φ2600筒辊磨液压系统及料流控制装置设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321盐城工学院本科生毕业设计说明书 20071 前 言 1.1 概述 20世纪80年代以来,挤压粉磨技术取的了突破,以挤压方式实现粉的立磨和辊压机,其能量有效利用率较高,能耗低,结构紧凑.占地面积小。但立磨机械结构复杂,系统通风费用高;辊压机辊压高,结构复杂,振动大,维护费用高,系统烘干能力低,所以这些磨机的应用都有一定的局限性。筒辊磨是近年来人们在深入研究粉磨机理和现有的粉磨设备的基础上,开发出来的一种具有球磨机的质量和可靠性、立磨的紧凑结构和辊压机的低能耗的全新结构的新型粉磨设备,它的优势为挤压粉磨找到了一条能充分发挥节能潜力的新途径。1.2 筒辊磨工作原理法国FC B公司于1993年推出了第一台筒辊磨(Horomill) ,理论上兼具辊压机的节能效果与球磨机的运转可靠性。Horomill由水平筒体和辊子组成。其基本工作原理为:磨机筒体以高临界速度的转速运转;物料由入料端进入磨内后，在磨内做离心运动;被与磨体长度一致的刮刀刮下落到物料推进装置的调整板上;物料推进装置将物料导向出料向通过调整物料推进装置的位置，可以改变物料进出的速度进而控制通过磨辊的料量,其工作原理如图1-1所示:图1-1 筒辊磨结构和工作机理本课题以筒辊磨的液压系统为主要研究内容,下面主要主要介绍其液压系统的工作机理、工作方式等。用来提供挤压粉磨物料的辊压力，并且利用液压回路起到稳压保压；调整辊压力的大小来调整物料的粉磨细度，同时要保证液压系统行程慢而小。筒辊磨工作时,主要依靠磨辊对物料施加粉磨力，磨辊不需要驱动装置，由物料带动其转动。其压力由磨体外的2个拉力液压装置提供。在整个工作过程中它只有加压、保压和卸载，三个过程。1.3 国内现状综述2004年4月由中材国际南京水泥设计研究院研发的具有自主知识产权、冀东水泥集团有限责任公司承建的价1.6m筒辊磨预粉磨水泥熟料系统在冀东水泥二分厂开始运行。经过厂、院及唐山水泥机械厂共同努力，至2004年6月该系统现己稳定运行近800h，球磨机提产30% ,整个粉磨电耗下降13%，筒辊磨实现的能量代用系数达2.39。表1-1 功率统计表FCB公司规格(直径) MM装机功率KW水泥(圈流)产量T/H单位功耗(KWT/H)800451222.5453800240012020南京院800551.52.5 2236.7160040019.520 2020.5新华厂1000854.45.5 15.519.316002041113 15.718.520005803035 16.619.325001120556018.720.4300016007595 16.821.3综合考虑表1-1筒辊磨的数据，绘制不同规格筒辊磨能耗趋势如图1-2所示，随着筒辊磨规格尺寸的增大单位功耗逐下降，并趋于稳定，从图中看出单位功耗大约在20KWT/H左右。从而可知大规格的筒辊磨在能耗方面并没有大的波动。图1-2 不同规格筒辊磨能耗趋势1.4 设计内容本设计拟将料层挤压粉磨前沿技术筒辊磨应用到矿渣、水泥熟料、粉煤灰超细粉磨生产中，逐步取代高能耗球磨机.为努力实现十一五规划关于单位GDP能耗降低 20%的总体目标作出贡献。主要内容有：1.4.1 筒辊磨液压系统设计计算a.根据筒辊磨载荷及工作机理及挤压粉磨常规要求，设计回路，计算液压力； b. 液压系统元件选型计算。1.4.2 料流控制方案设计分析筒辊磨内物料粉磨通道及料流路径，提出多种料流控制方案并优选。1.4.3 工艺设计2600筒辊磨粉粉磨矿渣的工艺流程设计,进行工艺平衡计算,工艺设备选型。1.4.4 结构设计a、油路块设计； b、料流控制装置设计；c、关键件力学分析。1.5 设计依据及技术指标a. 课题来源：市场需求,新品开发；b. 产品名称：2600筒辊磨；c. 粉磨对象：矿渣,进料粒度10,水分2%；d. 粉磨产品: 矿粉, 比表面积430/；e. 设计依据： 法国FCB公司2600筒辊磨在牡丹江厂生产数据 ；f. 设计产量：Q25t/h。1.6 设计要求a. 液压系统料流控制方案设计均应有两种以上方案比较和选择； b. 