立式辊磨机的设计与强度分析设计说明书

立式辊磨机的设计与强度分析作者姓名：指导教师：单位名称：专业名称：东北大学2013年6月DesignationandstrengthanalysisofverticalrollermillBySupervisor：NortheasternUniversityJune2013毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：立式辊磨机的设计与强度分析设计(论文)的基本内容：1.立式辊磨机三维模型建立2.立式辊磨机的装配图与零件图的绘制，总计5.0张A0图纸。3.立式辊磨机设计计算及说明论文一篇，总计21000字。4.英文翻译一篇。毕业设计（论文）专题部分：题目：设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期第1周指导教师签字：年月日东北大学毕业设计（论文）摘要立式辊磨机的设计与强度分析摘要立式辊磨机是沈阳重型机器有限责任公司引进德国非凡公司立式辊磨机技术，引进了生料、熟料立式水泥磨机的全部设计、制造和检验技术以及试验选型用磨机全套试验室设备，以满足水泥生产线的需要。随着国家大力推进新型干法水泥技术创新和设计优化，为满足水泥市场需求，沈重在消化吸收引进技术的基础上，成功地开发出了立式辊磨机，是水泥生产线技术装备国产化的一次重大突破，对完成替代国外同类进口产品和调整国家水泥结构具有十分重要的意义。本项目研究了粉磨压力、磨辊直径、磨辊内部结构，磨盘部分、分离器、磨辊宽度、磨盘转速、盘面风速等设计，采用solidworks开发的有限元分析法对关键零件进行分析，为合理设计立式辊磨机提供理论依据。保证运行情况良好，满足水泥工业大型化的需要。关键词：立式辊磨机，水泥，有限元东北大学毕业设计（论文）摘要DesignationandstrengthanalysisofverticalrollermillAbstractVerticalrollermillisintroducedfromGermanycompanysverticalrollermilltechnologybytheShenyangHeavyMachineryCo,Ltd.Besides,ShenyangHeavyMachineryCo.Ltd.alsointroducedtherawmaterial,thealldesignationoftheclinkerverticalcementmill,themanufacturing,thetesttechnologyandthetestselectionformillafullsetoftestingequipment,tomeettheneedsofthecementproductionline.Asthecountryvigorouslypromotesthenewdryprocesscementtechnologyinnovationandthedesignationoptimization,inordertomeetthemarketdemandforcement,ShenyangHeavyMachineryCo,Ltd.successfullydevelopedaverticalrollermillbasedonthedigestionandabsorptionofimportedtechnology,whichisasignificantbreakthroughofdomesticproductionlinetechnologyandequipmentofcement.Besides,ithastheextremelyvitalsignificancetocompletethereplacesimilarforeignimportsproductsandadjuststhenationalcementstructure.Thisprojectstudiesthegrindingpressure,diameterofroller,rollerstructure,grindingpart,separator,rollerwidthdisk,diskspeed,windspeeddesign,usingthefiniteelementanalysismethodofSolidWorksanalyzethekeyparts,andprovidesabasisforreasonabledesignofverticalrollermill,whichensurestheoperationinwellconditionandmeetstheneedsoflarge-scalecementindustry.Keywords:verticalrollermill，cementindustry，finiteelement东北大学毕业设计（论文）目录i目录第一章绪论11.1本课题研究的目的和意义11.2本课题国内外研究概况21.3本课题研究的内容6第二章立式辊磨机的工作原理82.1立式辊磨机的设备组成82.2立式辊磨机的工作原理82.3立式辊磨机的主要技术特点10第三章立式辊磨机方案设计及确定113.1立磨加载方式的方案比较及确定113.2立磨磨辊及磨盘形状的方案比较及确定12第四章立式辊磨机设计计算134.1一般计算134.2工艺参数的确定154.3寿命、强度计算16第五章立式辊磨机关键部件的结构设计265.1磨辊部分的结构设计265.2磨盘的设计285.3立式辊磨机其他结构设计29第六章立式辊磨机关键零件有限元分析316.1结构功能原理介绍31东北大学毕业设计（论文）目录ii6.2磨盘有限元分析316.3上摇臂有限元分析346.4下摇臂有限元分析376.5本章小结40第七章立式辊磨机关键部件的装配工艺417.1磨辊的装配工艺417.2磨盘的装配工艺447.3整体装配工艺447.4本章小结46第八章立磨机相关环境概论47第九章结论489.1结论489.2展望48参考文献49致谢50附录51东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-1-第一章绪论1.1本课题研究的目的和意义随着化工、冶金、矿山等重型工业和建筑业的发展，水泥、矿石等的生产量要求不断增加，2012年中国水泥的年产量达到21.64亿吨，比去年同期增长7.4%，磷矿石的产量达到873.53万吨。在现代化水泥和矿石磨碎生产过程中，辊磨机成为重要的生产工艺过程设备，为了提高生产质量和提高产量，目前，国内许多厂家不断更新辊磨机的性能，其中立式辊磨机的独特的优点决定了广泛的应用性。本项目是进行立式辊磨机的设计和强度分析，它综合了机械设计，机械原理，液压控制，液压系统，工程力学，有限元等技术，主要针对水泥生产线的立式辊磨机进行机械部分的设计和强度分析，可以对辊磨机进行优化，使立式辊磨机的更佳性能，寿命更加长久，解决水泥生产业中的设备优化问题，以减少设备故障的机率。对于生产水泥企业以及生产辊磨机等机械企业有重要的作用。立式辊磨机动力装置，传动装置，执行装置，防护装置，收尘装置，进料装置，分离器，风环等组成。其中动力装置由电动机提供输出，传动装置是行星齿轮减速机，进料装置是物料经锁风喂料器从进料口落在磨盘中央；执行装置由减速机输出带动磨盘旋转；磨辊和磨盘研磨作用下磨碎物料。在物料经锁风喂料器进入辊磨机时，热风从进风口进入磨内。随着磨盘转动，物料在离心力作用下，向磨盘边缘移动，经过磨盘上环形槽时受到磨辊碾压而粉碎，粉碎后物料在磨盘边缘被风环高速气流带起，大颗粒直接落到磨盘上重新粉磨，气流中物料经过上部分离器时，在旋转转子作用下，粗粉从锥斗落到磨盘重新粉磨，合格细粉随气流一起出磨，通过收尘装置收集，即为产品，含有水分物料在与热气流接触过程中被烘干，通过调节热风温度，能满足不同湿度物料要求，达到所要求产品水分。通过调整分离器，可达到不同产品所需粗细度。本项目主要是以设计动力装置即电动机的选型，执行装置即减速机的选型，执行装置即磨盘和磨辊的设计，对磨辊以及磨盘做有限元强度分析。通过本次课题的设计，可以使我对辊磨机有深层次的了解，同时对机械零部件设计，机东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-2-械原理，有限元设计方法有比较深入的学习，可以说是它是一个综合性很强的课题，对于大学四年知识的学习是一个巩固和总结,同时也可以学到许多实用性很强的新知识。这将是我人生当中的又一笔宝贵的财富。1.2本课题国内外研究概况近年来，国外对超细粉碎及分级设备、工艺、微细颗粒粒度测定等方面的研究十分活跃，这是由于国外在复合材料、新型陶瓷、电子材料等许多尖技术方面迅速发展而决定的。在先进的工业化国家，微米级超细粉碎设备已渡过了其发明时期，而进入成熟、配套、完善的阶段，设备研究朝着亚微，米级超细粉碎和微米级精密分级的方向发展。粉碎技术的发展主要表现在产品微细化、微粉功能化、设备自动化、节能新工艺和新设备及低污染高强度材料的应用等方面。我国自20世纪80年代以来，粉碎工程学术界较为活跃，其主要目标在于提高粉碎过程的效率和满足工业上某些物料产品的粒度要求。对粉碎机研究的大规模兴起，始于80年代中期，当时主要注意力在两方面:其一是湿式超细粉碎机、搅拌球磨机和塔式磨机的研究；其二是干式气流粉碎机的研究。当时，我国主要以引进国外先进的设备和技术为主，同时，国内技术人员进行了大量研究开发工作，经过十几年的努力，国内已能生产各种气流磨、高速冲击磨、搅拌磨、振动磨，有的设备在性能上已接近国外同类设备的水平。