5000型沥青混凝土拌合楼的毕业设计

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 1 页目 录目 录 . 1第一章 绪论 . 2第二章 干燥滚筒设计方案的选择 . 6第三章 设计计算 . 11第四章 主要零部件的强度校核及设计计算 . 17第五章 电动机的选择及传动装置的确定 . 22设计总结 . 25致谢 . 27参考文献 . 28哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 2 页图 1.1 间歇式拌合设备总成第一章 绪论1.1 沥青混凝土设备概述沥青混凝土就是将各种规格的骨料(砂、石)、粘结剂(沥青或渣油)和填料(矿粉)按一定比例混合形成沥青混合料，经成型后所形成的混凝土板块。用于拌和沥青混合料的机械设备就称作沥青混凝土拌和设备。1.1.1 沥青混凝土拌合设备的主要作用沥青混凝拌合设备是沥青路面施工的关键设备，沥青混凝土拌合设备运用的好坏，严重影响路面工程施工的质量、进度和生产效益。搅拌设备完成的基本工作 （1）将冷矿料初步配料、加热烘干、重新筛分与计量；（2）将液态沥青沥加热、保温、输送与计量；（3）将填料进行输送与计量；（4）将按照一定的配合比计量好的热矿料、矿粉与热沥青均匀地拌和成所需要的成品混合料。1.1.2 沥青混凝土拌合设备的分类1.按生产工艺划分为间歇式和连续式间歇式拌和设备的工艺特征是：各种成分是分批计量好后投入拌和器进行拌和的，拌和好的成品料一批从拌和器卸出，接着进行下一批料的拌和，形成周而复始的循环作业过程。 连续式拌和工艺中，各种原材料是连续地进入拌和筒中，拌好的成品料也是源源不断地从拌和筒卸出。在结构上，这种设备的骨料烘干和拌和在同一个滚筒中进行。 2.按设备的额定生产率划分为 小型设备：额定生产率小于 60t/h； 中型设备：额定生产率在 70140t/h； 大型设备：额定生产率大于 150350t/h； 超大型设备：额定生产率大于 350 t/h。3.按设备的机动方式不同可划分为固定式、半固定式和移动式三种。1.1.3 间接式搅拌设备与连续式搅拌设备的比较强制间歇式拌和设备（图 1.1）的生产一般为各组成成分（碎石、砂子、石粉、哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 3 页沥青等）按比例分别进行精确计量且间歇分批投料和强制搅拌，即分批计量分批投料分批强制搅拌分批出料。骨料在烘干之后计算。冷骨料的烘干加热和混合料的搅拌分别在两个不同的总成装置（干燥滚筒和搅拌器）内进行；冷骨料烘干加热方式为火焰逆流式。其自动化程度高，沥青混合料制备质量高，烘干加热效果好，成品料残余含水量小，适用范围广。但是产生大量粉尘，除尘设备成本高。连续滚筒式搅拌设备的生产一般为各组成成分（碎石、砂子、石粉、沥青等）按比例分别进行连续动态计量且连续投料和滚筒跌落搅拌，即按质量（或容积）连续计量连续投料连续滚筒跌落搅拌连续出料。骨料在烘干加热前计量。冷骨料的烘干加热和混合搅拌在同一总成装置（烘干搅拌筒）内进行的，冷骨料烘干加热方式为火焰顺流式。生产过程中粉尘量大量减少，污染小，生产工艺简化。由于其采用顺流加热方式，热效率相对较低，混合料成品残余含水量难以掌握，且沥青可能接触明火产生老化。1.2 国内外发展状况与发展趋势沥青混凝土搅拌设备是沥青路面机械化施工的关键设备,由于其运行状况直接影响施工质量与速度,历来为公路施工单位所重视。近 20 年来,我国公路交通事业发展迅猛,公路机械化施工因此获得巨大进步,特别是对参与高速公路沥青路面工程建设的企业来说,拥有大型沥青混凝土搅拌设备已是市场准入条件之一。就技术工艺和设备的先进性而言,美国、英国、德国、法国、意大利、日本和韩国等国家生产的沥青混凝土搅拌设备在总体技术水平和运行性能方面处于世界前列,尤其在智能控制和运行可靠性方面更是如此。如何缩小与国外同类产品的差距,开发出满足市场急需的产品,主导国内沥青混凝土搅拌设备市场,已经成为目前国内企业急需解决的课题。近年来随着国家对道路建设投资的加大，尤其是高等级公路的发展，筑路机械行业迎来了又一个春天。作为公路施工机械核心设备的沥青拌合设备得到了突飞猛进的发展和技术革新，产品效率高、档次高、产品规格系列化、设备性能先进化、操作控制自动化的高端产品成为沥青搅拌设备发展方向。240t/h 以上的产品已占整个市场份额的 40%左右，但主要以国外产品为主，国产产品以 160t/h 以下的中低档产品居多。目前国外沥青搅拌设备外形结构紧凑、精巧,便于拆卸转移,尤其是智能控制技术的成功运用,使得沥青搅拌设备的技术水平得到了进一步的提升。