电厂用漂珠自动打捞机设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 漂珠自动打捞机设计 院 系 北方科技学院 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 5418304 学 号 200514183104 姓 名 付 超 指导教师 李 蕾 负责教师 沈阳航空工业学院 北方科技学院 2009 年 6 月沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 1 摘 要 漂珠一种很有价值的新型功能材料 ,但是同时也是一种污染物。它是火力发电厂燃烧过程中产生的副产品，它有一些特性，如质地坚硬、比重很轻、空心微粒状物质。所以根据其性质，可以创造价值，因此要对其回收。 其提取 方式是用浓缩除灰工艺先把电厂所排放的灰浆排到浓缩池中，由浓缩机搅拌将灰浆与漂珠分离，灰浆沉淀，由马尔斯泵排出。国外对漂珠需求量很大，且供不应求使其价值不断上涨。 漂珠自动打捞机是专门针对漂珠的回收利用而设计的一种高效、环保设备；随着漂珠经济价值的增长，该设备的利用会有更大实际意义。 我的目的是针对漂珠自动打捞机的设计说明，展示了系统设计，零部件设计和电器控制部分。具体内容为：打捞、输送漂珠部件的设计及校核，还包括辅助部件如：漂珠自动卸载部件的设计等。运用 件对漂珠自动打捞机整体进行三维设计，进行实体的装 配，最后在三维的基础上，进行二维设计，为最后加工做准备，使其满足实际要求，同时也满足市场的要求。 关键词 ：除灰；漂珠；打捞； 计设；装配 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 2 - it is a is it is a is a It as it to it to be is by by a it go up as it is is to is be of it is of is it on to it so UG is a on of it to be on is in to 阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 3 目 录 引言 . 4 1 简述漂珠 . 7 珠的形成原理 . 7 珠对环境的危害 . 7 珠的性质 . 3 珠物理性 . 8 珠的化学成分 . 4 珠用途及经济价值 . 9 珠的主要用途 . 9 珠回收的巨大价值 . 9 珠打捞机必要性与 可行性分析 . 10 珠打捞机的工况分析 . 10 2 设计方案的总体论述 . 12 计方案的提出 . 12 案论证及选取 . 14 案的选择 . 14 珠打捞 机的系统设计 . 9 珠打捞机的工作原理 . 9 计参数 . 10 作条件 . 10 计指标和参数 . 10 3 传动系统的设计计算及校合 . 17 机与减速器的选择设计及校核 . 17 动机的选取 . 17 子链链节的选取与计算 . 19 轮的结构设计与链条校核 . 15 的结构设计与校核 . 18 联接的校核 . 23 轴承寿命的计算 . 29 降系统的结构设计 . 24 箱的尺寸设计 . 30 板宽度 B 的确定 . 25 动卸载漂珠机构的设计 . 26 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 4 杆机构的设计与计算 . 26 料斗的设计 . 26 气控制系统的原理的设计 . 27 4 基于 三维 漂珠自动打捞机设计 . 29 G 软件简介 . 29 体建模 . 30 轮建模 . 30 立旋转 . 32 建模体上建草图 . 33 列切除 . 36 接建模工具使用 . 37 它零件的建模 . 40 配体的建模 . 41 配概述 . 41 配体建模 . 42 5 基于 漂珠自动打捞机二维设计 . 