但总的说来，与国外的先进技术设备相比，我国的超细粉碎技术仍存在一些问题：已研制出的各种型号规格的超细粉碎设备中，有些在结构设计、材质及加工精度等方面，与国外先进设备相比还有一定差距。产品的深加工档次低、系列少，对用户的需求针对性差。缺少高效的超细分级设备与粉碎设备配套。磨碎机械磨碎机主要依靠两个工作表面或介质之间的挤压和摩擦力将物料研磨成极细的产品。主要产品有：(1)片磨：适用于物料磨碎，也适用于研磨含水分高的物料以及韧性大的物料。按照磨盘安装位置可以分为立磨和卧磨两种；按照磨片的材质不同可分为刚磨、金刚砂磨、石墨、陶瓷磨等，用途十分广泛。(2)锥形磨粉机：适用于小麦、杂粮和豆类的干磨和湿磨。工作时，依靠两磨头磨齿对物料的挤压和剪切作用磨碎物料。锥形磨的特点是适应性广、经久东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-3-耐用、加工低廉，但是干磨时成品的温升较高、成品质量较差、耗能大、生产效率低、噪声较大、轧距调整比较复杂。(3)对辊式粉磨机：根据使用对象不同，又可分为农用小型磨粉机和大、中型磨粉机。前者装备有一对磨辊，其结构简单、操作方便、生产率低；后者配制有两对磨辊，其结构复杂、机械化自动化程度高、生产率高，如国产MY型磨粉机。(4)立式辊磨机：亦称立式磨,其结构型式有十余种之多，如莱歇磨(LOESHEMILL)等。辊磨机是利用快速转动的若干个辊子对固定磨盘中的物料进行辊压产生的研磨作用而粉碎，有效粉碎功较高；由于它是风扫式磨，兼具粉磨与烘干的功能。其缺点是磨辊与磨盘的磨损大、寿命短，需采用高耐磨材料制作，且检修、更换较复杂。德国的洪堡公司、美国的富勒公司和丹麦的史密斯公司等都相继开发出各自的辊磨机系列产品。(5)球磨机：球磨机的类型很多，应用广泛。按研磨介质分有球磨机、棒磨机、砾磨机、自磨机(无介质)、半自磨机(少量介质)。球磨机的优点是结构简单、适应性强，可连续操作适于大型化；缺点是效率低、耗电高、介质材料消耗大。为适应工业化大规模生产的要求，采用分级机与球磨机闭路作业生产粉体物料。(6)振动磨：通过磨机筒体作高频强烈振动使研磨介质对物料产生冲击、摩擦、剪切作用而使物料粉碎。振动磨的缺点是噪音大，对轴承弹簧等部件材质质量要求高，处置某些含结晶水物料时有粒度粘结、增大现象。振动磨主要应用在耐火材料、磁性材料、化工等领域。国外机型主要有德国洪堡公司的Palla型振动磨，美国SWECO公司的立式旋振动磨。国内振动磨生产厂家主要有温州矿山机械厂、江阴机械厂及青岛矿山机械厂。(7)介质搅拌磨：介质搅拌磨有立式和卧式两大类，主要由一个静止的筒体和一个旋转的搅拌器组成，筒体内充满小直径研磨介质，主要通过搅拌器搅动介质产生摩擦、剪切和少量冲击粉碎物料，产品细度可小于。介质搅拌磨m1被认为是最有发展前途的粉碎设备。产品有美国UP公司生产的Szegvari搅拌磨、瑞典SALA公司生产的SAM搅拌磨，国内有长沙矿冶研究院研制的立式螺旋搅拌磨等。东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-4-物料的破碎是许多行业(如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等)产品生产中不可缺少的工艺过程。由于物料的物理性质和结构差异很大，为适应各种物料的要求，破碎机的品种也是五花八门的。就金属矿选矿而言，破碎是选矿厂的首道工序，为了分离有用矿物，不但分为粗碎、中碎、细碎,而且还要磨矿。因为磨矿是选矿厂的耗能大户(约占全厂耗电的50%)，为了节能和提高生产效率，所以提出了“多碎少磨”的技术原则。这使破碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。另外随着工业自动化的发展，破碎机也向自动化方向迈进(如国外产品已实现机电液一体化、连续检测，并自动调节给料速度、排矿口尺寸及破碎力等)。随着开采规模的扩大，破碎机也在向大型化发展，如粗碎旋回破碎机的处理能力已达6000t/h。至于新原理和新方式的破碎(如电、热破碎)尚在研究试验中，暂时还不能用于生产。对粗碎而言，目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机，主要是利用现代技术，予以改进、完善和提高耐磨性，达到节能、高效、长寿的目的。细碎方面新机型更多些。总的来看，值得提出的有：颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机和辊压机。