另外，国哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 4 页家对道路施工质量要求也越来越严格，沥青混合料质量的影响因素也成为拌合设备设计者们的考虑对象，新的技术理念和新的结构不断应用到沥青拌合设备领域。因此虽然沥青搅拌设备将会有一个大的飞跃,但由于技术上的差距,对我国沥青拌合设备的发展和技术革新提出了新的要求和挑战。近年来由于新开工的油面工程较多，沥拌市场延续了良好的发展态势。另外加上监理方要求高速公路配备 5000 型沥青搅拌站, 从而使得 5000 型的市场相对比较火爆。1.2.1 国内外发展状况沥青混凝土拌合设备在国外有着很久的历史，经过长期的发展，特备是随着电子技术、计算机技术与信息处理技术的迅速发展，沥青混凝土拌合设备已经达到很高的水平，并且还在不断的改进完善和提高。其总体发展水平可以归纳为：1、生产能力系列化、大型化2、技术性能先进化3、控制操作自动化我国沥青混凝土拌合设备从 20 世纪 60 年代后期起步，进入 80 年代后期，在国家“八五”规划中，交通部把 1000 型沥青搅拌设备(其中包括间歇式和连续式)作为重点攻关项目以来的 5 年后初显成效，间歇式沥青搅拌设备在 1000 型的基础上，国内企业通过技术引进和技术合作，以及自主开发的形式，成功研制开发了 2000 和 3000 型。进入 21 世纪，间歇式沥青搅拌设备就在我国遍地开花，很多企业都成功地研制开发了 3000 型，特别是最近几年加大了对行业先进技术的跟进力度，在电子技术、智能技术方面取得一定突破。并且在结束性能方面已经达到国外 80 年代末90 年代初的现金水平。涌现了一批优秀企业，如西筑、徐工、无锡雪桃、无锡锡通、辽筑等 10 多个厂家都成功研制开发了 3000 和 4000 型沥青搅拌设备，有的企业甚至研制开发了 5000 型沥青搅拌设备，特别是国内沥青搅拌设备制造企业发展到 60 多家，初步实现了产业规模化和普及化。国内企业通过引进吸收国外的先进制造技术，使我国间歇式沥青搅拌设备设计、制造技术取得全面飞跃。目前整机设计技术已居国际前沿水平。但是在生产规模、制造工艺产品的可靠性和耐用性等方面，与国外发达国家相比还有和大差距，特别是在开发研制和生产大型搅拌设备、提高产品的技术性能等方面还需要我们努力解决。1.2.2 干燥滚筒的发展趋势国外沥青搅拌设备外形结构紧凑、精巧，尤其是智能控制技术的成功运用，使得沥青搅拌设备的技术水平得到了进一步的提升。环保型沥青搅拌设备产品的开发成为企业重要的一项工作。节能技术和机电一体化技术的应用已到了必须直面的时候。采用人机工程学设计，提高操作的智能化，减少噪声和振动，对外观造型设计的要求更高。另外随着电子技术和电子元件的日渐成熟，计算机仿真技术的发展，哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 5 页自动检测，自动控制和自动调节技术也逐渐在干燥滚筒上得到应用。节能、环保、自动化、智能化、高效率、大功率是未来几年干燥滚筒的发展方向。国内绝大多数企业对干燥滚筒没有自己的专业设计，即没有自己的设计理论和计算依据，比如燃烧区长度的确定依据，料帘设计的热力学计算，以及根据骨料级配不同如何调整导料板的布局，形成最佳的料帘提高热能利用，确保出料温度的最佳调节控制。除尘器中一级和二级装置的合理匹配，特别是根据骨料级配类型不同如何合理的调节装置和依据，以满足干燥滚筒合理的负压、烟气温度; 尤其是一级除尘装置对热料仓细级料的影响，以致于影响成品料的性能。另外，燃烧器与干燥滚筒的匹配的问题需认真研究。1.3 选题背景及意义1.3.1 选题背景随着中国交通道路网的不断壮大与延伸，道路的施工设备也在不断发展改进。在高等级公路的建设中，沥青混凝土作为一种面层料具有高温稳定性强、路面抗滑性能好、抗磨耗能力强等优点，越来越多地被道路设计者们采用，沥青拌和楼就担负起了生产沥青混凝土的使命，从而沥青拌和楼在现代的高等级路面的施工中占有着举足轻重的作用。近年来，在国家宏观调控政策的影响下，我国工程机械产业进入了加速增长阶段，呈现出前所未有的繁荣态势。工程机械装备已经称为我国国民经济发展的支柱产业之一占世界工程机械总量第七位。随着国家西部大开发战略的实施，南水北调工程，西电东送工程的启动，奥运会的基础设施及场馆建设等众多国家发展战略的实施，都为国内工程机械产品市场的发展提供了良好的空间，同时也必将有力地拉动相关产业的发展。道路建设速度日益加快，中小型的沥青拌和楼已经不能满足道路建设的需求。10 年前产量在 120t/h 的沥青拌和楼已经渐渐逐出市场竞争的舞台，取而代之的是 360t/h 及 400t/h 等高产量的沥青拌和楼，他们渐渐成为市场的主流产品。随着拌合楼产量的不断增大，其关键设备干燥滚筒有关设备和技术参数也迎来了新的挑战。对其使用寿命、工作效率、烘干能力、加热装置和驱动方式提出提出了新的要求。1.3.2 选题目的与意义近年来随着高等级公路的迅猛发展和对高等级公路路面质量要求的加强，影响沥青混合料质量的重要设备干燥滚筒装置越来越受到设计者们和道路施工单位的重视。集料的烘干质量严重影响路面的摊铺质量，且烘干质量的好坏与烘干方式、烘干温度控制、叶片结构和强度等息息相关。以最低油耗达到最高效率的概念具体哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 6 页体现在干燥滚筒的每一个细微部分，为了达到以最低油耗达到最高效率的目的，设计者们利用在这一领域的丰富经验对如烘干方式、在筒内聚集的时间、旋转和排列方式、筒的散热方式、过量空气等所有相关因素进行认真深入研究。显然，为了得到质量合格的集料，拌合、称量和振动筛分这几道工序至关重要，而干燥滚筒的作用同样不容忽视。因此，为了提高沥青混合料的拌合质量进而提升公路摊铺质量达到国家质量标准，必须对干燥滚筒设计、结构和选材等方面加强研究。在本设计中，主要进行干燥滚筒烘干方式、驱动方式的选择及结构的确定和主要零部件的设计计算、强度校核。第二章 干燥滚筒设计方案的选择2.1 干燥滚筒的作用与结构特点沥青混凝土本和设备有下列总成或部件组成：供料装置，烘干加热装置，除尘装置，拌合器，矿粉装置，成品料料斗，沥青流量器，沥青加热装置和操作控制室等。冷骨料的烘干加热装置主要由干燥滚筒和燃烧装置两部分组成。它是沥青混合料拌合设备不可缺少的关键总成之一，其作用是将骨料烘干加热至一定的工作温度，然后与一定温度的适量沥青等材料混合且均匀搅拌为成品料。即利用该装置对骨料进行加热并使其充分脱水，以保证计量准确和准确的油石比及有机结合料对热骨料的均匀裹覆，是成品具有良好的使用品质和摊铺性能。2.1.1 干燥滚筒的作用烘干加热装置用于冷骨料的烘干和加热到工作温度，其主要部件是干燥滚筒。干燥滚筒是对冷骨料进行烘干、加热的装置，使冷骨料在较短的时间内用较低的燃料消耗充分脱水，并升高到一定的温度。其烘干能力与几何尺寸、颗粒大小和含水量有关。对冷骨料烘干加热的具体要求：为使冷骨料在干燥滚筒内以较短的时间、较低的燃料消耗充分脱水并加热至所需的工作温度，对干燥滚筒及冷骨料烘干加热提出以下要求：1） 、冷骨料在干燥滚筒内应直接与燃气充分接触，以充分利用热能。2） 、冷骨料在干燥滚筒内应均匀分散，并在筒内有足够的带留时间。3） 、干燥滚筒内应有足够的空间，能容纳燃料燃烧后的热气和水分蒸发后的水气，以免使其内部气体受热膨胀后压力过大而使粉尘逸散。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 7 页图 2.1 干燥滚筒主要结构2.1.2 干燥滚筒的结构特点作为拌合设备关键部件，干燥滚筒的技术更新也备受关注，其烘干方式由简单旋转式发展为强制间歇式和滚筒连续式，并且有顺流和逆流两种，驱动方式也发展为齿轮传动、链传动和摩擦传动的多种方式。目前旋转式、长圆柱形的干燥滚筒得到广泛应用。其用耐热的锅炉钢板卷制焊接而成，骨料从一端进入筒内，从另一端卸出。另外随着科学技术的发展，自动控制系统、专家诊断系统、在线监测等已经开始在干燥滚筒上进行应用。随着人们对干燥滚筒研究的不断深入、生产经验的不断积累，以及先进制造技术和科学技术的发展一些问题将会得到进一步的解决。滚筒内叶片的结构形式对干燥效果的影响，将得到进一步的研究，转筒转数、倾斜度、干燥介质温度、速度对干燥速率的影响，提供较为准确的最佳参数范围。为进一步提高效率、降低能耗、优化干燥滚筒性能，提高控制水平和产品质量，不断增强在线检测的能力，计算机技术、专家系统将在干燥滚筒的领域得到进一步的应用和发展。2.2 干燥滚筒外部结构的确定干燥滚筒外部由滚筒体、筒箍、滚圈、支撑滚轮、驱动装置等组成，如图 2.1。下面我们介绍其烘干方式、驱动方式的选择与安装和支撑部分。干燥滚筒的筒体一般采用耐热锅炉钢板卷制焊接而成。小型滚筒用 4 个滚轮支撑（每个滚圈下 2 个） ，大型滚筒用 8 个滚轮支撑（两个一组） 。圆柱形的干燥滚筒经滚圈支撑在支重滚轮上，而滚圈通过与筒之间的温度形变胀缩件（滚圈架）固定在筒外表面上。骨料一般从一点进入筒内，被烘干加热后从另一端卸出。2.2.1 烘干方式的选择冷骨料在干燥滚筒内的烘干加热方式一般有两种：火焰逆流式与火焰顺流式。前者为冷骨料进入干燥滚筒及在筒内的流动方向与火焰入筒内的方向相反，即燃烧加热装置安装在干燥滚筒的出料口的一端，火焰自滚筒的出料口一端喷入，热气流逆着料流方向穿过滚筒，这种方式一般用于强制间歇式拌合设备的冷骨料烘干加热哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 8 页装置上；而后者一般用于滚筒连续式拌合设备的冷骨料烘干与混合料搅拌装置（简称加热搅拌筒）上，其冷骨料进入加热搅拌及在筒内的流动方向与火焰喷入筒内的方向相同，即燃烧加热装置安装在加热搅拌筒的进料口一端，火焰自滚筒的进料口一端喷入，热气流顺着料流方向穿过滚筒。