JX04-084@φ2.4×11M球磨机总体及筒体设计
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机械毕业设计全套
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JX04-084@φ2.4×11M球磨机总体及筒体设计,机械毕业设计全套
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1 1 前言 建材产品的生产，从原料、燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨，其 目的是使物料的比表面积增加 ,以提高物理作用的效果及化学反应的速度 ,如促进均匀混合 ,提高物料的流动性 ,便于贮存和运输 ,提高产量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品 ,其磨碎的粒度越细 ,比表面积越大 ,则水泥的标号就越高。改善和提高产品的质量和数量 ,减少动力消耗 ,降低生产成本 ,即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。 球磨机不但在建材工业中广泛应用，而且在冶金、选矿、化工、电力等工业中也广泛采用。它的优点是物料适应性强；粉碎比大；适应强；结构简单 、坚固、操作可靠，维护管理方便，能长期连续运转。缺点是工作效率低；体形笨重；磨机转速低；研磨体和衬板的消耗量大；操作时噪声大。 本课题源于 大志环保科技有限公司，课题为 2.4 11m 球磨机，本人主要承担 2.4 11m 球磨机的总体及筒体部分的设计 。技术性能：生产能力达到42t/h。 技术要求：机械设计应保证其功能良好、使用可靠、维护方便；零件结构设计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好的工艺性。 本课题着重解决的问题是正确选择粉磨工艺系统，合理设计磨机的回转部分，提高粉磨效率 ，最大幅度达到高细、高产和低能耗运转。 设计思路：首先进行总体设计，确定磨机主要参数、磨机回转部件各主要部件的结构参数并进行强度校核，改进型高效筛分隔仓板，改进型磨尾出料装置，挡料装置。 预期成果：达到所要求的技术性能，解决磨机粉磨效率低下，能量利用率低等各种问题，降低水泥的粉磨电耗，提高水泥企业效益，同时也符合国家对水泥产业结构调整的要求，即节能利废。 nts 2.4 11m 球磨机总体及筒体设计 2 2 粉磨工艺系统 2.1 粉磨 2.1.1 粉碎的意义及分类 用机械方法或非机械方法克服 固体物料内部的内聚力而将其分裂的过程称为 粉碎。粉碎包括破碎和粉磨，大块物料破碎成小块物料称为破碎：小块物料磨成细粉称为粉磨。相应地完成这些作业的机械，称为破碎机械和粉磨机械，或统称为粉碎机械。粉碎作业的分类见表 2-1。 表 2-1 粉碎作业的分类 粉 碎 破 碎 破 碎 碎至 100mm 中 碎 碎至 100 30mm 细 碎 碎至 30 3mm 粉 磨 粗 磨 碎至 3 0.1mm 细 磨 碎至 0.1 0.06mm 超细磨 碎至 20 5 m 物料经粉碎后，比表面积增加，可提高化学反应速 度和物理作用效果；几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果；物料经粉碎后，便于干燥、传热、贮存和运输；物料经粉碎后，还可用于材料科学，环境保护和选矿等部门。 在建筑材料生产中，粉磨作业是很重要的过程。粉磨作业的情况直接关系着产品质量和产品成本。 2.1.2 粉碎比及粒度表示 粉碎比是指粉碎前后物料的平均粒径之比。它表示物料粒径在粉碎过程中的缩小程度，是评价粉碎过程的技术指标之一。对破碎而言，称为破碎比，它是确定破碎系统和设备选型的重要依据。由于各种粉碎设备的粉碎比各有一定的范围，若要求物料的粉碎 比较大，一台粉碎机难以满足要求时，就要用几台粉碎机串联粉碎，这种粉碎过程称为多级粉碎。第一级的进料平均粒径与最后一级的出料平均粒径之比称为总破碎比 i 。 i 等于各级破碎比ni的乘积 i =1i 2i ni(2-1) 粉碎过程中，各种粒径的物料组成了混合体，这种混合体称为颗粒群。颗粒群的平均粒径，通常用质量平均法测算。步骤如下： 首先，取有代表性的试样，用套筛以筛分法把物料分成若干粒级，并用以下方法分别求出各粒级物料的平均粒径md；设相邻两级筛子的孔径为id(大孔筛 )和1id（小孔筛） ,则该两级筛之 间颗粒群（既小于id且大于1id的颗粒群）可用算术平均粒径表示为md=( id+ 1id)/2,得到1md、2md、3md、mnd。其次，分别称 出物料的质量，得到 1G 、 2G 、3G、nG。最后，求出颗粒群的平均粒径mD。 筛分所得的粒度级数越多，算得的颗粒群平均粒径越准确。 nts 3 2.1.3 物料的易碎性和易磨性 易碎性是表示物料被破碎难易程度的特性。它与其强度、硬度、密度、结构均匀性、含水率、粘性、裂痕、表面形状等有关。易碎性通常用易碎性系数表示，又称相对易碎性系数。