辊压机是20世纪80年代中期发展起来的高效节能设备。形式上很像传统的对辊破碎机，但实质上有两点不同：一是辊压机实施的是准静压破碎，它与冲击粉碎方式相比，节省能量约30%；二是它对物料实施的是料层粉碎，是物料与物料之间的相互粉碎，粉碎效率高，物料间的挤压应力可通过辊子压力来调节。辊间压力一般可达150300MPa，破碎产品可达2mm，实现了“多碎少磨”。该机型开始用于水泥工业，其增产节能带来的经济效益引起了国际水泥界的极大兴趣与关注。随着技术的不断进步，国外为了扩大辊压机的应用范围(用于坚硬物料)和提高其可靠性，都在不断地改进自己的产品，主要表现在以下三个方面：一是提高辊面的耐磨性，如德国洪堡公司将压辊表面堆焊耐磨层改为柱钉式辊面，柱钉的硬度达到刀具的硬度，使其具有更高的抗耐磨能力(这是该公司的专利)，克鲁普公司则采取金属耐磨块组合镶嵌式压辊，来提高其耐磨性；二是压辊轴承的改进，由于该机轴承要承受巨大的静载荷和冲击载荷，原来用的双列向心球面滚子轴承寿命很短，改为多排滚柱轴承(洪堡公司是四排)后，可承受巨大的径向力，轴向力则由双作用止推轴承承受，轴承座本身具有调心功能；三是控制系统的改进，使其达到自动化(包括控制与监测)，德国洪堡公东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-5-司开发的ROLVIS控制系统，可实现该机的自动化，并可调节生产过程。改进后的辊压机已开始用于金属矿山，如智利LosColorados铁矿选厂使用德国KHD洪堡威达克公司的RPBR16-170/180型辊压机作细碎用，给料量为1680t/h，给料最大粒度为65mm65mm65mm，其生产技术经济数据表明，辊压机技术比常规的细碎技术具有很大的优越性：与圆锥破碎机相比，处理量提高27.2%，单位能耗降低21%，生产费用降低8%，产品粒度大约在3mm至325目之间。其网格柱钉式板衬使用寿命约12000h(每1000h磨损0.6mm)。这证明了该机型用于铁矿选厂也是成功的。我国东北大学与沈阳矿山机械厂协作开发的辊压机的样机(生产能力为100t/h)在唐山棒磨山铁矿试验，也取得了较好的效果。唐钢棒磨山应用高压辊磨机后。磨机产量提高近50%，能耗降低15%20%,钢球耗降低30%左右，一个月一个系列节约10万元左右。一年全厂增加产值200万元以上，而不增加其它消耗。实际应用方面，1993年吴建明在介绍粉碎节能理论的基础上，较详细的讨论了德国KruppPolgsius公司的辊压机，德国KHDHumboldtwedag公司的辊压机，美国Fuller公司的辊压机和国内有代表性的合肥水泥研究设计院的辊压机。1995年徐秉权等人研究了GGT-2型500120高压辊磨机的结构及工作原理，该设备用于处理石灰石时，排矿粒度达到了4mm80%以上通过的技术指标，节能效果显著。1995年俞美、宋宏斌研究了辊压机的粉碎流程及影响辊压机工作可靠性的因素。1997年段玉霞、王素玲等人也研究了辊压机粉碎流程，同时提出了辊压机系统中存在的问题并提出了改造办法。1998年冯国俊等研究了辊压机在氧化铝生产中的应用，矿石的预粉磨，使原料料浆产量有较大提高，解决了因料浆不足影响氧化铝产量的问题，同时对节能、降耗起到了很好的作用。将辊压机用于粉碎坚硬物料(金属矿石等)的粉碎，也进行了有价值的尝试。1997年的第20届国际选矿会议上，德国的N帕德泽尔特等介绍了高压辊磨机在铜金矿山的第一次应用，结果表明辊压机作为矿石粉碎的一种新型设备，可以取代第三段和部分取代第二段破碎，降低动力消耗，明显减少磨矿成本，提高金属收率。降低入磨粒度，多碎少磨，甚至以碎代磨是矿石破碎的发展方向，辊压机无疑是一种非常有前途的设备，其显著的节能效果和大幅度的增产将对金属矿山的矿石破碎带来革命的进展。但是这种设备压力极高导致的一系列问题，还需要开展深入东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-6-而广泛的研究，才有可能实现在金属矿山的广泛应用。1996年张铁华等介绍了1993年由法国FCB公司和意大利布兹(Buzzi)水泥公司联合研制的筒辊磨。该设备的工作部件主要是大筒体和小辊筒，两辊筒相同方向转动，物料从卧式安装的大筒体给矿端给入，在大筒体内表面和小辊筒外表面间被压碎，压碎后的物料靠离心力的作用随大筒体内壁旋转，受物料导向板的作用向排矿端移动一段距离后进入破碎区受第二次破碎，如此循环下去，矿石受多次破碎后从排矿端排出成为产品。1994年和1996年文书明等研制的自循环超细粉碎机原理上与法国FCB公司的筒辊磨相似，但在筒体的支承方式上作了大的改进，加大了筒体的长度，矿石循环破碎的次数增加，压力进一步下降，从而使得自循环超细粉碎机适合于国内的加工制造水平，设备成本大幅度下降。