由于逆、顺不同加热方式的本质区别，致使前者的热量利用效果明显的优于后者，本课题选择逆流加热方式2.2.2 驱动方式的选择对于大型的设备，由于滚筒质量已足够大，因此常常将前后滚圈下的托轮作为主动轮，利用摩擦传动的方式驱动干燥滚筒。干燥滚筒不同驱动方式比较表 表 2.1项目 齿轮式 链轮式 摩擦式适用范围 中小型 大中型 大型安全、密封性 旋转部分暴露在外， 易磨损，安全性差 同齿轮式旋转部分可用密封罩封闭，磨损小，安全可更换性 需整体更换 可部分更换 不必更换制造精度 高 较高 一般噪声 较大 大 运转平稳，噪音小结合各方面因素，本课题选择摩擦传动，如图 2.2。2.2.3 安装与支撑圆柱形的干燥滚筒经滚圈支撑在支重滚轮上，而滚圈通过与筒之间的温度形变胀缩件（滚圈架）固定在筒外表面上，图 2.3。圆柱形筒体焊接制造。一般选择切向片状滚圈架。滚圈架在筒体上采用焊接或螺栓固定。滚圈架的安装间距不应大于滚圈架宽度的22.5 倍。滚圈架固定区内筒体的凸缘可按以下尺寸制造：宽为（45）b，厚为（1.52）（其中 b滚圈宽度；筒壁厚度） 。为保证冷骨料干燥烘干加热后，能够顺畅的从其出料口卸出和在筒内具有一定的停留时间，且满足烘干加热要求等，干燥滚筒一般倾斜安装 36。滚筒图 2.2 摩擦驱动方式哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 9 页图 2.3 安装与支撑的倾斜度、旋转速度、长度、直径、叶片排列和数量等决定了骨料在滚筒的停留时间（其中长度、直径、叶片的排列和数量等在设计制造时即已确定） ，其倾斜度为改变设备生产率和适应不同粒度与含水量的冷骨料在现代拌合设备上大多是可调的。当骨料含水量较大时，可选择较小的角度，使冷骨料在筒内的停留时间长一些，烘干加热效果就好一些，反之可选择较大的角度。在生产批量沥青混合料过程中，倾斜度一旦调定就不能再改变，因为改变它会带来一系列相关问题，如冷骨料的进料比例（供料量大小） 、燃烧加热装置喷烧器喷油量的大小和火焰强度以及油石比等。滚筒筒体一般是依靠前后两道筒箍和支撑滚轮（一般每道筒箍筒体两侧各有一个支撑滚轮）支撑安装在机架上。在大型干燥滚筒上，为减小接触应力在每道筒箍筒体一侧也采用成对支撑轮来支撑的，每对支撑轮是通过平衡架安装在机架上。由于筒体倾斜安装且以旋转方式工作，为防止其轴向滑移，通常在每道筒箍的两侧各安装一个水平止推、定位滚轮以便承受滚筒的下滑力。2.3 干燥滚筒内部结构与进排料结构2.3.1 内部结构如图 2.4，为使冷骨料在干燥滚筒内被均匀抛散而有效的吸收热量，达到烘干加热的目的，在滚筒内壁不同区段上安装有不同形状的叶片。当滚筒旋转时，叶片将骨料刮起、提升于不同的位置、不同高度抛下，从而使骨料与热气流充分接触而被加热。改变不同区段上的叶片结构，同样可以改变冷骨料在筒内的移动速度，即可以改变拌合设备的生产率。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 10 页图 2.4 叶片结构图 2.6 进料口布置1、筒体 2、排烟箱图 2.5 料帘的形成干燥滚筒的内部结构根据不同的位置、不同的结构叶片的功能可划分为三大区：受料区、提升-抛散区、（烘干加热区）和卸料区。为使骨料自滚筒进料端较快的向内移动，受料区大多采用螺旋叶片，它相对于滚筒轴线的升角为 4560，该区长度大约为筒径的 0.50.8 倍。提升-抛散区内的冷骨料向前移动只要是依据筒体的倾斜。该区根据筒体的长度可安装数排平行于滚筒轴线的提升-抛散叶片，两排叶片间应具有合适的间距。为使热气更好的传给骨料，相邻两排的在径向上应该错开。叶片长度应根据此区的长度、叶片排数及相邻排间距等方面选择一个合理值。叶片形状多为槽钢形和弯角形。靠近燃烧器的一端叶片断面为 T型，其两翼则使部分物料始终留在其中，防止火焰直接烘烤滚筒，减少热量散失。卸料区通常安装径向直线形叶片，它与滚筒轴线成 2030的安装角，以加快骨料的移动速度和防止骨料受热辐射而过热。卸料区的叶片数可相对少些，但不能过少，否则骨料只沿旋转着的干燥滚筒内下部很窄的表面移动，致使该区段筒体内大部分表面因遭受火焰的强烈热辐射和热对流而过早损坏。该区长度为筒径的 0.40.5倍。升料叶片常有浅槽式（a） ；深闭式（b） ；浅拱式（c） ；镰刀式（d） ；浅闭式（e） ；密闭式（f） ；平面径向式（g）;平面前倾式（h）和平面后倾式（i）等。深闭式具有的尺寸为：l=0.2D,l 1=0.085D,d=0.6D,=2530。在段内，以半个叶片的节距，沿筒长安装数排升料叶片。