44 件的简介 . 44 珠自动打捞机二维图的设计 . 44 6 漂珠打捞机的现场按装及后期维护 . 46 珠打捞机 的安装、调试 . 46 珠打捞机的保养与维护 . 47 修与润滑 . 47 障分析与排除 . 47 总结 . 48 致谢 . 49 参考文献 . 50 交流 14951605 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 5 引言 矿产资源是自然资源的重要组成部分，是人类生存、可持续发展必需和最重要的物质基础之一，是大自然赐给人类的极其宝贵的财富！ 我国是世界上矿产资源最丰富、矿物资源种类最多的国家之一。石油，天然气，煤炭是我国的支柱资源，占总能源的 70%以上。然而随着石油、天然气、煤炭资源的大量开发和利用，也就必然的会产生一系列的相应 的环境污染问题，尤其是煤碳。随着人类对煤炭的开发和消耗，煤炭会越来越少，直到枯竭。并且污染也是越来越严重。因此就要求我们要合理、科学的开发、利用、及回收！如何才能“合理、科学”？我想这就绝非是几项技术就可以解决的，需要的是机械，电子，化学，计算机，微生物等等，各个大的领域积极的把它们先进的技术应用到资源的开发、利用、回收上。 我本次毕业论文所论述的就是把机械运用在火力发电厂的废渣回收中的一个典型事例。 火力发电厂的燃烧系统是由五大部分组成： （ 1） 输煤（ 2）磨煤 （ 3）锅炉与燃烧（ 4）风烟系统 （ 5）灰渣系统 炉膛内煤粉燃烧生成的小灰粒，被除尘器收集成细灰排入冲灰沟，燃烧中因结焦形成的大块炉渣，下落到锅炉底的渣斗内，经过碎渣机破碎后也排入冲沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 6 灰沟。 而在电厂的废渣中含有几种价值很高，对环境污染却很严重的物质，而其中的一种就是我毕业设计要主要开发的飘珠。 为了从混合的几种废渣中分离出漂珠，我设计了一个机械，称之为飘珠自动打捞机。在本次论文中我将对它的工作原理，设计过程进行详细的介绍。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 7 1 简述漂珠 珠的形成原理 了解漂珠的形成原理以及它的物理、化学性质对漂珠的回收再利用是十分必要的。首先让我们先了解一下漂珠的形成的过程。 煤的可燃成分（炭和有机物）大部分燃烧，而粘土质不可燃成分（硅、铝、铁、镁等）在炉膛摄氏 1300 度的高温下开始熔融，形成石英玻璃和莫来石多孔共生体，其孔内充满气体。当炉温达到摄氏 1400 度时，熔融体颗粒表面张力会使表面能降到最低值，棱角摆脱表面能而收缩，熔融颗粒会飘浮滚动形成球体。这时，多孔体内的气体如 O 2、 H 2 等被包裹在球内。当炉温继续升高时， 玻璃球体内的气体膨胀，使球体增大，外壳变薄，形成中空球体。当中空球体离开炉膛，急速冷却后，就变成了坚硬外壳的玻璃微珠。这些玻璃微珠，因壁厚及轻重不同，可分为两类。其中一类是薄壁中空球体（壁厚为直径的十分之一），因可漂水上，就称为 “漂珠 ”。另一类是壁厚中空球体（壁厚为直径的三分之一）和实心球体，因较重而沉于水底，故城 “沉珠：，含铁量高的称为 “磁珠 ”。漂珠在粉煤灰中含量甚微，一般仅为 少数可达 1：沉珠量很大，约为粉煤灰的 30 70。漂珠的产量和质量，跟煤种、煤的细度、锅炉负荷、燃烧状况等因素 有关。各电厂之间、一个电厂不同锅炉之间、一个锅炉不同时间，均有极大差别。一般发热量高、含硫量低的烟煤，漂珠量多：无烟煤漂珠少，褐煤漂珠极少甚至无漂珠。炉膛内温度低于摄氏 1400 度，很少形成漂珠：摄氏 1400 1500 度，形成漂珠多，摄氏 1500 度以上，形成的漂珠会爆裂成碎片。因此炉温过高或过低都会影响漂珠的形成。 