在满足使用性能的要求前提下，应该选用焊接性能较好的材料。一般碳钢的焊接性能优良，由于材料焊接性还受结构刚度、焊接应力状态、环境条件等因素的影响，在必要时还要做焊接性试验。（2）结构刚度和减振能力。一般的钢材的强度和弹性模量都比铸铁高。而减振能力却很低。当用焊接结构代替对刚度和减振能力有较高要求的铸铁件时，必须考虑刚度和振动。必要时应该在设计中采用增大刚度和提高减振能力的措施。（3）应力集中。焊接结构截面变化大，过度区较急陡，圆角小，设计不当容易引起较大的应力集中。（4）焊接参与应力和变形。拉伸残余应力降低结构的刚度，压缩残余应力提高疲劳强度。残余应力的释放容易引起零件尺寸、精度变化也会影响使用性能和使用精度。为此需合理设计结构尺寸，接头形式及焊缝的合理布置。（5）接头性能的不均匀性。焊缝及热影响区的成分、组织和性能都发生相应的变化，故在选择焊接材料、预定焊接方法、制定焊接工艺时，应保证焊接接头性能达到和满足设计要求。1.4 本章小结通过对整机的设计方案制定，结构的合理安排，零件之间的安装配合，初步形成机器的总装配关系，绘制总装图。为以后的进一步详细设计打下基础。静电分选机的整体设计既要满足分选精度要求，结构工艺性好，还要使机器结构简单，体积不是很庞大，造价低。这样才能符合现代化的机械设计。2 进料和出料部分的设计及有关参数的选择2.1 给矿斗的设计 进料斗的作用是缓冲、存料，以确保连续正常的生产。进料斗的设计容量一般选为约20-30min缓冲量，材料用优质碳素钢薄钢板制作。料斗的长宽厚尺寸应与分选机的总体结构相称，使机型美观大方。2.2电磁振动给料机的设计2.2.1电磁振动的概念电磁振动给料机是一种新型给料设备，在水泥、矿山、冶金、煤炭、化工、陶瓷、粮食，电力等工矿企业中已被广泛地应用。电磁振动给料机的给料槽是采用钢板或者合金板材制成，整个设备没有旋转部件和润滑点，输送物料的给料槽电器部分较远同时容易绝热。它适合把块状及粉末状物料以贮料仓或漏斗中连续均匀或定量地给到受料装置中去与电子秤或微机配料等设备配套，且便于电脑联控，在中小型机器中应用广泛，是实现生产自动化最为理想设备。也可以单独工作送料稳定，不用专人看守和配合各种振动筛作振源的理想设备。2.2.2电磁振动给料机特点（1）节能高效，使用简单，投资少，体积小，重量轻，维修方便；（2）无转动零件，不需轴承、减速机构，不需润滑油等；（3）耗电量少，启动电流小，噪音低； （4）给料槽磨损小，适用于输送磨损性大的物料； （5）输送量或给料方便，若与电子秤或微机控制等，设备配套实现自动控制；（6）激振器启动后振幅瞬时即时可达到稳定数值，同样在停车时振幅瞬时消失，这样可提高自动控制的准确度，同时给料机可在满负荷情况下直接启动。2.2.3电磁振动给料机的结构及各部分作用电磁振动给料机由给料槽、电磁振动器、隔振器、电源这几部分组成。给料槽是支撑部件，通常用钢板焊接而成。它利用振动器传递的振动将料斗中的物料均匀连续的给到下一步工序。电磁振动器是振动源，将产生的振动力传递给给料槽。主要由连接叉、板弹簧、衔铁、铁芯、线圈以及壳体等几部分组成。隔振器的主要作用是将振动机所产生的动载荷与基础隔绝或减弱以降低基础的动负载和噪声。图2-1 电磁振动给料机2.2.4电磁振动给料机的工作原理 电磁振动器中采用交流电磁铁，交流电经晶闸管整流，变为半波脉动电流后输给振动器电磁线圈，这是电磁铁便产生一个变电磁力，当电磁力大于弹簧力时，则产生变形并蓄能。