某物料的易碎性系数mk是指用同一台粉碎机械在同一物料尺寸变化条件下，粉碎标准物料的单位产品电耗bE与粉碎该物料的单位产品电耗 E 之比 EEk bm （ 2-2） 水泥工业一般以中等易碎的回转窑熟料作为标准易碎性物料，并令其易碎性系数为 1。易碎性系数大的物料易于粉碎。 易磨 性是表示物料本身被粉磨难易程度的特性。它与物料的种类和性能有关。矿渣比熟料难磨、熟料比石灰石难磨，是由它们的种类不同；种类相同时，脆性大的物料比脆性小的易磨，因此。水淬快冷矿渣比自然慢冷矿渣易磨，高饱和比熟料比低饱和比熟料易磨、地质年代短的石灰石比地质年代长的石灰石易磨。 国家标准 GB9964-88水泥原料易磨性试验方法规定了球磨机易磨性的试验方法。该法原理：物料经规定的球磨机研磨至平衡状态后，以磨机每转生成的成品量计算粉磨功指数iW，此指数定量地表明物料粉磨的 难易程度。辊式磨易磨性一般用小型试验磨进行。 易碎性和易磨性之间没有规律性的关系。 2.2 粉磨系统流程 按一定粉磨流程配量的主机及辅机组成的系统称作粉磨系统。粉磨系统可根据入磨物料的性能、产品种类、产品细度、产量、电耗、投资以及是否便于操作与维护等因素，通过比较选择适当的粉磨系统。水泥厂的粉磨作业有生料、水泥和煤粉三部分。 2.2.1 开路流程及其特点 在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品的流程为开路流程，如图 2-1所示。其优点是：流程简单，设备少，投资省，操作简便。其缺点是：由于物料 全部到达细度要 求后才能出磨，已被磨好的物料会出现过粉磨现象，并形成缓冲大垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效率，增加了电耗。 nts 2.4 11m 球磨机总体及筒体设计 4 图 2-1 粉磨系统流程 2.2.2 圈路流程及其特点 物料出磨后经过分级设备选出成品，合格的细粉为成品，而使粗粒返回磨内再粉磨的流程为圈路流程如图 2-1。其优点是：可以及时将细粉排出、减少了过粉现象，使磨机产量提高，同时产品粒度均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变的粒度。其缺点是：圈路流程复杂、设备多、投资大、厂房高、操作麻 烦、维修工作量大。 本课题选用的是开路流程。 nts 5 3 球磨机的总体设计 3.1 球磨机的工作原理 球磨机的主要工作部分是一个装在两个大型轴承上水平放置的回转筒体，筒体用隔仓板分为几个仓室，在各仓内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球、钢段、钢棒、卵石、砾石和瓷球等。为了防止筒体被磨损，在筒体内壁装有衬板。 当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬 板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着能强制物料流动，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，另磨内气流运动也帮助物料流动。因此，磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢流向出料端，完成粉磨作业。 3.2 球磨机的主要参 数计算 3.2.1 球磨机的临界转速0n当磨机筒体的转速达到摸某一数值时，研磨体产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离角 =0 ，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于极限位置时，脱离角 =0 ，将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速 ，由 4 003 0 4 2 .4nRD（ 3-1） 式中：0n 临界转速， r/min； R 筒体有效半径， m； 0D 磨机筒体有效直径 , m。 代入公式（ 3-1） 003 0 4 2 . 4 4 2 . 4 2 7 . 9 6 / m i n2 . 3nrRD 以上公式是在几个假定的 基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等 因素有关。 3.2.2 球磨机的理论适宜转速 n nts 2.4 11m 球磨机总体及筒体设计 6 使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速称作球磨机的理论适宜转速 n 。当靠近筒壁的最外层研磨体的的脱离角 =54 44时 ,研磨体具有最大 的降落高度，对物料产生粉碎功最大。将 =54 44代入式 cos 9002Rn ，可得理论适宜转速 ，由 4 02.328.22DRn （ 3-2） 代入公式（ 3-2） 03 2 . 2 3 2 . 2 2 1 . 2 3 / m i n2 . 3nrD 3.2.3 转速比 球磨机的理论 适宜转速与临界转速之比，简称为转速比 ，由 4 76.04.422.32000DDnn （ 3-3） 上式说明理论适宜转速为临界转速的 76%。一般磨机的实际转速为临界转速的 70 80%。 