珠对环境的危害 漂珠存在于 燃煤电厂 的排出物 粉煤灰中，而在中国以前粉煤灰的处理方法多是不加处理的排入河道或将其用强水流顺着地下专用管道排入人口密度稀少的农村或山沟，粉煤灰本身对环境有很强的 污染性，排入河道水系会造成河流淤塞，污染水质，而将其排入郊区，由于漂珠本身密度小质量轻的特点，会对粉煤灰排放地附近的大气造成污染，产生扬尘，且对人体危害较大。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 8 珠的性质 漂珠壁较薄、容重小、强度低、耐磨性差、粒度较大，而沉珠壁较厚、容重大、强度高、粒度小、耐磨性好、呈中心珠体、浑圆度好、粒径为 150 m，有的在 200 m 左右。 珠物理性 形状：流动性优越的空心球状粉 粒径（ m）： 10颜色（ g 非纯白 真密度： 积密度（ g ：水分散系中 6 熔点（）： 1400 抗压强度（ 350 莫氏硬度： 5比电阻（ 导温系数（ h）： 导热系数（ W m？ K）： 折光率： 吸油率 g（ g： 以下是两张漂珠直观图片：图 阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 9 图 图 漂珠的化学成分 50 20 1 1 珠用途及经济价值 珠的主要用途 （ 1）作为塑料工业的填充剂，制品具有入量大、成本低、强度、耐热性好、导热性小等优点； （ 2）制作良好的轻质耐火材料，使其具有强度高、寿命长、高温导热系数小等特点； （ 3）制作高效保温材料，价格低廉； （ 4）制作功能良好的防 水涂料； （ 5）在固井勘探技术中可起到较好的堵漏效果； （ 6）在冶金工业中作为浇铸和电焊车间隔板的填充料，用作砂芯的材料； （ 7）在乙烯类塑料中掺入适量的漂珠可制成有效的消声器材，将噪声由 95 1000下，也可用于消声涂料等； 综上所述，粉煤灰漂珠应用广泛，发展前景良好，对我国粉煤灰资源综合利用，保护环境有着重要的现实意义。 珠回收的巨大价值 回收漂珠的价值，简而言之，两点：环境，经济！ 环境。漂珠对空气，水源，土壤的污染是巨大的。 随着中国对环境保护的日益重视，且我国燃烧用煤含 灰分较高，所以排出的粉煤灰量很大，粉煤灰的产生主要集中在火电厂和大型工矿企业的动力锅炉上，按全国平均计，沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 10 每增加 10年将增加近万吨粉煤灰的排放量，因此对粉煤灰的处置方法也越来越重视。当前，我国对粉煤灰的处置方法主要有两中：土地填埋、浓缩池存储。国内外对其环境效应的研究表明，灰中潜在毒性物质会对土壤、地下水造成污染。在改土方面，也具有潜在不利效应：可溶盐、硼及其它潜在毒性元素含量过高，可导致元素不均衡以及土壤的板结和硬化。因此粉煤灰的处理和利用问题引起人们的普遍重视，也成为我国环境保护与再生资源 开发领域的一个重要课题。 经济。同样，漂珠的应用价值也是巨大的。 以上在 做了一个简单的市场调查， 按粉煤灰处理量 5T/H 的生产规模计，一天运行 20 小时，年工作日 300 天，其年生产规模为 3 万 T/A，漂珠的总量回收率按 80%计，原灰中的漂珠含量的 65%计，漂珠产品售价平均按 300 元计，每年可实现销售收入 =30000 500 元 /吨 =468万元（注：以上考虑空心漂珠的售价是目前最低售价。）这样，扣除生产运行成本后，一年全部收回投资外，还有 十分可观的收益。如果再加上其他附产品如碳粉、富铁珠的销售，其收益情况就更好了。 珠打捞机必要性与可行性分析 如前所述，漂珠的回收利用已成必然趋势，漂珠的回收方式就要加以论证。现今我国大多要求电厂能够零排放污染源，因此电厂基本上会有浓缩池对粉煤灰进行搅拌和沉淀（国内大、中城市已经不允许未经处理就将粉煤灰排放），且漂珠的比重小的特点，会漂浮在上面，而比重较大的沉珠沉在浓缩池的底部。