该设备排矿粒度可达4mm通过80%以上,当与筛分分级设备闭路碎矿时，最终排矿可达1mm通过90%以上，具有取代一段棒磨机的潜力。1.3本课题研究的内容立磨(又称辊磨机)是一种用途很广的粉磨兼烘干设备，可广泛地用于粉磨水泥或水泥熟料及其他建筑化工陶瓷等工业原料。立磨在工作原理、研磨机理、机械结构系统、工艺性能等方面以其独特的优点越来越得到国内外水泥行业的重东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-7-图1.1立式辊磨机实物图视，随着窑外分解技术的诞生，各国水泥行业越来越多地采用立磨粉磨水泥原料与熟料，如图1.1所示。立式粉磨机与其他磨粉机管磨机比较具有粉磨效率高、节能、工艺流程简单、占地面积小、磨料适应性强等很多突出的优点，国内的水泥、矿渣立磨及大型水泥生料立磨都只能依赖进口，随着国民经济的不断发展，各项建设对水泥的需求量日益增加，以及对环保、节能要求不断提高，水泥行业对大型立式粉磨机的新增需求量越来越大，尽早占领国内大型立磨市场会给企业带来巨大的经济效益。但在国内，大型立磨的设计和制造上还存在很多技术问题需要解决，还需要我们作不断深入的研究和实践，相信我们一定能克服道道难关，顺利实现大型立磨的国产化。立磨作为一种应用非常广泛而且十分重要的生产机械，日益向大型化，自动化及复杂化发展。这样的关键设备一旦发生故障，往往会给生产带来巨大的影响，常常由于对故障的出现值估计不足，致使企业蒙受较大的经济损失，每年企业为了保证其正常运转的维修费用，在企业的经营费中占有很大的比例。要解决立磨工作过程中的实际问题，势必对立磨的工作状况有一个全面清楚的认识，这样做出的分析才是科学有效的。传统的类比设计方法已不能满足立磨东北大学毕业设计（论文）第一章绪论-8-设计要求。本课题所研究的立磨是根据现有立磨技术，按照设计参数要求，运用现代设计技术设计立磨关键部件。随着计算机技术和计算方法的快速发展，对立磨的分析研究也日益丰富成熟，有限元方法已成为一种重要的研究方法。对立磨关键部件强度进行有限元分析，磨辊在工作过程中产生的应力对磨辊的时效分析和寿命预估是非常重要的，立磨部件的应力分布取决于加载情况、磨辊磨盘的结构参数和物料的特性。本课题对立磨关键部件进行强度有限元分析，利用所得到强度分析结果来指导立磨设计，设计优化参数，以达到优化效果。东北大学毕业设计（论文）第二章立式辊磨机的工作原理-8-第二章立式辊磨机的工作原理2.1立式辊磨机的设备组成立式辊磨机主要由主电机、主减速机、磨盘、磨辊组、外壳、张紧装置、分离器、辅助传动装置、风环、喷嘴环、油管路、气管路等部分组成。整机的结构见图2.1。图2.1立式辊磨机装配示意图2.2立式辊磨机的工作原理立磨的核心部分是一个转动磨盘和安装于其上面的四个锥形型磨辊。磨辊的每一个下摇臂与液压缸相连进行单臂加载，同时，磨盘转动造成盘和辊之间的相对运动导致了对物料的连续碾压作用。物料通过磨机喂料口喂入到磨盘上，磨盘的转动产生离心力使物料移向磨盘的外缘，借助于磨盘和磨辊之间的相对运动被碾压粉碎，被粉碎到一定程度的物料，借助磨盘的转动而产生的离心力向外滑动。磨盘外沿处设有喷嘴环，在这里具有烘干能力的热气流（一般流速达90m/s）将这些物料吹向上方，但比物料比重大一些的废料落入喷环下方，东北大学毕业设计（论文）第二章立式辊磨机的工作原理-9-作为废渣从排渣口排走。被吹向上方的物料，当其继续上升到设在磨机壳体上方的动、静态分离器区域时被分离器进行分离，被分离出的合格粒度物料继续被气流带出磨机，而不合格的较粗粒度的物料被分离器抛到磨机壳体后再落入到磨盘实现第二次碾压粉碎。据初步测定，物料一般需要研磨及穿过上升气流又落下再研磨，这样循环30余次才能到达磨物料细度。因此，当时用热气体研磨及烘干潮湿的原料时，立磨将是一台高效率的悬浮烘干机。在喷嘴环以上一米处气体温度由300摄氏度左右下降到100摄氏度。这就是立磨能够粉碎高湿度水泥生料的原因。立磨是按全风扫闭路原理进行烘干兼粉磨作业的。碾压破碎、风扫烘干和选粉组成了磨内物料处理的三个环节。物料在磨床上的研磨是立磨操作的主要环节。它是一个机械能与粉磨能的转换过程。输入轴功率N、磨辊压力P、磨辊在磨床上的滚动磨擦系数具有如下关系：N=Pn（2-1）式中：圆周率。磨床内无物料时，值最小，输入功率最小，但这时磨能的转换效率为零。立磨磨盘是水平的，磨棍衬板设计成锥形，理论上是以线接触形式作业的。所以在空床时机械能在一个较大的接触区全部转化为盘和辊衬板的热能，造成研磨元件表面破坏性变型和磨损。因此，空床作业对立磨是绝不容许的。磨机的磨辊靠液压缸拉紧，由液压缸产生的拉紧力传到磨辊上，再传到磨辊与磨盘之间的料层中，对盘内物料进行研磨。