当电磁力小于弹簧力，弹簧将储存的能力释放并恢复变形，直至下一个周期。利用共振扩大原理使振动系统的固有频率与强迫振动频率调谐，这样得到的双质体谐振系统便可用较小的激振力获得较大的振幅。（1）设计给料槽送料截面改变的实现在结构和动作上不难实现。本设计中此机构采用齿轮齿条啮合传动带动板闸上下移动，改变开口大小，从而改变送料截面。结构是闸门板两端各焊有一尺条，各和一个直齿圆柱齿轮啮合。齿轮用紧钉螺定固定在一根轴上，轴的一端有调节手轮。旋动手轮使轴转动，带动齿轮转动，使齿条做直线运动，从而闸门板上下做直线运动。（2）物料输送速度改变的实现涉及电磁振动给料机的基本原理。物料输送速度与激振频率f成反比，与给料槽的振幅a1 平方根成反比。f改变导致震动系统调谐值Z的改变，从而工作偏离共振区，降低工作效率能或工作稳定性变差。所以只有调整给料槽振幅a1 来调整物料输送速度才是切实可行的。由电磁铁振动公式：（2-1） 其中， f给料槽激振频率；给料槽振幅；交流电源电压，V；电磁铁线圈匝数；系统固有频率，Hz；S刺激总面积，.当给料机既定，除a1和U以外，所有参数均为常量。有上式可见，U与成正比。由物料输送速度公式：（2-2） 其中，物料输送速度；修正系数，输送不同物料具有不同的系数，这里取0.85；振动角，一般取20度；给料槽振动频率，为50Hz；重力加速度，；物料运动周期与槽体振动周期之比，这里是整数1；K回复系数，系统回复力和系统位移的比例；阻尼系数，由物料运动所引起。可见，物料输送速度，与也成正比。所以，物料输送速度与交流电压U成正比。由此，调整交流电源电压即可实现物料输送速度的调整。2.2.5电磁铁设计计算根据静电分选机的生产率，每小时1吨，取中间量1000公斤/时，可知电磁给料机的单位时间输送量为0.28Kg/s.精给料时，给料槽开度（即物料层厚度）取1.5mm为宜。输送速度可由下式计算：（2-3） 其中，Q物料层单位时间输送量，Kg/s,这里取0.28Kg/s;R物料密度，约为S物料层截面，按照设计，约为代入公式： 将计算结果代入阻尼系数关系公式: 其中， 物料输送速度；修正系数，输送不同物料具有不同的系数，这里取0.85；振动角，一般取20度；给料槽振动频率，为50Hz；重力加速度，9.8m/s2 ；物料运动周期与槽体振动周期之比，这里是整数1；阻尼系数，由物料运动所引起。= =0.687当=0.687时，抛弃指数T=1.19代入抛弃指数公式： （2-4） 1.19=Ksin20 K=3.48再代入回复系数公式： （2-5） 初步选择MQ1系列电磁铁：电磁铁谐振指数Z一般在之间为宜，这里取0.90，代入：Z=f/f0=0.9 f0=50/0.9=50，得到固有频率f0=55.55Hz电磁铁的铁芯截面为，线圈匝数=1417， =3.56Kg将以上数值代入公式 2.2.6电磁铁的选用通常作为电磁铁设计依据的主要设计参数和工作参数有：（1）额定工作行程c (2)额定工作行程下的电磁吸力Fc（3）机械反力特性（4）电源电压（5）动作时间与返回时间（6）灵敏度（7）功率损耗上面已经大致选定系列，这里再计算出电磁铁的电磁吸力，然后选择合适型号的电磁铁。根据代入电磁力计算公式： =根据计算结果，设定电磁铁额定吸力为3Kg,故选择型号为MQ1-3L的电磁铁。