液压系统应有过载保护,对非破碎物反应灵敏,保证两端加载的同步性；c. 料流控制方案应能实现对各种粉磨物料流速成的在线调整；d. 设计筒辊磨粉磨矿渣的工艺流程图,进行工艺平衡计算；e. 设计图样总量：折合成A0幅面在4张以上；工具要求：应用计算机软件绘图；过程要求：装配图需提供手工草图；f. 毕业设计说明书相关要求；g. 查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；h. 到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；i. 撰写开题报告。1.7 本题拟解决的问题a. 液压系统料流控制方案设计；b. 液压系统过载保护，对非破碎物反应灵敏，保证两端同步加压；c. 再线调整粉磨物料流速。2 液压系统的设计筒辊磨是一种新型的卧式挤压磨，它主要是由筒体和圆柱形辊子组成。由于筒体的高速旋转，带动筒体内的辊子转动，并在辊子上施加压力，所以我们必须需要一套液压系统提供给筒辊磨持续、恒定的压力。2.1 设计要求a. 主机用于2600HRO加压系统；b. 要求主机完成的工艺过程。2.2 总体规划、草拟液压原理图筒辊磨的出料细度主要取决于压辊和筒体之间的间隙，所以，我们可以通过调节筒体和压辊之间的距离控制出料的粒度。而调节压辊的运动是考主机提供的。主机要完成的工艺工程是：由液压泵从油箱内吸油，经过滤油器，再经过单向阀进入液压缸的有杆腔迫使活塞向下运动。同时也就完成了调节压辊的向下运动，缩小了压辊和筒体之间的间距,此时系统完成了施压过程。由筒辊磨的工作原理，根据其自身的要求，现拟订以下可靠的液压原理图，如图2-1所示图2-1 液压系统图2.3 计算泵的流量、选择液压泵2.3.1 设计依据 HORO磨(Horomill)是法国FCB公司的专利产品，由水平筒体和辊子组成。其基本工作原理为:磨机筒体以高临界速度的转速运转；物料由人料端进人磨内后，在磨内做离心运动;被与磨体长度一致的刮刀刮下落到物料推进装置的调整板上；物料推进装置将物料导向出料方向，通过调整物料推进装置的位置，可以改变物料进出的速度进而控制通过磨辊的料量。磨辊对物料施加粉磨力，磨辊不需要驱动装置，由物料带动其转动；其压力由磨体外的2个拉力液压装置提供。2.3.2 液压缸的计算于选择黑龙江牡丹江水泥厂引进的是HRM3800，其主要参数为:磨辊直径D0:1.82 m；磨辊辊压宽度L0:1.36 m；主电机功率:2 400 kW；磨筒体转速:35.5 r/min；总压力1200吨 (11760kn)。则其磨辊压力区的受力面积S0:S0=L0 (2-1) =O m2 =0.4935m2本课题为2600的筒辊磨，数据为：磨辊直径D1.3 m；磨辊辊压宽度L1.04 m，则其磨辊压力区的受力面积S:S0=L =O m2 =0.2696m2令本课题所研究的压力为F，则由单位面积筒体上的压力相等，即 (2-2)=得F16423.53KN，则单边压力F3211.765KN。图22 压杆图由图2-2可知，液压缸提供得的液压力F缸1605.8825KN.由于3800筒辊磨中数据是用于粉磨水泥熟料而得到的，本课题用于粉磨矿渣，需扩大1.2倍，故F缸1.216.5.8825KN1927.059KN。图23 液压钢外形图由图2-3液压缸示意图可以知道，F缸（D2d2）P106由液压系统知识可知，上式中压力P16MPa,可以加大面积S可以达到要求。查阅液压设计手册，初选HSG型液压缸，参数见下表：表21 液压缸参数表D（mm）d（mm）额定工作压力(MPa)额定工作拉力(KN)速比5002501623551.33由GB793387，圆整速比1.46，取D500mm，d280mm，则 S（D2d2）0.134706m2 故 （2-3） 油缸壁厚 （2-4）取45mm所以，液压缸外径D0D2=500+245=590mm。