3.2.4 磨机的实际工作转速 磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。根据水泥生产中磨机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个 经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法 ，由 5 当 D2.0时 03 2 .2 0 .2gnDD（ 3-4） 当 1.8m25 25 18 18 11 11 百分含量 % 18 42 26 14 100 根据 07.80max Dmm，确定 90mm球为最大级钢球，该磨为二仓开路磨，一仓钢球级数取 4级，依次递减选 90mm、 80mm、 70mm、 60mm四种钢球级配。 每一级比例按“各种规格钢球质量百分比等于物料相应各粒度级 别质量”的原则确定为： 90mm 钢球重量 31.93 18%=5.7474t 钢球个数 n1 =5.7474 334=1920个 80mm 钢球重量 31.93 42%=13.4106t 钢球个数 n2 =13.4106 474=6357个 70mm 钢球重量 31.93 26%=8.3018t 钢球个数 n3=8.3018 709=5886个 nts 2.4 11m 球磨机总体及筒体设计 24 60mm 钢球重量 31.93 14%=4.4702t 钢球个数 n4 =4.4702 1125=5029个 b.平均球径 1 2 2 3 3 4 4 41 2 3 49 0 1 9 2 0 8 0 6 3 5 7 7 0 5 8 8 6 6 0 5 0 2 9 7 2 . 6 91 9 2 0 6 3 5 7 5 8 8 6 5 0 2 9nD n D n D n D nD n n n n b. 二仓钢球级配 根据研磨体级配原则，二仓最大球径与一仓最小球径相等，且球的配比为“两头小中间大”的原则配，球的级数可选为 3 4 级，取 3 级。以 60mm 求 25%， 50mm球 50%和 40mm球 25%进行配合： 即 60mm 球： 47.9 25%=11.975t 50mm 球： 47.9 50%=23.95t 40mm 球： 47.9 25%=11.975t 本课题设计的 2.4 10m生料磨级配方案见表 5-2 表 5-2 2.4 11m生料磨级配方案 一 仓 二 仓 钢球 (mm) 重量 (t) 钢球 (mm) 重量 (t) 90 5.7474 60 11.975 80 13.4106 50 23.95 70 8.3018 40 11.975 60 4.4702 nts 25 6 结论 水泥粉磨过程的高效率、低能耗运行，一直是生产完企业追求的目标。本课题 主要从开流磨机的基础上针对开流粉磨及设备作了一些设计，设计应用双层隔仓板进行磨内自选粉，各仓研磨体尺寸 、 级配不同，各零部件尽可能选用通用件和新型材料，以最大幅度达到高产 、 提高粉磨效率，高细和低能耗运转。 一般地，开流粉磨在近代的水泥厂设计中虽然已经很少采用，这是因为在相同条件下，圈流磨磨机产量能提高 15 20%，电耗降低 10%。此外衬板球耗均降低。成品温度降低 20 40C ，产品细度也易于调整。但圈流磨设备环节多，投资大、厂房高、操作复杂。 本设计的最大特点 是在现有开流磨机的粉磨系统上，选型设计了磨内分级选粉装置，既保持了开流系统流程简单，设备少，投资少，操作简便的优点，又发挥了圈流工艺的优点，提高了粉磨效率。 nts 2.4 11m 球磨机总体及筒体设计 26 致 谢 为期一个学期的毕业设计基本结束了 ,回顾整个设计过程 ,我觉得受益匪浅。毕业设计既是对大学四年学习状况的综合检测，也是毕业之前理论与实践相结合的一个强化过程，对即将走上工作岗位的我们具有很大的帮助。 本次设计主要经过三个阶段。第一阶段是实习即资料收集阶段，第二阶段是整理资料 ,第三阶段是正式设计阶段 。在第一阶段我们去了海安鹏飞集团实习，主要是了解本课题的具体情况，对课题有一个感性的认识，取得本课题的第一手资料。第二阶段重点整理分析所收集的资料，了解国内外本课题的发展状况，确定课题的具体方向。第三阶段进行设计计算，绘制草图和计算机图样，编写说明书。 设计中本人系统的复习了相关的专业知识，学会了如何根据原始数据构思具体的设计方案，并对方案进行理论上的论证，又根据总体方案设计绘制出零件图。 除了学习到本设计内容相关的大量知识外，应特别提出的是，本次设计的完成，极大地锻炼了我的实际动手能力，包括机械设计的基本 步骤，方案的确定，工具书的查找，机械制图能力的强化，计算机绘图能力的加强等等。 感谢姜大志老师以及孙俊兰老师，姜老师给了我充分的发挥空间，在我设计中有困难的时候指明了方向，给予了极大的帮助。感谢刘平成、孙俊兰等多位老师的热情关心，也感谢我的同学们帮助我顺利完成了设计。 nts 27 参 考 文 献 1 陈 勇 , 张 健 4.2 m 11 m 水泥磨系统增产调试 亚泰集团哈尔滨水泥有限公司制成车间 , 黑龙江 哈尔滨 150000 2 王继杰 球磨机的
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