2.2.7板弹簧的设计计算 板弹簧用金属薄板制成，利用板片的弯曲变形而起弹簧的作用。主要用于载荷和变形均不大，要求弹簧刚度较小的场合。板弹簧因用途各异而制成各种形状。按外形有直片和弯片等；按板片形状有长方形、梯形和阶梯形等；按板片数量有单片和叠片等。在本次设计中，选用单片长方形直板板弹簧，并用螺钉进行固定。 板弹簧在不承受载荷时，其曲率不大。因此计算时，可按直板考虑。同时钢板的变形（挠度）与其长度的比值很小，可认为变形过程中载荷的作用方向不变。板弹簧所用钢材一般选用60Si2Mn。(1)板弹簧刚度公式： （2-6）其中，K弹簧的片数，这里取K=1； b板弹簧的宽度，b=20； h板弹簧的厚度，h=3； l板弹簧的有效长度，l=100； E弹性模量，E=2.1X104N/mm2 a压不紧系数，a=1.25将数据代入公式： (2)校核弯曲应力公式：（2-7） 其中，=2a1=2X0.000346=0.000692m=0.692mm 许用弯曲应力（N/cm2）,推荐值=1100N/cm2将数据代入公式： ，满足要求。2.2.8板弹簧技术要求(1) 板弹簧经过热处理后，硬度为HB375444。(2)板弹簧片的金相组织应为回火屈氏体，并应符合有关金相图谱的规定。(3) 板弹簧每边总的脱碳层深度不应超过以下规定表2.1 脱碳层规定指数弹簧厚度（毫豆）脱碳层深度（%）82.5(4)弹簧片不应有过烧、过热，裂纹、氧化皮、麻点、损坏等缺陷，接触面不得有毛刺。(5)钢板弹簧片的横向扭曲量，以安装中心为基准，测得的偏差不大于钢板宽度的0.8%。2.2.9给料槽的设计图2-2 给料槽为了使物料能够均匀的散开，本设计给料槽上布置了多个三角形挡板，使物料在料槽宽度方向上尽可能的分散均匀，充分利用分选滚筒的长度，达到良好的分选效果。具体布置如上图所示。2.2.10电子振动给料机的安装要求电磁振动给料机是由电磁铁驱动振动器产生振动，使物料形成层流。所以频率和振幅的设计是关键，既要保证震动效果还要减小噪音。一台设计好的振动机械，振动质量基本上是固定的，影响振动参数特性的因素主要取决于系统的调谐指数和物料运动所引起的阻尼系数。为了利用接近共振时所产生的较大振幅，必须是铁芯和衔铁之间有较大的空气间隙。可是，因为电磁力是和气隙平方成正比的，也就是说气隙越大，电磁力越小。因此选择在合理的调谐指数下工作的给料机能利用共振放大振幅，使其稳定输送物料。振动系统的调谐：所谓振动系统的调谐就是调整振动系统固有频率使其趋近强迫振动达到谐振。电磁振动给料机的谐振工作点选择在低临界谐振区工作，其谐振指数f/f0=0.850.95,f为强迫振动频率（Hz），f0为振动系统的固有频率（Hz）。根据公式可知改变振动系统弹簧刚度或振动系统质量都可以使固有频率改变。但是机械零件加工后其质量很难改变，所以通常利用改变弹簧刚度的方法调整振动系统的固有频率，从而达到调谐的目的电磁振动给料机的安装方式为座式。给料槽呈水平，可满足给料均匀以及一定精度要求。安装时应当使给料槽和振动器在振动方向上自由运动，而不应有任何约束。（1）在给料机安装时，通常是整体安装，也就是不拆卸振动器。（2）安装后，不论给料机的料槽是水平还是倾斜，横向都应该保持水平。2.3电选前物料加温的方式对于物料给入电选前的加温，以前采用的各种方法都有许多缺点：如在矿斗中安装加热器，物料加温时产生的水蒸气难以排出，使物料形成团块；其次是加温不均匀，靠近加热器的物粒温度高，甚至超过加温温度，远离加热器的物料温度低。