由于此缸为自制，缸筒加工工艺过程如表2-2表22 液压缸制作工序工序号工序名称工序内容设备工艺装备1校校直，全长跳动小于1.5mm校直机2车车两端夹口及中间架子口车床3划划接头座焊接位置线4焊按线将接头座焊接好5车粗镗孔深孔镗床6车细镗孔7车精镗孔深孔镗床8车滚压孔深孔镗床9车车两端架子口车床10车车接头座端车床11车车成另一端车床12车修接头座架子孔车床13车车内孔各部车床14划划孔线15钻钻通油孔钻床16钻钻成孔钻床17钳去各部毛刺18检检查2.3.3 泵的计算于选择a.计算泵的流量、压力，并选择泵的型号泵的最大压力：PP=P1 (2-5) =214.31+0.5+0.5 =29.62MPa 式中：PP泵的最大工作压力，即静压力P1执行元件最大工作压力 进油管路中压力损失，取0.5MPa泵的额定压力Pn=0.25 PP =1.2529.62MPa =37.025MPa查阅液压设计手册，选取CY1463型柱塞泵，参数见表2-3表23 柱塞泵参数理论转矩T（NM）329公称排量V（mlr）63额定压力最高压力（MPa）32最大压力（MPa）40额定转速（rmin）1500最高转速（rmin）2000则泵的平均理论流量q=nv （2-6）mlmin1.575103 m3s液压缸速度V （2-7）验算泵的流量：qPKL （2-8） 1.294.5Lmin =113.4 Lmin=1.8910-3 m3s式中：qP泵的最大流量 同时动作时所需流量之和的最大值 KL系统的泄漏系数，取1.11.3应为qP80%=113.480%=90.7294.5所以，泵符合系统要求。2.3.4 选择与泵匹配的电机由泵最大输出流量、压力可以得到最大需求功率，即电机输出功率。由电机额定转速和泵每转排量应该与电机最大流量吻合，选择电机。但是电机输出功率应该大于泵输出功率。由上述选择原则和选定的数据，选择Y180L-2型电机。查阅设计手册，电机数据如下表表24 泵匹配电机参数表额定功率P(KW)37满载转速(r/min)2939额定转矩1.9满载电流（A）69.2效率95%净重（Kg）2202.4 选择液压控制元件根据液压系统原理提供的情况，审查图上各阀在各种工况下达到的最高工作压力和最大流量，以此选择阀的额定压力和额定流量。一般情况下，阀的实际压力和流量应与额定值相接近，但必要时允许实际流量超过额定流量的20%。有的电液换向阀有时会出现高压下换向停留时间稍长不能复位的现象，因此，用于有可靠性要求的系统时，其压力以降额（32MPa降至2025MPa）使用为宜，或选用液压强制对中的电液换向阀。2.4.1 溢流阀的选择溢流阀在系统中的作用主要有作为安全阀防止液压系统过载、作为溢流阀使液压系统中压力保持恒定、远程调压等。在该系统中，由液压系统的原理图计算出需要选择两种溢流阀，一是为保持液压的压力恒定，另一个阀是起安全保护作用。选取DBD型。技术参数如表2-5 表2-5 溢流阀参数表通径（mm）10压力（MPa）32额定流量(L/min)40调压范围(MPa)820净重量(Kg)2.82.4.2 单向阀的选择 由液压系统的原理图,以及系统的流量、压力查机械设计手册选择型号为S型单向阀.该阀为锥阀式结构,压力损失小.主要用于泵的出口处,作背压阀和旁路阀用。单向阀参数如表2-6表：2-6 SV10P20液控单向阀的技术规格介质矿物液压油介质黏度（m2/s）（2.8380）106介质温度-3080最大工作压力（MPa）31.5开启压力（MPa）符合特性曲线最大流量（L/min）符合特性曲线2.4.3 换向阀的选择电液位换向阀由电磁阀起先导控制作用,液动换向阀进行油路换向、卸荷及顺序动作。电液换向阀换向的快慢,可用控制油路中的节流阀(阻尼器)来调节,以避免液压系统的换向冲击。一般适用于流量较大的液压系统中,使用电源要求与电磁换向阀相同。由液压系统的原理图,以及系统的流量、压力查机械设计手册选择型号为34BH-B10H-J的电液位换向阀,主要的技术参数如表2-7表27 换向阀参数表通径/mm10公称流量/40公称压力/MPa31.5允许背压/MPa6.3换向频率/60最高换向频率/120电压AC:220V 50Hz ; DC:12V、24V 允许电压变动范围10%电磁铁功耗(吸持时)AC:40W, DC:43W 2.4.4 压力表开关的选择:压力表开关是小型的截止阀,主要用于切断或接通压力表和油路的连接。