在地基、立柱、磨辊、磨盘、减速器这些构件中形成力封闭环形体。在各液压缸的液压系统中装有吸收振动的蓄能器。分离器靠变频调速电机驱动，并可无级变速。由主电机通过减速器带动的旋转运动使磨盘转动，而磨辊则在磨盘的摩擦作用下做围绕磨辊轴的自转。磨盘转动通过磨辊将扭矩传到轴承座上，而轴承座沿轴向将此力传到座外的缓冲装置上此力基本上，被缓冲系统吸收，降低磨机的水平振动。物料通过锁风三道闸门及进料口送到磨盘的中心，磨盘转动时，在离心力作用下，物料向磨盘周边移动，进入粉磨区域。通过辊和盘之间的运动被碾压粉碎，被粉碎到一定细度的物料向外溢出。磨盘外沿处有一风环，上升的气流（在粉磨兼烘干系统中则为热气体）通过风环作用于物料，上升的气流即能阻止物料通过风环下落，也能允许一定的粗料落入风环下面，经过刮料板排出机东北大学毕业设计（论文）第二章立式辊磨机的工作原理-10-体，再通过磨外提升机提至顶部和喂料一起入磨，进行再循环。符合某一细度要求的物料由气流向上输送，物料到达磨机上部后，由分离器进行分离，将某一细度的物料送出磨机，粒度较大的物料由分离器甩到磨腔内壁上，再落入磨盘，重新粉磨，直到选出合适粒度的料粉。2.3立式辊磨机的主要技术特点a)具有更高的研磨效率；工艺流程大大缩短；比电耗较低。物料的研磨在限定压力下进行。b)磨机可轻载启动。c)磨辊碾磨压力采用液压加载、远程控制加压、抬辊动作及调整压力。d)缓冲装置可以降低磨机的水平振动。磨盘中心给料可以使四个磨辊均匀受力。e)部分外循环可以降低磨内压差，降低系统电耗。f)磨辊、磨盘上直接参与研磨的构件是用若干块组合而成并可更换，研磨构件由耐磨材料制成。磨辊和磨盘衬板可用液压装置翻转到磨外检修或更换。磨辊衬板能翻面使用，延长了研磨构件的使用寿命。东北大学毕业设计（论文）第三章立式辊磨机方案设计及确定-11-第三章立式辊磨机方案设计及确定3.1立磨加载方式的方案比较及确定立式辊磨机通常的加载方式有两种：如图3.1所示。方案一方案二图3.1磨辊加载方式示例第一种是集中加载式，具体形式是：安装于磨盘上的磨辊通过压力框架将磨辊组连在一起，液压系统通过对压力框架进行加载使得压力框架带动磨辊组同时对磨盘加载，磨辊组的各个磨辊是处于同步工作状态，受力部件主要是压力框架和磨辊组以及磨盘。第二种是单臂加载方式，具体形式是：每一个磨辊单独成为一个部件，磨辊通过辊轴与上摇臂连接，可以绕辊轴旋转，上下摇臂通过弹性销轴连接使其成为一体，下摇臂与固定在立柱上的液压缸连接，液压缸对摇臂加压，压力通过摇臂传到磨辊上，对盘内物料进行单臂加载。受力部件主要是摇臂和磨辊以及磨盘。本课题采用第二种单臂加载方式设计辊磨机，其优点在于：1.采用单臂加载时，可以自动调节其压力，蓄能器调节压力性能较好。2.单个磨辊对料层的形状的适应性较好，在碰到局部大颗粒的物料，单臂加载可以进行对局部大块碾压时，不影响其他磨辊的工作，而集中加载的磨辊，当其对某一大块加载时，会使其他的磨辊处于对料层的悬空，不进行工作，降东北大学毕业设计（论文）第三章立式辊磨机方案设计及确定-12-低其研磨效率。3.单臂加载时会产生更大的碾磨压力，每一个摇臂可以承受更大的载荷。集中加载时，由于压力框架同时对多个磨辊传递力的作用，因此，可承受的载荷减小。3.2立磨磨辊及磨盘形状的方案比较及确定立磨磨盘和磨辊的形状通常有两种形式：如图3.2所示。方案一方案二图3.2磨辊及磨盘形状的形状第一种是鼓形磨辊，磨辊的衬板的周向形状是鼓形，与它配合的磨盘的衬板形状也是鼓形，这样在碾磨时候料层进入磨盘的槽型内，被磨辊碾碎。第二种是锥形磨辊，磨辊衬板的周向形状呈锥形，与它配合的磨盘形状是平形，这样在碾磨时，物料在磨盘与磨辊之间进行受压。本课题采用第二种磨辊形状，其优点在于：当磨辊与磨盘对物料进行加载时，理论上磨盘与磨辊的接触是一条切线，当物料进行研磨时，使得磨辊衬板的全部部位进行工作。而采用鼓形时，磨盘与磨辊的接触是一点，这样接触应力很大，在研磨的时候，鼓形的最高点磨损很快。东北大学毕业设计（论文）第三章立式辊磨机方案设计及确定-13-东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-13-第四章立式辊磨机设计计算4.1一般计算（一）磨辊尺寸1.根据磨盘直径系列初选磨盘中径为，由经验公式得：mD40磨辊直径：（4-1）)5.19()72.65.0(d040m34因此初选磨辊直径为。d2502.磨辊宽度：根据经验公式：（4-2）)05.19(24.0DBm81因此初选磨辊宽度为：。B945（二）给料粒度：根据经验公式：（4-3）401Ddm取。md10（三）磨盘转速：（4-4）DKn01.