英国制造的电选机，只在矿斗排矿处安装一根电加热器，难以保证物料加温要求。实践证明，纯粹靠给矿斗内加温，上述缺点难以克服。2.3.1给矿斗和给矿槽的加温设计本设计在给矿斗处安设电加热管,预先进行一段时间内的加温，然后在给矿槽下再加温，效果最好。给矿槽下加温时，要求给矿槽稍长，以便物料有足够长的时间被加热。2.4本章小结本章主要是对分选机进料和出料部分的结构进行设计，其核心是振动给料机的设计，此外还通过比较内加热外加热两种方案确定了物料在分选前和分选时的加热方式，为下面分选部分的设计奠定了基础。3 分选部分的设计及相关参数的确定分选滚筒是整个静电分选机的关键部件，它的合理设计是保证分选取得较好效果，并使机构的尺寸最小，以及动力消耗最小的关键所在，分选滚筒的设计主要包括分选滚筒材料的选择及加工要求，分选滚筒尺寸的确定，及筒内加温装置的确定。3.1分选滚筒的设计3.1.1分选滚筒材料及加工要求的确定采用大型无缝钢管，经加工后外表镀以耐磨硬铬，硬铬厚度为2m左右。镀硬铬的目的主要是利用铬镀层的高硬度、耐磨性及抗腐蚀性，以提高机械零件的耐磨性和修复被磨损机件的尺寸等。镀硬铬由于要获取较厚的镀层，因此在实际操作中与装饰铬有较大的差别，这些差别主要表现在以下几方面： (1)相当多的零件是局部镀硬铬，不镀之处要绝缘，绝缘材料要求附着力好、镀后易剥离、耐铬酸腐蚀； (2)镀硬铬有三分技术，七分挂具的说法，可见挂具设计十分重要，要充分注意导电截面积，尽量减少电能损失，防止局部过热； (3)常采用中等偏低的温度和尽量应用大电流密度，以获得高硬度和高沉积速度； (4)由于镀液分散能力和覆盖能力差，必须注意应用辅助阴极和仿形阳极； (5)镀硬铬厚度一般为2m50m，特殊耐磨镀铬为50m300m。修复磨损零件往往需镀800m1000m，通常还要进行镀后除氢和机加工。镀铬溶液分散能力和覆盖能力差、使用电流密度很大、镀层厚且需施镀时间长。所以欲获得厚度均匀的镀层必须设计适当的夹具，并配合适当的辅助阳极、保护阴极和绝缘屏蔽等措施。夹具的结构应根据零件的形状、大小及复杂程度而定。夹具用材料必须在热铬酸溶液中不溶解，也不发生其他化学作用。夹具的导电部分应有足够的截面积，应按照各种材料的导电率选择截面积。要求加工时表面无沟纹，镀铬后表面磨光，便于微细粒矿粒从筒面刷下。对于滚筒加工有严格要求，偏心度不得超过1mm，否则会使电晕极及电晕极时而靠近筒面，时而远离筒面，电场不稳定，导致分选效果时好时坏。3.1.2分选滚筒尺寸的确定滚筒外径的大小，影响筒面的曲率及分选区长度。小直径的滚筒曲率大，大直径的滚筒曲率小，因而前者的分选区短，而后者的分选区长。由于小直径滚筒的曲率大，其电晕区分布范围比大直径的小。矿粒通过大滚筒电晕区时所获得的电荷比小直径的要大得多。实践表明，采用大直径的滚筒有利于提高分选效果。查阅机械设计手册，我选择直径为325mm的不锈钢无缝钢管，壁厚为8mm。转筒的长度决定了分选机的工作能力，因而，转筒长度的确定需要根据生产率和要加工种子的尺寸来确定。下面通过对生产率与各因素的关系的理论推导来确定转筒的长度值L。 设物料的平均直径为d(m)，千粒质量为w(g/1000粒)，转筒长度为L(m)，转筒半径为R(m),转筒转动的角速度为w(ard/)s，要求精选机分选该种子的生产率