在筒轴线方向上的升料叶片的长度l=0.60.8m。在筒内的低温区内或采用短叶片时，可采用焊接固定升料叶片 ，而在高热区内，为了保证叶片和筒体因不均匀受热变形有相对的位移，必须采用螺栓固定。在长为 0.40.6 筒直径的第区段内，实现矿料的卸料，通常装有与筒轴线成 2030安装角的直形叶片，以便加速矿料的移动，避免辐射热烧毁矿料。2.3.2 进料口与排烟箱的结构如图 2.6 在烟箱一侧，干燥滚筒具有为安置进料装置的空口。进料装置由通过烟箱与水平轴线成 6070角安装的斜槽组成。为了保证废气从干燥滚筒内排出，可以应用皮带给料器或振动喂料槽向干燥滚筒的下部供送砂石料（如图 2.6） 。本课题选择图示的倒料槽式进料装置，其中倒料槽穿过穿过排烟箱伸入干燥滚筒进料端并相对水平面倾斜安装成哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 11 页图 2.7 卸料方式1、热料提升器 2、螺旋提升器 3、筒体 4、管道5、接料斗 6、料斗6070，以免湿料进料不畅。工作时斜皮带输送机输来的冷骨料经倒料槽进入干燥滚筒，然后再通过筒体受料区的旋转叶片将冷骨料抛至筒内。2.3.3 卸料方式的选择干燥滚筒的卸料端位于卸料箱内，图2.7。对于小直径的干燥滚筒，一般采用重力出料的卸料箱，矿料绕过火箱，从筒内下落到槽上。其沿水平轴 45角安装，以保证干矿料自由洒落到热料提升机的接料斗中。这样的卸料系统具有较长的卸料槽，并要求热料提升机的接料斗下置到更低处。这里采用旋转提升器式卸料装置，如图 2.7，从干燥滚筒出来的热骨料由旋转提升器提升到筒体轴线以上并抛入漏斗内，再沿着集料槽落入热骨料提升机的受料斗中。采用这种装置可以使热骨料提升机的受料斗高出地面，还可以直接安装在干燥滚筒的机架上，既便于热骨料提升机的维护，又减少拌合设备转场时的拆装工作量。在近干燥滚筒火箱区段的内面上镶有耐热钢板制成的衬板。2.4 整体结构的初步确定干燥滚筒由以下主要部件组成：筒体、筒箍、胀缩件、支撑轮（传动摩擦轮） 、卸料箱、进料箱、排烟箱、机架等组成。综上所述，可初步确定干燥滚筒的基本组成和构造，如图 2.8哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 12 页图 2.8 逆流加热式干燥滚筒的结构第三章 设计计算3.1 干燥滚筒参数的计算在设计给定生产率的拌合设备的时候，要确定烘干筒的结构参数：烘干筒的容积 V（m 3） 、长度 L（m） 、和直径 D(m);筒的安置角（相对于水平的倾角） 。干燥滚筒容积的大小直接影响单位时间内通过筒内的燃气量，筒的长度和安置角则决定砂石料在筒内的移动速度和停留时间。因此，这些参数都影响着烘干与加热的效果。干燥滚筒的长度和直径变化均与其生产能力产生影响，但后者远远大于前者。考虑滚筒直径确定复杂，为简化计算可先参考下表所列经验数据对滚筒直径 D 进行初选，待滚筒长度确定后，再进行验证。3.1.1 干燥滚筒容积的计算干燥滚筒容积的大小直接影响单位时间内通过筒内的燃气量，确定容积的简便方法可根据水分的小时蒸发率 A（即筒容积 1m3在 1h 内所蒸发的水分的重量）来计算。则有：（3.1）AQWV式中 W蒸发水分的质量，kg/h;砂石料的含水量，%,取 3%；Q烘干筒的生产率，kg/h;A烘干筒的蒸发率，kg/m 3*h。筒的蒸发率 A 取决于所采用的干燥滚筒加热流程、筒内的结构型式、筒内砂石料得充满率以及筒的转速。此外，还与砂石料的性质、含水量及其尺寸有关。蒸发率 A 的值可根据拌合设备干燥滚筒的试验数据来估算，一般取 125175 kg/m3*h,通风良好时可达 220250 kg/m 3*h。将数据代入得 V=0.03*400000/200=60m33.1.2 长度与直径的计算确定筒的容积 V 后，可确定筒长 L 和直径 D 。干燥滚筒直径与生产能力的关系 表 3.1生产能力G（t/h） 25 50 100 200 400哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 13 页滚筒直径 D（m） 1.10 1.401.60 2.002.20 2.402.60 2.80初选 D 为 2.8m，代入下面的公式，n= （3.2）15式中：n滚筒转速，r/min;g重力加速度，g=9.8m/s 2。 可得到转速为：n=8.8r/min长度 L 的确定L =4n D tg （3.3）式中：干燥滚筒安置角（相对水平线倾角） ， （） ，一般 35。将数据代入得 L=4*9*2.8*tg5=9m直径 D 的校正D = （3.4） V4得 D =2.9m.3.2 驱动功率的计算干燥滚筒在工作时，主要克服一下阻力：筒内材料的提升阻力 W1；筒旋转时滚圈沿支撑滚轮的滚动摩擦阻力 W2；支撑滚轮销轴内的摩擦阻力 W3。