东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-14-min/9.24018.5r根据立磨相关资料及经验初选磨盘转速为：。i/23r（四）单辊碾压力：对于磨粉水泥生料：对于水泥磨生料单位面积上的碾压力一般取为。22/80/45mkNk取作为计算的依据，则由经验公式得单辊碾压力为：6（4-5）BdF60kN5.1479.2取kNF5.147（五）主电机功率：1.物料的实验结果：（没有用户，暂定为7.5kWh/t）2.要求产量：350t/h3.所需的功率计算：kWP265.735014.所配功率选电机功率为：3600kW选择的电机型号为：YRKK850-6绕线型异步电动机、3600kW、994r/min6000V5.起动转矩的要求根据立式辊磨机主电机起动特性曲线，当电机转速达到2.5时，满负荷起动的转矩要求为额定转矩的2.8倍。因电机功率，所以，现定起动转12.P矩/额定转矩=2.6，则实际上为2.61.22.8，满足起动转矩的要求。（六）主减速机的选型1.传动比：东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-15-2.439i取。4i2.入轴功率：3600kW。主减速机型号选用WPU-200C减速机，传动比为：40，因此，实际输出转速为：。min/85.2409rn（七）单辊摩擦力的计算:在衬板与磨棍的相对运动中产生摩擦力，与电机输出扭矩相平衡。电机功率P=3000kW，转速：，加载平均半径R=2.00m，则电机施加in/85.24rn给磨盘的扭矩为：（4-6）PT90mkN.152843单棍摩擦力为：（4-7）RTfmkN9.1528430（八）液压缸压力计算:根据单辊碾压力为1417.5kN，初步设定上下摇臂长度比为1:1.5，则液压缸的压力为：。kNF25.16.51474.2工艺参数的确定（一）磨机的基本风量确定1按风料比来确定依据德国一种立磨的系统工艺图。磨机基本产量为400t/h，取风料比为1.125Nm/kg，则基本风量450000Nm/h。2磨内风速的确定东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-16-当通风面积假想为时，立磨磨内风速一般在610Bm/s，风量按24D100计算，不考虑压力。（二）对磨机进风口至分离器出口压差的考虑根据水泥杂志介绍，磨机外循环时，由于喷口环风速的降低，可使磨机压差降低15%30%。根据池洲、铜陵海螺水泥有限公司运转的两台MLS4531立式辊磨机的磨机进风口至分离器出口压差为8500Pa。假设分离器压差为1000Pa，喷口环的压差为7500Pa，则内循环时，喷口环的压差为：。Pa6527)8.07.(5根据以上计算，磨机进风口至分离器出口压差可考虑确定为67007500Pa。综合考虑，可确定磨机进风口至分离器出口压差为8000Pa。（三）磨机生产能力池洲、铜陵的试验产量最小为510kg，则所能达到的生产能力Q为：Q=5107750.8750.9251.15=367.9t/h（磨损后期）其中，775为转换系数，0.875为考虑磨损后期产量下降的系数0.925为保证系数，1.15为考虑磨盘、磨辊优化设计及采用动静态分离器时增加产量的系数。根据池洲、铜陵海螺水泥有限公司运转的两台MLS4531立式辊磨机的实际产量420450t/h，该磨机生产能力达到350t/h。4.3寿命、强度计算（一）磨辊轴承的寿命计算：磨辊采用双列圆锥滚子轴承其型号为：332304A，额定转速为。,102,560kNCkmin/480r磨辊轴承受力简化图如图3.1所示：轴承的受力简图如图3.2所示，计算磨辊轴所受的轴向力和径向力：由磨辊的碾压力，得出径向力：kNF5.147（4-8）13cosFH东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-17-kN2.138cos547轴向力：（4-9）sinFVkN6.31547图4.1磨辊受力简化图图4.2磨辊轴承受力示意图由图纸设计的测量可得，磨辊轴向力与径向力作用点与轴承支反力作用点接近，因此可以将磨辊轴的轴向力和径向力作为轴承所受的轴向力和径向力，东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-18-即kNFAH6.31RV28轴承所受的当量载荷：（4-10）)(YAXfPmdkN17.308)6.3102.5其中，为冲击载荷系数；df为力矩载荷系数；m为径向系数；X为轴向系数。A磨辊的转速计算：磨辊的平均半径为，磨盘的平均半径为，因此磨辊mr1250mR1250的转速为：nrR1mi/76.3985.240轴承寿命的计算：（4-11）)(016PCfnLthh1549)31082.