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空气 流化床 选煤 结构 改进 设计 CAD 图纸 PDF

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中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 薄文超 学 号：14030361 学 院： 应用技术学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 空气重介流化床干法选煤机结构改进设计 专 题： 指导教师： 鲍久圣 职 称： 讲师 2007 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术 专业年级 机自03-8班 学生姓名 薄文超 任务下达日期: 2007 年 1 月 11 日毕业设计日期： 2007 年 3 月 20 日 至 07 年 6 月 20 日毕业设计题目：空气重介流化床干法选煤机结构改进设计毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： 院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日 中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第 页 1 绪论1.1我国能源的现状世界现已探明的煤炭储量是石油的6.3倍。全球2004年的煤炭消费量增长了6.9 ，而石油的消费量仅增加了2.1 。2005年石油价格高位运行，将进一步带动煤炭需求的增加和煤炭市场的稳定回升。中国的煤炭资源预测地质储量，达45000亿吨以上，与美国、俄罗斯两国不相上下，中国煤炭行业投资的相对不足更是吸引了全球投资者的目光。 2004年我国原煤产量完成19.56亿吨，创历史新高，同比增加2.28亿吨，增长13.2%。2004年全国煤炭销量完成18.7亿吨，同比增加2.1亿吨，增长12.7%。全国煤炭出口8400万吨，同比减少902万吨，下降9.7% 。到2004年年末，全国煤炭社会库存1.05亿吨。根据国家统计局的数据，2004年中国原煤产量同比仅增长14.8%。四大用煤行业的增长速度均超过煤炭行业，来自下游的强劲需求使得煤炭供需缺口有进一步扩大的趋势。我国是一个水资源十分贫乏的国家，三分之二以上的煤炭分布在我国西北部，山西、陕西、内蒙古、宁夏等这些地方都是严重缺水地区,传统的跳汰,湿法重介与浮选方法,吨煤耗水量为34,为了解决煤炭加工与缺水的矛盾,干法选煤技术在本世纪70年代就提上了议事日程。工业用水方面，我国炼钢等生产过程的单位耗水量比国外先进水平高几倍甚至几十倍。水的重复利用率不到发达国家的1/3。中国是世界上煤炭产量最多、增长速度最快的国家。1949年仅产煤炭3243万t，1950年4292万t；1960年达到3.97亿t，1970年3.54亿t，1980年6.20亿t，1990年突破10亿t，1995年达到13.61亿t，1996年增加到13.96亿t，创历史最高年产量记录，占世界总产煤量46.07亿t的30%。1997年由于东南亚金融危机和经济结构调整的影响，煤炭产量下降到13.73亿t。中国煤炭产量分布很不均衡据中国第二次煤田预测资料，埋深在1000m以浅的煤炭总资源量为2.6万亿t。其中大别山秦岭昆仑山一线以北地区资源量约2.45万亿t，占全国总资源量的94%；以南的广大地区仅占6%左右。