为克服以上阻力而正常工作，干燥滚筒的驱动功率 P 可按下式计算：P=W/ （3.5）式中：W为克服 3 种阻力，换算到驱动元件（齿圈、链条、摩擦轮）上的总力，KN，W= W 1+ W2+ W3；驱动元件的圆周速度，m/s；驱动机构的机械效率。3.2.1 筒内提升阻力 W1的计算筒内叶片的提升材料阻力W1（KN） ，可根据材料提升时作用在筒上的力矩平衡式求得，如图3.1 所示。M1=GMb=W1Rq （3.6）W1= GMb/ Rq （3.7）哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 14 页图 3.2 材料在筒内所占面积图 3.1 干燥滚筒计算简图a、滚筒旋转时材料的提升阻力；b 、滚筒不转时的在支撑轮上的压力分布式中：M 1材料提升力矩，KNm ;GM筒内材料重力，KN；b筒内材料重心相对于滚筒重心垂直轴线的距离，m;Rq驱动元件半径，m。材质重心相对筒中心的距离，取决于由筒转速而定的工况。大型干燥滚筒的转速一般较慢，对于慢速转动干燥滚筒，材料在筒内所占的截面积为一弓形面积，如图 3.2。其质心位于离筒中心 x 距离处。材料质心到筒中心的距离可按下式求得x=a3/(12S) （3.8）式中：a弓圆弦长，m;S弓圆面积，m 2。弓圆弦长 a=2 =2.83 （3.9）hRh式中：R 筒的内径，m;h弓圆高度，m。弓圆面积S= a h=1.9 323hR（3.10）这样可得 x=（2.83 ） 3/（12*1.9 ）= R （3.11） 3当滚筒转动时，弓圆材料将相对于垂线旋转一个角度 M=4550；此时，材料的重力的力臂：b= x sin M= R sin M =（0.70.77）R （3.12） 在考虑了滚筒转速的工况下，滚圈上的圆周力：W1=0.75 GM R / Rq （3.13）3.2.2 滚圈沿滚轮的滚动摩擦阻力 W2和支撑滚轮销轴内的摩擦阻力 W3的计算为了计算干燥滚筒沿滚轮的滚动摩擦阻力和支撑滚轮销轴内的摩擦阻力，必须确定作用在滚轮上的压力。滚轮压力计算简图如图 3.3 所示：作用在滚轮上的压力（KN）P=(GM+G )/(z cos) （3.14）p式中：G M筒内材料的重力，KN；G 筒的重力，KN；z 支撑滚轮数，z =4；=30。pp筒内材料的重力（KN）哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 15 页图 3.3 滚轮上的压力GM = =112 .5KN（3.15）g 式中：D 和 L 筒的尺寸参数（m）;筒内材料填充系数，=0.100.20; 被烘干料的密度， =1.7t/m3;MMg重力加速度，g=9.8m/s 2。P = =82.93 KN （3.16）cos G+z换算到驱动元件半径上的滚圈沿支撑滚轮滚动的摩擦阻力（KN）：W2 = （3.17）cs)(R(1qMrkr式中：R q驱动元件半径，m;r支撑滚轮半径，m;k1滚圈沿滚轮的滚动摩擦系数，k 1=0.00020.0005 m。换算到驱动元件半径上的支撑滚轮销轴摩擦阻力（KN）：W3= （3.18）cos)RG+(20qMrk式中：R q驱动元件半径，m;r0支撑滚圈销轴半径，m; r 0=0.085 m；k2支撑滚轮轴承摩擦系数，k 2=0.004 m。将各参数代入公式得：W1=83.6 KNW2 =0.79 KN W3=0.36 KN克服 W1、W 2和 W3所需的圆周力：W= W 1+ W2+ W3=84.65 KN 驱动元件的圆周速度(m/s)：=R q n/30=0.105nRq=1.42 m/s （3.19）干燥滚筒驱动所需功率 P（KW）：P=W/=133.6 KW （3.20）式中：驱动机构的机械效率，=0.9 由于采用四台电动机同时驱动，每台电动机功率为 33.4 KW3.2.3 干燥滚筒内部叶片的设计干燥滚筒内部叶片的设计应满足下列要求;1)、骨料能在进料区段内快速移动；哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 16 页图 3.5 区段叶片形式a)浅槽式 b)深槽式 c)勺式 d)曲线式图 3.4 间歇强制式干燥滚筒叶片形式2)、可强化滚筒对流区段内燃气和骨料之间的换热过程；3） 、在燃烧区段内，骨料不应堵挡燃烧器喷吐的火焰，以使燃料在干燥滚筒内有一个良好的燃烧条件；4） 、骨料加热后，能与填料和结合料在滚筒内充分搅拌，均匀混合。根据强制间歇式沥青混合料拌合设备的工作特点（干燥滚筒采用逆流加热方式，进对骨料进行烘干加热） ，其干燥滚筒内有四个区段配置不同结构的叶片（如图 3.4） 。