(76.310其中，。为温度系数tf（二）中心轴强度校核：由设计图纸测量简化为近似力学模型，磨辊及摇臂的受力图如图3-1所示：东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-19-则图中，因此，根据平面力系的求解：19.23sin1FxkN3.8719.256ycos1k5375.14729.26因此，中心轴在两摇臂上的反作用力为：2yxF合kN4.735.82中心轴的受力示意图、弯矩图如图3-3所示：图4.3中心轴受力示意图东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-20-则最大弯矩在A、C两点，由于C点轴径较小，所以对C两点进行校核：C点的弯矩为：1lFMC合mNk40685.73C点处的抗弯剖面模量为：（4-12）32CdWm154890.3C点处的弯曲应力为：（4-13）CWMPa98.251406由工程材料手册查到42CrMo的许用应力为：，因此，pC所以中心轴的强度符合要求。（三）磨辊轴的强度校核：磨辊轴主要功能是连接摇臂与磨辊，在工作时，它可以简化为悬臂梁，同时受到水平面与垂直面内的集中力作用，如图4.4（1）所示，轴与摇臂的连接处是校核截面，受力图及弯矩图如图4.4（2）所示。由设计图纸测量其距离可画出其弯矩图如图4.4（3）所示：则磨辊轴A处为危险截面，东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-21-图4.4（1）磨辊轴受力示意图图4.4（2）磨辊轴弯矩图东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-22-图4.4（3）磨辊轴合力矩图A处垂直方向的弯矩为：13sin1cos2rFlMAVmN189670.13sin250.4754A处水平方向的弯矩为：mN16859702.4A点的合弯矩为：22AHVAM21685970189mN043A截面的抗弯剖面模量为：（4-32AdW14）3268014.rfMAH东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-23-3308564m则A面的弯曲应力为：（4-AWM15）30856419pa7.由工程材料手册查到42CrMo的许用应力为：，因此，MA所以磨辊轴的强度符合要求。（四）分离器转轴的强度校核：由设计图看出，分离器旋转轴在分离器启动时受到扭矩最大，分离器重量集中在轴端的4个螺钉上，因此需要校核分离器转轴的启动转矩。根据经验选粉设计分离器，其转速大约为3080r/min，设定为50r/min，当分离器启动后60s内达到额定转速，由此进行校核分离器旋转轴的扭转剪切强度。东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-24-图4.5分离器转子示意图分离器转子呈鼠笼形状，可以将其简化为筒形来计算其转动惯量，转子的形状尺寸如图3.5所示，则其转动惯量为：（4-16）2)(1rmJ251222291107.)160798(450)678(4.38mkgrh转子的转速为：（4-17）3nsrad/2.5014.根据初始设定，分离器在启动后60s内达到正常转速，则其启动加速度为：（4-18）t2/087.63.5srad根据牛顿定律得出所需转矩为：（4-19）JTmN74102.8.分离器转轴的受力及扭矩图如图3.6所示，东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-25-图4.6分离器轴扭矩图A面的扭转剪切应力为：（4-20）316dTA37804.2MPa9（五）对键的强度进行校核：键所受的挤压应力为：（4-21）dhlT4MPa5.8210.7查阅工程材料手册，钢的许用挤压应力在轻微冲击状况下为：pp120因此，所以，键的挤压强度符合要求。p键所受的剪切应力为：（4-22）bldTA2MPa2.168054.7查阅工程材料手册，Q235A的许用剪切应力为：84东北大学毕业设计（论文）第四章立式辊磨机设计计算-26-因此，所以键的强度符合要求。A东北大学毕业设计（论文）第五章立式辊磨机关键部件的结构设计-26-第五章立式辊磨机关键部件的结构设计5.1磨辊部分的结构设计（一）磨辊的主要组成及其作用磨辊是完成碾磨物料的主要功能部件，加压系统通过下摇臂对其施加压力，使磨辊衬套紧压在磨盘与物料层上，通过磨盘的主动旋转使物料碾碎。磨辊的主要组成部分包括：磨辊衬套，磨辊套，磨辊轴，上摇臂，下摇臂，润滑油管，透气管等。其各部分的作用分