由于这一原因，漂珠可以由人工方式从浓缩池水面上捞取出来，但这种打捞方式不仅需要大量的人力，费时，还不能全面的捞取（浓缩池很大 ），且不能长时间的工作，（由于电厂是白天晚上都会运转，但到了晚上人工打捞就不能实现，因为晚上在浓缩池边工作会有很大的安全隐患）。因此，就迫切需要一个高效、工作可靠、安全的机器出现。 浓缩池的排灰工艺是先把灰浆排到浓缩池中，由浓缩机搅拌将灰浆与漂珠分离，灰浆沉淀，由马尔斯泵排出。漂珠浮于水面，浓缩除灰工艺较传统的 直接用浑水泵通过排灰管道把灰输送出去的办法节约用水 30%，减轻对排灰系统的磨损。 珠打捞机的工况分析 根据的浓缩池（如图 构是一个直径大约 45m，高 20m 的池子，且中心有一沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 11 个回转臂 绕浓缩池旋转，因此可以将漂珠打捞机固定在回转臂上，随回转臂一边旋转一边捞取漂珠，捞取方式采用刮板运输机的原理，这样可高效率的捞取漂珠。 图 阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 12 2 设计方案的总体论述 在对漂珠打捞机进行设计时，要充分了解对设备的要求，这些要求就是设计的依据。针对论证应考虑到以下几个方面： （ 1） 运输量 （ 2） 输送的线路的详细尺寸 （ 3） 物料的性质 （ 4） 工作条件和环境状况 （ 5） 给料和卸料方法 （ 6） 工作制度 （ 7） 设计的要求：链的垂直度要求、阻力系数、摩擦系数、安全系数等 计方案的提出 漂珠打捞机是固定在浓缩池中心的回转壁的边缘进行不间断的漂珠打捞工作 。因此要求此机器体积小，质量轻的特点。且不能影响回转臂的正常工作。由于漂珠本身表面硬度大，会对机器的相关零部件造成很大的磨损。因此，要求打捞机的易磨损的部件易于更换且价格相对便宜，因此设计方案的选取是决定漂珠打捞机的总体性能、实用价值、以及经济性大小的关键。 现在提出几种方案，比较优劣后选择最为合理的一种： 方案一：传动系统中传动部分选用圆链传动，减速器选用渐开线行星齿轮传动；如图 图 方案一 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 13 特点说明： 锁链有很强的耐磨性，成本较低，但质量很大，减速器的传动比大，可达 i=10 300，结构紧凑，体积较小，重量较轻、价格较便宜。 方案二：传动系统中传动部分选用链条传动。减速器选用电机直联摆线针轮减速机。如图 2 图 方案二 特点说明： 链条传动较平稳，节距在 右的链条也有很强的耐磨性，质量较大。摆线针轮减速器的传动比很大，一级传动比 i=6 119,且结构紧凑、体积小、重量轻，传动平稳，噪音低；工作可靠，使用寿命长，可直接购买。 方案三：传动系统中传动部分选用皮带传动。减速器选用两级圆锥 图 2 图 方案三 特点说明： 皮带传动较平稳，质量较轻 ，但耐磨性很弱且成本较高。减速器用于输入轴和输沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 14 出轴两轴线垂直相交传动中，传动比 I=8 40，因 此应选用低速电机才能达到转速要求。 案论证及选取 本次设计的产品从其使用环境和成本两方面考虑，本产品是安装在浓缩池中心回转臂上，所以要求此产品质量体积小；又由于此产品所打捞的物品 漂珠的表面硬度很高，对打捞机 器 有很大的磨损。因此还要求此产品直接接触漂珠的部件要有很强的抗磨性，且价格适中。 方案一：锁链传动负载能力强，但体积及质量较大。减速器结构简单，体积较小，但不是最 小，但需自行制造，且其制造工艺复杂。 方案二 ：链条传动质量及体积中等，减速器的占地面积最小，且装配简单，能在市场上直接购买到相应的型号，但价格较贵。 方案三：皮带传动质量较小，但其抗磨损性极差，这样就会增加使用成本。减速器结构简单、制造业较为容易，但其传动比较低，这样就只能选用低速电机，同样成本很高。