圆筒混合机电机功率的计算论文

1 圆筒混合机电机功率的计算 摘 要 经过一系列地分析推导 ,归纳出圆筒混合机的驱动马达功率的计算方法 ,并通过 包钢 烧结厂 4合机的功率计算 ,进一步阐明了上述公式的应用方法。 关键词 圆筒混合机；电机功率；计算 of 4-1 of is by of a of is by of of 4m at 前言 由于圆筒混合机具有结构简单、工作可靠、检修维护方便、运行平稳、生产能力大、混合造球好等优点 ,在烧结作业的一、二次混合中得到广泛地应用。但是 ,如何计算传动功率 ,选定电动机的容量 ,以满足生产实际的需要 ,则比较困难。电机常出现的问题，主要表现在 : 电动机的温升较高 ; 减速机的响声异常。通过现场的观察、分析 认为是由于电动机的功率不够造成的。实图如下： 图 筒混合机 2 混合机传动总功率的分析 混合机的传动是由电动机通过一、二级减速机和两组主动托辊、两组被动 2 托辊摩擦传动来实现 的 ,混合机的进料端比出料端高 ,使整个设备具有一定的倾斜角。 经分析可知 ,驱动圆筒混合机转动所消耗的功率 1 2 3( ) /N N N N (1) 式中 N 驱动圆筒所消耗的功率 / 1 筒内物料转动所消耗的功率 / 2 筒体克服支承系统的摩擦所消耗的功率 / 3 筒体本体转动所消耗的功率 / 总传动效率 3 圆筒混合机内物料运动过程分析 料转动所消耗功率的计算 物料在筒体内运动是比较复杂的。混合料进入圆筒后 ,由于与筒壁之间产生摩擦 ,在圆筒旋转离心力的作用下 ,附于筒壁并上升到一定的高度 ,然后靠重力的作用滚下 ,与上升的物料产生相对运动而滚动成球 混合料在多次往复运动的过程中 ,在轴向分力的作用下 ,不断向出料端移动。 从圆筒的横断面上看 ,由于混合料层较厚 ,各部位受力情况相差很大 ,其上升时达到的高度也不相同 ,并且在圆筒连续旋转的过程中 ,总是有一部分物料在上升 ,一部分在下落 ,物料上升或 下落的多少 ,与圆筒的转速有关。若转速过小 ,混合料所受到的离心力、圆周力也就过小 ,物料就不能上升到足够的高度 ,仅堆积在圆筒下部 ,这种情况起不到混合与造球的作用。与之相反 ,若转速过大 , 物料所受到的离心力、圆周力过大 ,致使物料紧贴附于筒壁而带到很高的部位才抛落下来 ,这种情况也起不到造球的作用。只有在速度适宜时 ,设备运转安全 ,混合与造球效果也好 ,大型混合机一般选用 6 7r/速度。 经上述分析可知 ,转动物料所消耗的功率 由下式决定 : 1 1 1 1 2N N N(2) 式中 物料重心上移所消耗的功率 /12 物料滚动 ,内摩擦所消耗的功率 / 料的受力如 下 图所示。 3 1. 筒体 2 物料 图 物料受力情况 图 2 中物料所受重力为 G，筒体对物料的支持力为 N，物料所受摩为 F，其中摩擦力 F N 筒体转速为 n(r/则其角速度为 n/30 (3) 为物料位置和筒体中心的连线与竖直方向的夹角，称为物料提升此时物料颗粒法线方向受力方程为 (4) 切向方向上受力方程为 (5) 将 F= N 和式 (2入到式 (2得 ( (6) 可以看出随着物料的上升，变大， N 变小， F 也变小，而重力在切线上的分量 不同性质的物料在圆筒混合机内的运动时，由于物料的不同性质以及及筒体不同的转速、不同的填充率等工艺参数时，物料运功状态大致有六种状态 2。分别为 移 )、 梯 )、 动 )、瀑布 )、 瀑布 )和 心 )。 计算物料重心上移所消耗的功率 经过分析论证 ,物料重心上移所消耗的 功率 4 : v/ 102 (7) 式中 筒内滚动物料总重 / 1= (8) 填充率 R 筒体半径 /m L 筒体长度 /m 物料容重 / 3m v 物料重心线速度 c 的垂直分量 1/ 11s i n s i n / 3 0v n r (9) 式中 n 筒体转速 / r 物料重心半径 /m； 1 物料料面与水平面的轴角； 研究筒内物料的运动可知 ,动态的1比静态的 自然 堆角要小 ,这是因为 :(1)随着筒体的回转 ,表面物料层沿斜面滚落下来 ,滚落部分角称为剪切角 , = - 1; (2)物料运动中内摩擦减小 , 动 = (静;(3)由于温度、湿度、粒度等的变化 , 1与 不同。 