中国煤炭资源的种类较多，在现有探明储量中，烟煤占75%、无烟煤占12%、褐煤占13%。其中，原料煤占27%，动力煤占73%。动力煤储量主要分布在华北和西北，分别占全国的46%和38%，炼焦煤主要集中在华北，无烟煤主要集中在山西和贵州两省。而我国的煤炭存储位置和质量，总的来看较好。但是又有自己的特点。已探明的储量中，灰分小于10%的特低灰煤占20%以上；硫分小于1%的低硫煤约占65%70%；硫分1%2%的约占15%20%。高硫煤主要集中在西南、中南地区。华东和华北地区上部煤层多低硫煤，下部多高硫煤。 中国煤炭资源北多南少，西多东少，煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。从各大行政区内部看，煤炭资源分布也不平衡，如华东地区的煤炭资源储量的87集中在安徽、山东，而工业主要在以上海为中心的长江三角洲地区；中南地区煤炭资源 的72集中在河南，而工业主要在武汉和珠江三角洲地区；西南煤炭资源的67集中在贵州，而工业主要在四川；东北地区相对好一些，但也有52的煤炭资源集中在北部黑龙江，而工业集中在辽宁。但是,煤炭又是一个不洁净的能源,在其开采利用的过程中带来一系列问题,破坏生态平衡,危及人类生存,因此,发展洁净煤技术是根本出路。1.2选煤技术简介 随着经济的发展，人们对能源质量的要求越来越高，煤炭作为我国的主要能源，长期以来由于只追求暂时的经济效益，忽视了对环境的影响，结果造成了环境的巨大破坏。这些年随着洁净煤技术的研究，作为洁净煤技术的源头技术选煤方法，取得了很大发展，发展选煤技术就是要谋求短期的经济效益和长期的社会效益、环境效益相统一。1.2.1选煤技术分类 选煤是通过各种方法把原煤中的矿物质去除，并加工成质量均匀、用途不同的各种品煤煤炭加工技术。大力发展选煤技术首先要选择合理的选煤方法，因为原煤中含有的矿物质及有害成分随产地及采煤煤层不同而不同，各地区、各煤层适合不同的选煤方法。 按选煤方法的不同，选煤可以分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。 1)物理选煤。根据物料的某种物理性质(如粒度、密度、形状、硬度、颜色、光泽、磁性及电性等)的差别，采用物理的方法来实现对原煤的加工处理。在实际应用中物理选煤主要是指重力选煤同时还包括电磁选煤及古老的拣选等。重力选煤主要有跳汰选煤、重介质选煤、空气重介质流化厂干法选煤、风力选煤、斜槽和摇床选煤等。 (2)物理化学选煤浮游选煤(简称浮选)。它依据矿物质的物理化学性质的差别进行分选的方法。浮选包括泡沫浮选、浮选柱、油团浮选、表层浮选和选择性絮凝等。由于实际上常用的是泡沫浮选分选细粒的物料，所以通常所说的浮选主要是指泡沫浮选。 3)化学选煤。借助化学反应使煤中的有用成分富集或除去杂质和有害成分的工艺过程。化学选煤主要有氢氟酸法、烧熔碱法、氧化法和溶剂萃取法等。 ,颗粒受到的合力G0,颗粒就会因自身受到的重力大于浮力而下沉；反之则上浮,因此,在重力选矿中,核心问是选择或“营造”一种合适的介质或分选环境,使该介质或分选环境具备相应的密度,从而使被分选的重颗粒因自身密度大于介质密度而下沉,使轻颗粒因自身密度小于介质密度而上浮。1.3.2 空气重介质干法选煤技术的发展20世纪30年代开始研究干法选矿,随之风力选煤在工业上得到应用,风力摇床在处理煤炭的除矸或易选煤的分选上是适宜的,工艺简单、省水。但缺点是:对难选煤分选效率低,污染严重,这是由它的分选原理所决定的。20世纪80年代初,我国从事空气重介质干法选煤的研究和开发,经过近20年的不懈努力,已经在煤炭3000 mm全粒级的干法分选方面取得了进展。