且体积与质量较大。 案的选择 通过上述分析论证，以及配合机器的现场使用条件，决定选用方案二。因为，此机器不仅要求能在潮湿的环境中连续工作，还要求运输部件有较强的抗磨损能力，这是为了减少机器在运转过程中 频繁的更换运输部件，减少机器的使用成本，也减少了维修时间也提高了生产效率。同时要求此机器的体积小，以便能随着回转臂旋转，且不过分的增加回转臂的负担。选用链条作为运输部件，是考虑到其质量及体积都不是很大，且有较强的耐磨性，因此选用。方案二中，虽然电 机直联摆线针轮减速机的价格较贵，但其使用寿命较长，且能长时间工作。因此本设计选用方案二。 珠打捞机的系统设计 珠打捞机的工作原理 当确定具体的传动方案后，面对的问题就是如何经济合理的设计出漂珠打捞机输送机构。设计时，往往是生产工艺要求确定打捞机布 置。输送机系统的设计需要先考虑一下打捞机的具体工作原理。 漂珠打捞机械固定在浓缩池回转臂一侧，随其回转的同时自动打捞漂浮在水面的漂沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 15 珠，该机的工作原理：由电机、减速器组成的动力系统驱动捞取运输系统的主动链轮工作，捞取、输送采用双链刮板输送机的结构，从动轮与导轨之间传动处于水平传动，刮板水平捞取水面的漂珠，然后通过输送槽送到料箱。刮取漂珠的厚度由升降机构的垂直位移来实现。 当回转臂运送到卸料斗时，料斗前端挡铁挤压料箱底盖，将漂珠倾斜到料斗，顺料斗底部送料管道漏到地面。 机构继续回转到卸料斗后端挡铁处，由挡铁挤压 料箱底盖，使料箱底盖关闭，从而完成整个工作顺序。当未回到卸料斗料箱已满时，由控制系统制动断电停机直到转到料斗处卸料后控制系统从新启动。 该机构固定在回转臂一侧，随回转臂回转的同时完成捞取、输送漂珠的功能。机构主要由输送链、链轮、刮板、输送槽等组成，刮板固定在链条上。输送槽和刮板都采用不锈钢材制造。 由于漂珠表面的吸附力很强，容易“坨”住，因此应适当的向料箱内注水，使漂珠保持一定的粘稠度，因此需要一个制动清理润滑系统，这个系统由两个泵组成，一个是用于装置的清洗和料箱的注水，另一个是链条的润滑和清洗， 以保证漂珠捞取工作的能长时间正常运作。两个泵抽取的是浓缩池里的水。 计参数 作条件 由于漂珠为坚硬颗粒、比重轻于水，漂浮于 浓缩池水面上，浓缩池高 20m，直径45m 。等速回转搅拌池中灰浆转速 n=周速度 0 5 /v m s 。工作环境为露天开放式。因此该机械的设计应满足以下要求： 1）结构紧凑、重量轻、搬运装卸方便。 2）操作简单，安全可靠； 3）保证除灰系统安全运行，减少环境污染； 4） 成本低，实用性强； 5）防腐、耐磨。 计指标和参数 合理设计回收装置结构，合理考虑该装置与原系统转臂的相互关系，做到该装置运沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 16 行对原系统不产生不良影响，达到如下计算指标： 1）打捞率： 95%以上； 2）总机质量小于 1000 3）日打捞量： 325m 。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 17 3 传动系统的设计计算及校合 机与减速器的选择设计及校核 动机的选取 （ 1）选择电动机的基本原则 （ a）考虑电动机的重要性能（起动、过载及调速等）、额定功率的大小、额定转速及 结构形式等方面满足生产机械的要求。 （ b）在以上前提下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便且价格合理的电动机。 （ 2）电动机类型的选择原则 根据电动机的工作环境选择电动机类型； 安装方式的选择： 电动机的安装方式有卧式和立式两种，卧式电动机的价格较立式的便宜，所以通常情况下多选用卧式电动机，一般只为简化传动装置且必须垂直运转时才选用立式电动机。 （ a）防护式的选择：电机防护形式有开启式、封闭式、防护式和防爆式四种。 1）开启式电动机在定子两端上有较大的通风口，散热条件好，价格便宜，但水气、尘埃等杂物 容易进入，因此只在清洁干燥的环境下使用。 2）封闭式电动机分自扇冷式，他扇冷式和封闭式三种，前两种可在潮湿多尘埃、高温、有腐蚀性气体或易受风雨的环境中工作。第三种可侵入液体中使用。 （ 3）防护式电动机在机座下方有通风口，散热较好，能防止水及铁屑等杂物从上方落入电机，但不能防止尘埃和潮气，所以适宜于较清洁干净的环境中。 （ 4）防爆式电动机适用于有爆炸危险环境中，如油库，矿井等。 （ 1）由于此产品是在垂直于火电厂附近的浓缩池上方工作，因此要求能防止尘埃和潮气的入侵，故选用 列 全封闭自扇式三项异步电动机，该机的特点是高效节能，噪音低，振动小，温升裕大，可 24小时工作，运行安全可靠。 （ 2）选择电机型号： 工作所需的实际功率（估算）： 设电动机功率为 N 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 18 12N = K (N N )式（ 式中 漂珠输送所需功率； 链及刮板自重消耗的功率； K 综合影响系数，取 K= 1 m e x 1 m e x 1 1N = ( h e L f + h e L s i n 3 0 ) V / og g g g g g 漂珠捞取的最大厚度，暂取 0 刮板有效刮取宽度，暂取 10 L 刮板刮取及运送总长度，暂取 L=3500 刮板倾斜距离，暂 400 f 漂珠与槽面前的摩擦系数，取 f= 传动效率， 1 2 3 4 其中 1 减速器效率 2 联轴器效率 3 链传动效率 4 轴承效率 则暂取 v=s 1 ( 0 . 0 5 0 . 2 1 3 . 5 1 1 0 . 1 0 . 3 + 0 . 0 5 0 . 2 12 . 4 1 0 . 3 s i n 3 0 ) 1 0 / 0 . 7 5 5 5= 8 0 w o 2N = 式中 F 链自重引起的链拉力， F= q g 式（ 3 其中 重度系数，当下垂度 y= =30时，； q 位长度重量， m； g 重力加速度， a 中心矩，暂取 a=4000 v 链速，暂取 v=s; 若忽略离心力的影响，则有 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计说明书 19 F = q g a = 6 1 . 2 9 . 8 4 = 2 8 2 . 2 4 2 2 8 . 2 7 0 . 3 8 4 . 6 7 2 v w 所以漂珠捞取所需总功率为： 12( ) 1 . 5 ( 8 0 8 4 . 6 7 2 ) 2 4 7N K N N w 考虑到漂珠再捞取的过程中会卡住机械造成很大阻力，因此选用电机时选用较大的电机 最后确定电机功率为 选定电机型号为： 按设计要求：主动轮转速 为 21r/传动比 i=1500/21=71 减速器选用 4到轴的最大实际功率 / K 式（ 1 2 3 式（ 查得 ： 1 0 . 7 5 0 . 9 9 0 . 4 9 51 . 5P k w 子链链节的选取与计算 （ 1）确定工况系数 查参考文献 21071 页表 1 。 （ 2）确定链轮齿数：1 2 3 30Z Z Z 。 当1 30Z 时，（查参考文献 21071 页图 齿数系数2 。 （ 3）按工艺曲线选择链条规格 计算设计功率： 1 2 0 . 4 9 5 1 . 0 0 . 8 2 0 . 4 1 k p f f 式（ 当 和 21 / m 时， (查参考文献 21072 页 查得适用链条为 12A 和 12B，单由于本次设计的链条主要是运输而非机械传动而且设计时选用的功率较实际大很多（机器运转时过载可能性较高），还需要有较强的耐磨性，因此选用 1020 的链条。其节