通过开关起阻尼作用,减轻压力表急剧跳动,防止损坏。也可作为一般截止阀应用。压力表开关,按其所能测量的测量点的数目,可分为一点的及多点的。多点压力表开关可以使压力表和液压系统16个被测油路相通,分别测16点的压力。由液压系统的原理图,以及系统的流量、压力查机械设计手册选择型号为KF-L8/14E，参数如表2-8 表28 压力表开关参数表型号通 径压 力/MPa压力表接头D/mm压力油进口 E/mm Y/mm/inKF-L8/14E 8 1/4 350 M141.5M141.5 272.5、液压辅助件的选择2.5.1 管路选择a. 金属管液压系统用钢管,有精密无缝钢管和输送流体用无缝钢管或不锈钢无缝钢管。钢管有紫铜管和黄铜管。紫铜管用于压力较低(P6.510MPa)的管路,装配时可按需要来弯曲,但由于抗振能力较低,且易是油氧化,价格昂贵;黄铜管可承受较高的压力(P25 MPa),但不如紫铜管易于弯曲。对于本系统的压力来说,该系统的管路应该取黄铜管。通过计算确定管子的内径(d)和壁厚()，如下： 取流量V=0.8m.s 则，管内径d，取50mm 管壁厚，取6.5mm所以，管外径D=d+2=50+13=63mm, 参数如表2-9表29 金属管参数表接头连接螺纹公称压力推荐管路流量M6025MPa630L/minb.软管软管是用于连接两个相对运动不见之间的管路。分高、低压两种。高压软管是以钢丝编织或钢丝缠绕成骨架的橡胶软管,用于压力油路。低压软管是一麻线或棉线编织体为骨架的橡胶软管,用于压力较低的回油路或气动管路中。钢丝编织(或缠绕)胶管由内胶层、钢丝编织(或缠绕)层、中间胶层和外胶层组成。钢丝编织层有13层,钢丝缠绕层有2、3和6层,层数愈多,管径愈小,耐压力愈高。钢丝缠绕胶管还具有管体较柔软、脉冲性能好的优点。选取计算过程如下：所以，d=10.2mm选取钢丝增强型液压橡胶软管。C.接头选择:焊接式的管接头是利用管与管子焊接。接头体和接管之间用O形密封圈端面密封。这种焊接式管接头结构简单,密封性好,对管子尺寸精度要求不高。工作压力可达31.5MPa,工作温度-2580,适用于油为介质的管路系统。焊接式管接头都能满足该系统,故我们可以根据压力选择焊接式管接头。2.5.2 蓄能器的选择蓄能器是将压力液体的液压能转换为势能储存起来,当系统需要时再由势能转化为液压能而做功的容器。因此,蓄能器可以作为辅助的或者应急的动力源;可以补充系统的泄露,稳定系统的工作压力,以及吸收泵的脉动和回路上的液压冲击等。根据计算出的蓄能器总容积和工作压力,选择蓄能器的型号。我们可以选择NXQ型囊式蓄能器。囊式蓄能器是一种储能装置。它的主要作用是储存能量、吸收脉动和缓和冲击,它具有体积小、重量轻、反应灵敏等优点。蓄能器(NXQ1-L2.5/20-L)的主要技术参数如表2-10表2-10 蓄能器参数表公称容积/L2.5公称通径/mm32公称压力/MPa20质量/kg14.72.5.3 过滤器的选择过滤器是液压系统中重要元件。它可以清除液压油中的污染物,保持油液的清洁度,确保系统元件工作的可靠性。根据以上选择原则以及该液压系统本身的要求,查相关的设计手册可以选型号为ZU-H1010S的滤油器,选型号为E-25的空气滤清器，主要参数如表2-11 规 格 E-25加油流量/ 9空气流量/ 65油过滤面积/ 80表211 空气滤清器参数表 表2-12 ZU-H1010S滤油器的主要技术参数流量（）10额定压力（MPa）32过滤精度（m）10压差指示器工作压差（MPa）0.35初始压力降（MPa）0.082.5.4 油箱的设计油箱有效容积一般为泵每分钟流量的35倍。油箱中油液温度一般推荐3050,最高不应该超过65,最低不低于15。 a. 对于本系统油箱有效容积取泵每分钟流量的4倍，则有效容积V:V=b. 油箱容积的验算： 系统发热总功率 H=P-P0 式中，P泵输入功率，取34.5KW P0缸输出功率，取21.16KW则，H=34.5-21.16=13.34KW油箱散热面积A=假设通风良好，取油箱散热系数KW/(m2oC)温升设环境温度=25,则 =25+22.2=47.2=55油箱散热达到系统要求。