空气重介质流化床干法选煤技术在借鉴湿法重介分选精度高与风力选煤系统简化的基础上,进行了大胆地创新,采用空气与加重质混合的气固两相流作为分选介质,实现了流态化技术在选煤领域中的应用。研究表明:完全流化后气固两相流化床的行为在许多方面都呈现类似流体的特征,如两连通床能自动调整到同一水平面,符合液体的连通器原理(见图1.4a)；当容器倾斜,表面保持水平的特征(见图1.4b)；床层中任意两点压力差大致等于此两点间的床层静压头,具有流体一样的静压现象(见图1.4c)；具有流体一样的流动性,如在容器壁开孔,颗粒将从孔口喷出(见图1.4d)；颗粒在流化床中受到浮力,其大小等于与该颗粒同体积的流化床重量,即符合阿基米德定律,即,、表示粒状物料1、2的密度(见图1.4e)。流化床的平均密度与加重质的密度及流化床的孔隙率有关,流化床的平均密度可表达为:=(1) +,略去空气密度,上式可简化为: =(1)。 在正常情况下,流化床的孔隙率是一个常数。与是线性关系,只要改变加重质种类即可改变和,因此,分选密度调节范围宽,假如选择密度较高的固体加重质(如硅铁,其密度为6 900kg/ m3),流化床的平均密度甚图1.4 气固流化床的似流体性质至可以达到=3 000 kg/ m3。为了床层的均匀稳定性,只需将床层中加重质细粉适当松散、膨胀,故风量消耗小,一般为40400 /h,这样小的风量也便于除尘净化。它的床层密度基本等于分选密度,轻产物颗粒在床层中所受浮力大于自身的重力,上浮至表面；重产物则相反,沉于床层下部,几乎是完全按照颗粒的密度进行分层的,所以分选精度高,Ep值为0.05 g/左右。空气重介质气重介质流化床千法选煤工艺，适应严重缺水地区、高寒地区和遇水易泥化煤种的选煤作业，如果在我国煤炭储量丰富的西北、华北和东北地区应用这一选煤新工艺，将具有较高的经济效益和社会效益。在这套工艺中，空气重介质流化床选煤机是核心设备，通过近20年的实验室、半工业性和工业试验研究后，该项研究成果已取得了突破性进展。中国矿业大学为实现全粒级(3000 mm)煤炭干法分选,正在进行进一步的研究开发工作,并取得了可喜的进展:1、6mm细粒级振动空气重介质流化床选煤技术粗粒入料在空气重介质流化床中受到床层的浮力作用,可以按密度分层。但对于细粒入料,因其粒度不是足够地大于加重质颗粒粒度,难以受到床层的浮力作用,或者所受床层的浮力作用难以占主导地位,且空气重介质流化床为准散式流化床,床层中有气泡存在,加重质有一定返混,导致细粒入料易随加重质一起返混或沉降,削弱了细粒物料按床层密度分层的趋势。采用目前已有的空气重介质流化床,只能解决506 mm级粗粒煤的分选问题。然而,随着机械化采煤水平的提高,6 mm级细粒煤在原煤中的含量不断增加,有的高达70%,且黄铁矿硫等主要嵌布在细粒煤中。因此迫切需要研究适合于50mm大块煤深床型空气重介质流化床选煤技术普通空气重介质流化床是用于分选506 mm粗粒煤的,因此流化床的床深控制在400 mm左右即可保证足够的分选空间,满足分选需要,且易于控制气泡的生成长大,保证床层密度的均匀稳定性。为满足露天煤矿大块煤(30050 mm)的排矸分选,需要研究深床型空气重介质流化床。显然,要满足大块煤分选需要,流化床床深应控制在1200 mm左右.我们着重研究了深床型空气重介质流化床的气体分布规律、加重质物性及大块煤分选动力学,找到了实现床层密度均匀、气泡小且兼并少的方法,在实验室1 m2模型机上实现了大块煤的有效分选,Ep值达0.02.3、1mm微粉煤摩擦电选技术摩擦电选技术的基本原理是:具有不同表面电性质的物料在气流夹带输送过程中,粒子之间以及粒子与摩擦器材料之间摩擦碰撞,从而使不同粒子带上相反极性的电荷。