3r 2 s i n / 3c R (10) 2 2 s i n 2 2 (11) 式中 物料对应中心角的一半 / 填充率 与的关系由式 (7)给出 ,或由表 1 查出。 把 (8)、 (9)、 (10)式代入 (7)中有： 4 3 31 1 1N 6 . 8 4 4 1 0 s i n s i L (12) 5 计算物料滚动时内摩擦所消耗的功率 (1) 精确计算上升物料与滚动下落物料间内摩擦力是比较复杂的 ,因为影响的因素较多 ,而有些因素是随机的 ,如物料特性、物料滚动状态等。为了计算出内摩擦力的大小 ,根据实际情况做出如下两点假设 : 上升物料与下落物料的重量相等 ; 内摩擦力均布在通过重心的圆周上。这样 ,内摩擦力可由下式求出 : 21 /2 r g (13) 式中 F 内 摩擦力 / 内摩擦系数 g 重力加速度 ,取 g=1s 角速度 / 1s = n/ 30 (14) (2)内摩擦力对圆心 O 所产生的力矩 M : 221 /2 r W r g(15) M 内摩擦力矩 / 1m (3)内摩擦所消耗的功率12N: 1 2 1 / 1 0 2(16) 把 (8)(10)(14)代入式 (15)得 ; 6 3 4 612 8 . 1 1 8 1 0 s i n /N n R L (17) 计算转动物料所消 耗的功率 把 (8)、 (15)式代入 (2)中得： 6 3 3 4 6 2 311s i n ( 6 . 8 4 4 1 0 s i n 8 . 1 1 8 1 0 s i n / )N n R L n R (18) 算克服支承系统的摩擦所消耗的功率 2 2 1 2 2N N N(19) 21N 托辊上所消耗的功率 / 22N 挡轮上所消耗的功率 / 计算托轮上所消耗的功率 (1) 由于 4 个托辊承受混合机转动部分全部重量的径向力 ,所以每侧两个托辊上所承受的径向力之和 由下式求出 : 1 1 2 3( ) c o s / 2 c o W W (20) 式中 1p 径向力 / 2 托辊滚圈中心连线与垂直方向的夹角 / ( )； 筒体轴线与水平线的夹角 / ( )； 2W 筒体及齿圈的重量 / 随着混合机的长期使用 ,筒壁内要附着一定厚度的粘着矿 ,因其厚度是随机变化的 ,所以重量确定起来较困难。一般是根据日立造船株式会社的经验和数据来确定其重量 : 312W (21) 式中 1 粘着矿的松散容重1=27503m 筒内粘着矿的厚度 ,取 筒体长度 /m,一次混合取较大值 ,二次混合取较小值 (2) 筒体转动在 4 个托辊上克服的滚动阻力 : 2 1 1 1 1 1 2 3 1 12 ( 1 / ) ( ) ( 1 / ) c o s / c o s l D d l W W W D d (22) 式中 滚动阻力矩 / m l 滚动摩擦力臂 /m 托轮的外径 /m D 滚圈的外径 /m 7 (3) 4 个托辊上所消耗的功率 : 2 1 2 13 1 2 3 1 1/ 1 0 21 . 0 2 7 1 0 l n ( ) ( 1 / ) c o s / c o W D d (23) 支承托辊的滚动轴承也消耗一部分功率 ,但与 比要小得多 ,可忽略不计。 计算挡轮上所消耗的功率 为了减小挡轮与滚圈之间的滑动摩擦损耗 ,挡轮和滚圈间应是两个锥体作纯滚动 ,即这两个锥体有公共点 ,则挡轮的平均直径 : 21(1 / )d h D(24) 滚圈的直径： 1 h(25) 式中 挡轮的平均直径 /m 滚圈的平均直径 /m h 挡轮的厚度 /m 挡轮上所受到的径 向力 用下式求出 : 2 1 2 3( ) s i W W (26) 式中 2p 径向力 / 体转动时在挡轮上所遇到的滚动阻力矩： 2 2 21 2 3( 1 / )( ) ( 1 / ) s i c c l D W W D d (27) 在挡轮上所消耗的功率 2 2 2 23 1 2 3/ 1 0 21 . 0 2 7 1 0 ( ) ( 1 / ) s i nc p c l W W W D d (28) 同样 ,支承挡轮的滚动轴承也消耗一部分功率 ,但与 比要小得多 ,可忽略不计。 