由选择油箱尺寸原则：三边比例1：1：11：2：3设定尺寸为：长970mm,宽720mm,高540mm 另壁板厚4mm，底脚高200mm，顶板厚8mm外形如图2-4所示 图2-4 油箱示意图3 料流控制装置设计3.1 筒辊磨的进料装置物料经过输送设备，通过进料端的进料口进入筒辊磨进行挤压粉磨，要保证物料的畅通,其溜道的休止角必须大于物料的休止角。由于此产品的设计用于水泥或矿渣的粉磨,所以进料漏斗的设计要大于。但是倾斜角太大时,会造成物料进入筒体内的距离太小而结构不好处理,同时也减小了通风面积,引起通风阻力的增加,根据实际工作经验进料漏斗的倾斜角选。密封也是此设备的重要环节，本设计采用橡胶密封，能有效的防止粉磨过程中粉尘的外泄，保证筒体的密封性。 图3-1 进料端口3.2 筒辊磨的料流控制装置装置再现有的磨内料流控制中，大体包括两种方式：刮料导料一体和刮料导料分开。其中，刮料导料一体如图3-2所示图3-2 导料方式一该设计的优点是刮料板和导料板融为一体，大大的节省的磨内空间，但是对提高粉磨效率效果不是很显著，也不能在线调节料在磨内的流速，主要用于较小规格的磨机，如400筒辊磨和400筒辊磨。本设计是2600筒辊磨，采用的是刮料导料分开的这种料流控制装置，由于磨内空间充足，可以按需布置刮料和导料装置，还可在线调节料在磨内的流速，下面分别介绍两种控制装置。3.2.1刮料装置设计在本刮料装置设计中，单个的刮刀由铁钉间隔固定在刮刀槽中，刮刀槽由由两端支撑装置支撑，两端再由可调螺母根据刮刀位置具体调整。另外，每个刮刀还由其下根据物料的易磨性和物料特性来调整循环粉磨的次数。据生产实践中证明,物料在筒体内研磨8就可以达到粉磨要求。2600有效磨辊长为1040， 因此每个刮料导料板之间的距离是 cm。具体装置如图3-3所示图3-3 刮料装置3.2.2 导料装置设计为了提高筒辊磨的研磨效率，采用可调式的导料装置，另外，导料板用一整块钢板连接在可转动的装置之上，倾斜角度为30度，如图3-2所示： 图3-4 导料装置3.3 筒辊磨的出料装置物料经多次碾磨，由导料装置导将物料送到出料端的出料口，再经出料口进入提升机，进行下一个工艺；出料口必须有一定的工艺角度，以便物料顺利进入下一工艺流程；在结构上采用焊接加工工艺，保证焊缝无缺陷；出料装置有一个出风口以保证筒体内通风负压，如图3-3所示图3-3 出料端口4系统总体评价与可行性分析从总体上看，该系统已基本上满足了所规定的设计要求。在整个系统的结构方面进行了优化，同时也可以根据不同的设计要求实时对整个筒辊磨液压系统、料流控制等结构设计进一步的改进；本设计采用反求的设计方式，可以大大的减少人力、财力、资金等方面的投资，而且缩短了设计的周期。理论方面的分析结果可作为设计的理论依据，包括液压系统的机理、结构、工作情况、工作环境、保养、维修等方面。从以上的分析结果可以看出他们的结构设计在理论上是可行的。5 结 论筒辊磨是基于料层挤压粉磨开发研制的新型粉磨设备，其能量有效利用率较高,能耗低,结构紧凑、占地面积小。法国FC B公司于1993年推出了第一台筒辊磨(Horomill) ,其基本工作原理为:磨机筒体以高临界速度的转速运转;物料由入料端进入磨内后，在磨内做离心运动;被与磨体长度一致的刮刀刮下落到物料推进装置的调整板上;物料推进装置将物料导向出料向通过调整物料推进装置的位置，可以改变物料进出的速度进而控制通过磨辊的料量。 本设计在液压系统设计方面，不但继承了已有设计的优点，还加入了能物料保护设计，即在粉磨物料细度超过规定值时，自动切断压辊的压力供给，从而保护了设备系统；另外，在入磨物料细度方面比已有设备有了很大改进。在料流控制装置设计方面，本次设计将导料和刮料分离，并在到导料方面实现可物料前进速度上的可调性，在保证粉磨效果的同时大大加强了粉磨的效率。 在密封方面，以往设备采取迷宫密封的方式，该密封的缺点是大小迷宫磨损较快，本课题将密封替换成现在的橡胶密封方式。在设计课题时，遇到的最显著问题是在粉磨压力交的度数设定方面，经过周密分析、演算、推倒，将以往认为的18.5度压力角改变为23.5度，在国内设计方面是首例。但是，本设计还存在一些不足，比如密封方面还是存在密封周期短、密封不完全