进入高压静电场后,带有不同极性电荷的物料向相反极性的电极方向运动,从而实现不同物料的分离.实验室试验表明：摩擦电选可分选下限小于0.043 mm的微粉煤,很显然,在这样细粒级的物料中矿物质已基本得到解离,所以摩擦电选对微粉煤具有良好的脱硫降灰分选作用,可得到灰分小于2%的超低灰煤.目前,采用这种摩擦电选技术的中试系统已通过技术鉴定。4、三产品双密度层空气重介质流化床选煤技术为简化工艺,优化产品结构,有必要研究可以一机出三种不同灰分产品的双密度层空气重介质流化床,这就要求在同一流化床分选室中形成双密度层流化床。我们从加重质的物性、粒度及密度组成、床体结构、操作参数着手,研究了双密度层空气重介质流化床的形成机理,探索在同一分选室中形成上下两个具有不同密度且相对均匀稳定的分选带,实现了三产品双密度层空气重介质流化床分选。实验结果表明：在适当的工艺、操作和结构参数条件下,可以形成双密度层流化床,并进行有效分选,轻产物分选带分选密度为1.501.54 g/ m3,Ep值为0.060.09；重产物分选带分选密度为1.841.90 g/ m3,Ep值为0.090.11。1.3.3 传统空气重介质流化床选煤机的结构简介空气重介质流化床应用于选煤，对选煤机的设计提出了许多全新要求，在结构、尺寸、刚度和耐磨性等方面与其它形式的选煤机相比也有特殊性。因此，对制造工艺也提出了严格要求。空气重介流化床分选机是空气通过布风结构以一定流速作用于重介质,形成流化状态,其性质类似流体。通过调整重介质的成分及粒度,使流化床达到一定密度:不同密度的入选物料在其间自行分层,密度较小的物料上浮,密度较大的物料下沉,物料经分选以后采用刮板输送机在机内循环的排料方式,上层排煤、下层排矸。以气固两相流为分选介质的选煤机机械结构（如图l.5所示），它主要由流化分选室、布风装置、刮板运输机构、精煤端和尾煤端等组成。设计人选量为粒度50(80)6mm、5Ot/h，分选密度为1 .30一2.20 g/cm3 ,刮板速度250mm/s.电机功率22kW,减速比71，流化面积l0 m，外形尺寸约8 OOO mm2 1 OO0 mm 2 OOO mm 。图1.5 空气重介质流化床选煤机机械结构示意本机选煤的基本过程是:压缩空气经布风装置进人流化分选室，与加重质接触，当气速达到起始流化速度时，将形成稳定的气固两相流化床，并具有一定的流化密度。加入料煤进流化分选室，依据阿基米德沉浮定律，人选煤在流化床中按密度分层，经刮板输送机构，浮物和沉物分别由精煤端和尾煤端抖排出。1.4传统空气重介流化床分选机的特点及存在问题(1)空气重介流化床干法分选机的特点多年的试验研究和商业运行结果表明,空气重介质流化床干法选煤技术具有如下显著特点:1)分选精度高.空气重介质流化床干法选煤技术是一项高效的干法分选方法,可以有效地分选506 mm粒级煤炭,可能偏差Ep值可达0.05,这与目前湿法分选中最好的重介质选煤相当。2)投资省.由于系统简单,省去了复杂而耗资很大的煤泥水处理系统,因而工程投资和生产费用都低于湿法分选,约为同厂型湿法选煤厂的1/2。3)环境污染小.由于空气重介质流化床所需压缩空气流量和压力很小,再加上合理的除尘系统,故粉尘污染极小,排放空气含尘量低于环保要求。分选机运行平稳,噪声小。4)分选密度调节范围宽.在高密度和较高密度分选时,采用磁铁矿粉及煤粉混合加重质,可获得稳定的流化床,它的最高密度可达2.2 g/cm3；在低密度和较低密度分选时,采用磁珠和煤粉混合加重质,也可获得稳定的流化床,最低密度可降至1.3 g/ m3。因此,该选煤方法能满足不同煤质、不同产品的质量要求,既可用于高密度分选排除矸石,也可用于低密度分选并获得优质精煤。