计算支承系统所消耗的总功率 把 (23)、 (28)代入 (18)可得： 23 1 2 3 1 21 . 0 2 7 1 0 ( ) ( 1 / ) s i n ( 1 / ) c o s / c o s C P c p l W W W D d D d 8 (29) 计算总功率 因为筒体在设计、制造时几乎采用完全的动平衡 ,又因为筒体 转速比较小 ,所以 ,在正常运转时转动筒体本体所消耗的功率3 相比要小得多 ,可忽略不计 ,则式 (1)可变为 : 12( ) /N N N (30) 上面所述为圆筒混合机在正常运转时的实耗功率的分析计算方法。选用电动 机 时 ,还要考虑启动过载系数以及安全系数。 4 计算总功率 包钢烧结厂的圆筒混合机 圆筒半径 R=筒长度 L=圈直径 辊外径轮大端直径 轮厚度 h=辊滚圈中心连线与垂直方向的夹角z= 060 ；筒体倾斜角 =1 ；筒体和滚圈重量 的传动效率 =动摩擦力臂 l =10 m;筒体转速 n=10r/料容量31 7 0 0 /kg m ；物料安息角 35；填充率 。 (1) 动态堆角 1 按自然堆角的 算 ,则 : 1 0 . 8 3 5 2 8 ；动态内摩擦系数1 0 . 5 3 1 7； (2) 由式 (14)计算 ,当 = ,筒内物料对 应中心角的一半 ; ； (3) 由式（ 2（ 2算： 挡轮的平均直径 ： 21(1 / )d h D= 0 . 2 5 ( 1 0 . 1 / 1 . 4 4 ) 0 . 2 3 3 m 滚圈的平均直径 ： 1 h=4) 由式（ 2算筒内滚动物料的重量： 20 . 1 2 5 3 . 1 4 0 . 6 4 1 7 0 0 9 6 0 . 8 4 ； 9 (5) 由式 (2算筒体内粘着矿的重量 : 312W = 2 3 . 1 4 0 . 6 4 0 . 1 2 2 7 5 0 4 9 7 3 . 7 6 (6) 由式 (2算转动物料所消耗的功率： 3 3 4 6 2 311s i n ( 6 . 8 4 4 1 0 s i n 8 . 1 1 8 1 0 s i n / )N n R L n R 3 3 46 2 31 0 0 . 6 4 1 7 0 0 s i n 5 0 . 3 ( 6 . 8 4 4 1 0 s i n 2 88 . 1 1 8 1 0 0 . 5 3 1 7 1 0 0 . 6 s i n 5 0 . 3 / 0 . 1 2 5 )8 . 4 5 (7) 由式 (2算克服支承系统的摩擦所消耗的 功率： 23 1 2 3 1 21 . 0 2 7 1 0 ( ) ( 1 / ) s i n ( 1 / ) c o s / c o s C P c p l W W W D d D d 341 . 0 2 7 1 0 1 0 1 . 4 1 0 ( 9 6 0 . 8 4 2 1 7 3 . 5 4 9 7 3 . 7 6 ) ( 1 1 . 3 4 / 0 . 2 3 3 ) s i n 1( 1 1 . 4 4 / 0 . 2 5 ) c o s 1 / c o s 6 0 0 . 1 6 (8) 由式 (2算圆筒混合机运转消耗的总功率： 12( ) /N N N ( 8 . 4 5 0 . 1 6 ) / 0 . 9 1 9 . 4 6 由于在计算时都是按最大极限负荷计算的，故电动机的功率可以认为就是圆筒混合机 运转消耗的总功率。 5 结束语 选择电动机应注意的： 选择电动机要根据工作载荷，工作机的特性和工作环境等条件，选择电动机的种类、类型和结构形式、容量（功率）和转速、确定具体型号。 (1)选择电动机种类、类型和结构形式。根据电源种类（直流或交流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）及载荷特点（性质、大小、起动性能和过载情况）等条件选择。生产单位一般用三相交流电源，如没有特殊要求应选用交流电动机。其中以三相鼠笼式异步电动机用得最多，其常用标准系列为 。在经常启动、制动和反转的场合（如起重机 ），要求电动机转动惯量小和过载能力大，因此应选用起重及冶金用三相异步电动机 （鼠笼式） 10 或 （绕线式）。电动机结构有开户式、防护式