螺旋带头数与直径的关系 表 3.2滚筒直径 D （m）区直径螺旋带头数 区的长度（m）11.41.881010122.4 16(0.40.8) D 第区段为进料区段。这一区段的叶片系接料叶片，其用途是将骨料接入干燥滚筒内并快速地向前移动。为此，这一区段的叶采用片多头螺旋带，螺旋带的升角取 4560或螺距 s=（1.83.14）D ，其头数和长度视干燥滚筒的直径而定（见表 3.1） 。第区段为滚筒对流区。为强化骨料和燃气之间的换热过程，叶片的设计应使骨料在此区段内多次提升和自由洒落，并达到充分均匀分散，使燃气充分与骨料进行热交换。该区段叶片的结构形式如下图所示，安装时应错开布置。曲线式升料叶片的尺寸（如表 3.3）：曲线式升料叶片尺寸 表 3.3哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 17 页图 3.6 叶片的设置滚筒直径 D （mm）叶片数量 H(mm) K(mm) R(mm) (mm)1000 8 180 140 160 412001400 8 200 160 180 51600 12 200 160 180 61800 12 240 195 220 620002200 16 240 195 220 8深槽式升料叶片的具体尺寸：l1=0.2 D = 0.58 m l2=0.0.085 D =0.25 m L1=0.6 D =1.74 m =2530第区段为滚筒燃烧区，为使燃料充分燃烧，该区段的骨料在向前移动过程中不能堵挡火焰，而应保证始终沿着叶片围成一周。这样，还可以减少由于燃油滴被骨料装落造成的机械不完全燃烧的损失；减少通过干燥滚筒壁散热的损失，减少热辐射对干燥滚筒壁的损害。为此该区段的叶片可设计成盒形（如图 3.6） 。第区段为卸料区，通常安装径向直线形叶片，它与滚筒轴线成 2030的安装角，以加快骨料的移动速度和防止骨料受热辐射而过热。卸料区的叶片数可相对少些，但不能过少，否则骨料只沿旋转着的干燥滚筒内下部很窄的表面移动，致使该区段筒体内大部分表面因遭受火焰的强烈热辐射和热对流而过早损坏。该区长度为筒径的 0.40.5 倍。干燥滚筒内叶片的固定，在低温区或使用短片时，可采取焊接的方式固定；而在高热区，由于叶片和滚筒的不均匀受热，变形会产生相对位移，所以必须采用螺栓固定。第四章 主要零部件的强度校核及设计计算对于干燥滚筒部件需要进行强度校核计算的有：筒体、滚圈，支撑滚轮和滚圈架等。筒体按许用应力进行强度计算和挠度计算，而滚圈进行弯曲和接触强度计算。4.1 筒体的计算4.1.1 筒体的强度计算筒体在工作中最不利的受载情况是：湿料集中加荷在两滚圈 L0距离之间；不考虑两端非受载区的影响；驱动元件的圆周力的垂直作用。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 18 页图 4.1 滚筒筒体受载简图干燥滚筒的受载情况如图 4.1 所示。两滚圈之间的可以用下式表示;l0=L -2 l0；l 0=（ ）L 514式中：l 0干燥滚筒两滚圈外的端部长度。滚筒筒壁应力 = （4.1）WMP10式中：M P由弯矩和扭矩作用的总计算力矩，KNm。MP =0.35M+0.65 （4.2）2KM在垂直平面内筒的变矩，KNm；M= =280.3 KNm （4.3）200LqlGp滚圈的重量，KN ；q滚筒的均匀荷载；KN/m.；q =（G M+ G ）/ L =31.92 KN/m. （4.4）L0滚筒两滚圈的距离，m；G 滚筒的重力，KN；MK =W R q =122.7 KNm （4.5）MK由圆周力W 引起的滚筒的扭矩，KNm。= 或 = =0.034 KNm （4.6）W D32 滚筒的抗弯截面模量；滚筒的内直径，m；滚筒的外直径，m；滚筒筒壁的厚度，m；其值的大小取决于滚筒直径，如表 4.1：滚筒筒壁厚度与直径的关系 表 4.1直径 D （m）1 1.4 1.8 2.4 2.8(mm) 8 10 12 16 20滚筒的许用应力，Mpa,取其值不应大于 25将已知参数代入各个公式得：哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 19 页MP =404.04 KNm= =11.88 Mpa =25 MpaW10为了避免干燥滚筒的局部弯曲变形，尤其在与滚圈架接触段上的筒体弯曲变形，必须在该区段上装置衬（垫）板，其厚度为筒壁厚度的 1.52 倍。4.1.2 筒的挠度 f 的验算为了避免干燥滚筒的弯曲变形，以保证传动装置的正常工作，筒体受均匀荷载和集中荷载作用产生的挠度值 f 不应大于许用值，即：f=f1+f2f 0 L0 （4.7）式中：f 1由均匀载荷产生的挠度，m；f2有集中荷载产生的挠度，m；f0每米筒长的许用挠度，f 0=0.0003 m/ m。