(2)实际生产中存在的问题选煤机运行实践中，分选效果是好的，但也出现过一些问题，这些问题在前期试验中未曾遇见，是通过生产实践逐渐暴露的，有些问题是在不同煤质分选时出现，有些问题是在长期连续运行后出现。某些问题仅在设备上采取一定的施就可以得到解决，而有些问题则存在于以往的研究中。设计与制造中对某些问题的重视不足也造成了一些不良后果。1)主选机布风板容易堵塞，使主选机无法连续生产，处理量更达不到设计标准。第1座空气重介流化床干法选煤厂于1992年在黑龙江省建成投产,在实际生产中,空气重介干法选煤充分体现了干法选煤的优越性,并且取得了显著的经济效益。但随着生产的进行,也出现了一些问题。但在运行中也出现了一些需要改进的问题。首先遇到的问题是产品的过粉碎。50一6mm的入料在出机器后被过度粉碎，尤其是尾煤没有多少30mm以上粒度的产品，这在半工业性的长期试验中是不存在的。经观察，尾煤问题出在筛板与布风板交叉的转角处，该处的设计为两段直线相交而压链块采用了弧形。当沉物被刮板推至此处，刮板与布风板之间的间隙经历了一个由小变大，又由大变小的过程，且其最大间隙大干入选煤粒的半径25mm，所以刮板运行中将沉物严重破碎。而精煤端排煤筛板与刮板运行方向有一个夹角，也容易产生破碎现象。其次是耐磨性问题。布风板的磨损造成布风板的过早报废。其中最突出的问题就是,主选机布风板容易堵塞,无法形成均匀稳定的流化床,使主选机无法连续生产,处理量更是达不到设计标准。其主要原因是：原煤水分高,布风板透风孔直径小,加之刮板输送机直接在上面来回刮送,所以极易堵塞。再是主选机(如图1.6)是选煤厂的心脏，物料在分选机中的分选过程是：经筛分后的506mm粒级块状物料与加重质同时分别从入口加入分选机中，来自风包的具有一定速度的有压气体经底部空气室和气体布风板后均匀作用于加重质而发生流化作用。在一定的工艺条件下，形成具有一定密度的比较稳定的气一固流化床，物料在此流化床中按密度分层，轻物上浮，重物下沉.分层后的轻、重物料分别由刮板输送机逆向输送，悬浮于上的轻产物从排煤端排出，重产物从排研端排出。排出的轻重产物分别经脱介筛脱介后成合格产品送入产品仓。从其工作过程可以看出:均匀稳定流化床的形成是空气重介流化床干法分选机的关键.在实际生产中.气体布风板极易堵塞，无法形成均匀稳定的流化床，使生产不能正常进行，更谈不上处理量了。其主要原因是：原煤水分高。布风板风孔直径小(2 mm)，加之刮板输送机直接在上面来回刮送，所以极易堵塞。2)工艺流程设计不合理，没能达到分选机对入料原煤水分的要求。图1.6筛分车间的工艺流程图目前大都是机械化采煤，粉尘较大，因而喷水较多，致使原煤水分较高。而空气重介流化床对入料原煤的水分要求3.5 所以，刮板链符合强度要求。紧链力 N （3710）由已知： =1/4（+） （3711） =1/4（21395.81+5000+5356.40+5350） =9275.55 N =8.064 m =6.6 kg/m =0.03 =0带入式（3710）得 9275.5+8.0646.60.03cos =9277.10 N可见，刮板链的初张力和紧链力与多种因素有关。按以上张力确定的最小张力点张力原则上为零，但很难保证。如以T值拉伸后的刮板链正好出现了单链环或半个链环长度，这时就应把这个链环去掉而形成双链环。因此就出现了0，这也是每条链条取=23 KN的原因。3.8链轮轴的设计计算对于仅传递扭矩或主要传递扭矩的传动轴，应按扭转强度计算。对于既受弯矩又受扭矩的转轴，可以通过降低许用剪应力的方法考虑弯矩的影响，用扭转强度估计转轴的最小直径，然后进行轴的结构设计。