筒受均匀载荷作用而产生的挠度：f1= （4.8）EJqL38450式中：E钢的弹性模量，Mpa；其值视滚筒温度而定，如表 4.2：钢在不同温度下的弹性模量 表 4.2温度（） 20 100 200 300 400E（Mpa） 210000 197200 191000 184500 175500J筒截面的轴惯性矩，m 4。筒受集中载荷作用而产生的挠度：f2= （4.9）EJLGWq10)(830J= （4.10）（ D64将数据代入各个公式得：f1=410-5m f2=710-5 m f=f1+f2=1.110-4 mf 0 L0=8.710-4 m4.2 滚圈、滚轮和滚圈架及止推轮的设计计算4.2.1 滚圈、滚轮和滚圈架的计算为了保证干燥滚筒的热膨胀，滚圈和滚圈架（刚性胀缩件）之间的间隙为：=（t 1-t2） =0.0073 m （4.11）D式中：钢的线膨胀系数，=11.510 -5（m/ （m） ） ；哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 20 页t1筒体的最高温度，；t2筒体与滚圈在装配时的温度，。滚圈直径 m：dH = +2hk+3.2 m （4.12）D式中：h k滚圈架的高度，m。滚圈的宽度：bH =P/ qk=0.164 m （4.13）式中：q k许用线压力，慢速旋转的干燥滚筒，q k =2000 KN/m。滚圈和滚轮在接触处的挤压应力（Mpa）为： CM=0.59 206 Mpa CM （4.14）rREHg210式中：q g实际线压力，KN/m；慢速旋转的干燥滚筒，q g 2000 KN/m；滚圈半径，m；HRr支撑轮半径，m；E1、E 2滚圈和支撑轮所用材料的弹性模量，Mpa； CM许用挤压力力，Mpa；其值见下表：常用材料的许用挤压应力 表 4.3材料 普通碳钢 铸钢 铁 CM （Mpa） 390590 290490 340为了保证滚圈有足够的寿命，滚轮的直径不应制成很小的直径。对沥青混合料拌合设备的干燥滚筒，其支承滚轮的直径为：dp=（0.150.33） =0.5 m （4.15）HD式中： 滚圈外直径，m。HD在实际中考虑到滚筒的热膨胀伸长和不精确安装的误差，滚轮的宽度 bp（m）应比滚圈的宽度 bH 大 2030 m m：bp=bH +（0.020.03）=0.2m （4.16）滚圈和滚轮相比，较为昂贵，又是一个主要零件，滚圈一般用钢制造 G5或 G6。为了提高滚圈的寿命，滚轮材料的弹性模量应小于滚圈材料的弹性模量。两滚圈架（胀缩件）之间的距离 lk（m）可以按下式计算：lk=d H /ZK=d H k/360=0.63 m （4.17）式中：d H 滚圈内直径，m； k滚圈架的角距，； k =1020（小值在滚圈和筒体在恶劣的条件下工作时选用） ；ZK在滚圈上滚圈架（胀缩件）的个数，视干燥滚筒直径大小而定，哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 21 页图 4.2 止推轮装置通常 ZK =816。滚圈的弯矩 Ma（KNm）：Ma=Plk/4=13.06 KNm （4.18）滚圈径向厚度 hH （m）：hH = =0.06 m （4.19）10baH式中：滚圈的许用弯曲应力，Mpa；普通碳钢取 100，铸钢件取60。4.2.2 止推轮的设计计算为了保证干燥滚筒的正常运转，止推轮与筒体滚圈架之间的松紧程度要适宜,两止推轮之间安装有松紧调节装置，如图 4.2。止推轮的受力 F 为：F=Gsin （4.20）式中：干燥滚筒的倾斜角，一般为 3-5，本设计取 5。止推轮的直径为：dz=（0.150.25） =0.4 m （4.21）HD式中： 滚圈外直径，m。HD为了保证止推轮与滚圈架间的合理装配，止推轮的厚度度好 hz（m）应比滚圈的径向高度 hH 小 510 m m：hz=bH -（0.0050.01）=0.05m （4.22）止推轮轴的弯矩 Mz（KNm）：Mz=Psinh z/2=1.82 KNm （4.23）滚圈和止推轮在接触处的挤压应力（Mpa）为：z CM=0.59 14.6 Mpa CM （4.24）zHzrREp210式中：p z接触压力，KN/m；滚圈半径，m；HRrz止推轮半径，m；E1、E 2滚圈和止推轮所用材料的弹性模量，Mpa； CM许用挤压力力，Mpa；其值见表 4.3。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）共 30 页 第 22 页第五章 电动机的选择及传动装置的确定5.1 电动机的选择干燥滚筒一般由电动机驱动，由于干燥滚筒的转速一般较低，因而电动机在绝大数情况下与变速箱一起使用。为此选用电动机时，应考虑到与变速箱的匹配问题。5.1.1 电动机的选用原则通常应根据干燥滚筒的驱动功率和其