本设计中的轴主要承受扭转作用，所以根据实心圆周的扭转强度计算公式为校核计算公式 （3712）设计计算公式 （3713）式中：扭矩剪应力，/； 轴传递的的转矩， ； 轴的抗扭截面系数， 轴传递的功率， 轴的转速， 轴的直径，考虑了弯矩影响的许用扭转剪应力和设计系数，本设计中取=50 当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径。轴段上有一个键槽时，轴径增大3%5%；有两个键槽时增大7%10%。轴的直径应圆整为标准直径。由前面的选型已知，圆环链的型号为1864，取圆环链链轮为=248mm。则链轮的转速为， （3714）即 ： =19.252 r/min由（361）知主轴的功率为45kw，代入（3713）得：=131 mm实心轴的最小直径应大于131 mm。对于空心轴 （3715） 式中=,为轴的内，外直径之比，通常取=0.50.6。取=0.5。 =137 mm即137 mm，1370.5 mm。从动链轮轴的受力和主链轮轴的受力比较简单，不用校核选用与主轴相同的轴径。主轴各轴段的结构设计为：（1）主轴输入轴端图35主轴输入段 主轴是由减速器经联轴器传入，在轴端开有键槽。此轴段有轴承支撑设有轴承轴端。（2）中间轴段中间轴端的跨度较大，约有1.60m左右，所以采用了空心轴设计。图36中间轴空心轴段 （3）小半轴段图37小半轴段 小半轴段是轴承固定支撑的另一端，是组成链轮轴的一部分。轴端设有螺孔用于轴承的轴向固定。 选用轴承时，首先是选择轴承的类型。正确选择轴承时应考虑的主要因素是：(1)轴承的载荷轴承所受的载荷的方向，大小和性质，是选择轴承的主要依据。根据载荷的大小选择轴承类型时，由于滚子轴承中的主要元件是线接触，宜于承受较大的载荷，承载后的变形也小。 (2)轴承的转速在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生影响，只有在转速较高时，才会有较明显的显著的影响。(3)轴承的安装和拆卸便于装卸也是选型的一个重要因素。在轴承座没有剖分面而必须沿轴向安装和拆卸轴承的部件是，应优先选用内外圈可分离的轴承，当轴承在长轴安装时，为便于拆卸，可选用内外圈轴孔为1：12的圆锥孔轴承，以便于将其固定在紧定套上。经分析，本设计选用调心滚子轴承GB/T2881994 20000型滚动轴承的寿命计算 (r) （3716） 式中：当量动载荷，N；轴承的额定寿命，r ；寿命指数，对滚子轴承，=10/3。实际计算时，用小时表示寿命比较方便。因，故得 h （3717）式中：n轴承内外圈的相对速度，r/min。将n=19.252 r/min, c=768 KN, P=328 KN代入式（3717）得 =18757 h轴承的工作时间大于两年，符合本设计的要求。3.9 本章小结 本章根据生产能力的要求对刮板输送机进行了设计计算。刮板输送机采用圆环链作为刮板链，刮板则采用一般的钢板裁定。计算确定了刮板输送机的轴和链轮。根据实际情况和变速的要求，减速器选用了摆线针轮减速器，而电机选用了调速电机。刮板输送机是排料是主要的排料装置，而布风板则是形成流化床的决定因素。下面则将对流化床布风结构进行设计。4 流化床布风装置的设计计算布风装置由压缩风机、风室、气体分布器 、布风板等组成 。压缩风机为布风装置提供有一定压力的压缩空气 ，为了布风匀 ，将分选段分成 l6个风室 ，左右各8个 ，每个风室的风量 、风压可根据分选的需要分别控制。为了减少重介质的排出量 。由风机产生的压缩气体进人气室后 ，经气体分布器及布风板均匀 、稳定地作用在流化床底部 。4.1 布风板结构的设计1、布风板的机构形式布风板作为布风装置中的重要部件，它的主要功能是：(1)为流化床提供均匀、稳定的压缩空气。使流化床流化效果好，分选密度均匀、稳定，满足煤炭分选的需要；(2)支撑流化床中重介质、精煤和矸石；(3)为维修排料机构及机内零部件提供立足点。在对空气重介流化床干法选煤技术的研究发展过程中,曾经先后研制过几种结构的布风板。最初使用的布风板结构比较简单,就是在钢板上均匀打孔,孔径3 mm,开孔率20%。这种结构的布风板,布风均匀,但由于孔径小,数量多而密集,因此,加工起来比较困难。在实际使用中,由于孔径很小,很容易出现堵塞的现象,造成布风不均匀,使分选无法继续进行。同时,一旦发生堵塞,清理起来也比较困难。后来,人们又研制出一种新型气体布风板。它是在3 mm的钢板上滚制深为1 mm左右的斜槽,板间夹毛毡,通过毛毡纤维间的气隙,均匀透气。钢板和毛毡用长螺栓串接起来,周边用固定框固定,做成1 m2的布风板,根据布风面积的需要,可以使用多块布风板。这种结构的布风板具有良好的透气均匀性,但投入使用一段时间后,也出现了问题。由于刮板输送机直接在布风板上来回刮送,小块的尤其是片状的矸石极易嵌入钢板和毛毡的缝隙中,将布风板拉开一个小口,破坏布风板的透气均匀性,而且随着刮板的不断来回运动,口子会越拉越大,最终使布风板无法工作,分选难以进行下去。结合以上2种布风板的特点,本设计采用第2种钢基密孔型布风板。布风板的安装形式有两种：一是布风板的钢片方向与刮板运行方向一致，这种安装形式，刮板的运行阻力小，但片状的小颗粒矸石嵌入钢片之间的毛毡后，在挂板的刮动下，易使钢片开缝，毛毡刮出而影响布风板的性能；另一种是布风板的钢片方向和刮板的运行方向垂直，这种安装形式，嵌入在钢片之间毛毡中的矸石，不会在刮板的刮动下将钢片之间的毛毡刮出，但嵌入的矸石要在刮板的刮运中刮断，因此，刮板的运行阻力及动载荷较大。一般采用后者较为适宜。设计中使用的钢基密孔型布风板的安装形式（如图41）。图41 钢基密孔型布风板结构示意图2、布风板的设计由于流化床内有运动装置(刮板输送机)对已分选物料分别输送，根据布风板的功能，它必须具有以下条件：(1)一定的开孔率和压降；(2)抗堵孔、易清理；(3)有足够的强度、刚度及耐磨性；(4)上表面平整。为了保证良好的流化效果和床层密度的均匀性，在结果设计时应合理地确定钢片的厚度、毛毡的压缩量和开孔率；在制造时要求钢片厚薄要均匀一致，毛毡的厚度和密实性要均匀，各个螺栓的加紧力也要均匀；较高的耐磨性和一定的 强度是通过材料的热处理和钢片的适当厚度来保证的；抗矸石嵌入能力与布风板制成后两相邻钢片间的间距大小、两相邻螺栓间的距离以及夹紧力的大小有关。现使用的布风板的面积为1M2，钢片材料经过处理后，强度高，耐冲击，硬度高，耐蚀性好，所选用的钢片厚度为1.25 3mm 之间, 高度为35mm，布风板用若干个螺栓夹紧，保证钢片之间有一定初始压力，使用效果良好。影响布风板工作可靠性的主要因素是小颗粒矸石嵌入钢片之间把钢片撑开，下面就布风板抗嵌入能力进行概略计算。矸石的形状各异，现以球型颗粒和楔性颗粒为例说明布风板的抗嵌入能力，图A所示，若球型颗粒或楔型颗粒粒度不大于相邻钢片之间的间距，则颗粒很容易嵌入钢片之间，虽然在设计和制造过程中，要求相邻钢片的间距要小于入料的最小粒径，但在实际生产中发现还是有少量是这种颗粒，这种颗粒很容易嵌入到布风板中，但它撑开布风板的几率不大，可以进行清理，对布风板的性能影响不大。矸石颗粒大到一定程度，在压力F的作用下，就有苦恼嵌入钢片之间，使其间距撑大，影响布风板的性能。下面就概略计算所需压力F的大小。（a） （b）图42 布风板抗嵌入能力计算示意图对于球型颗粒，如图42（a）所示，取颗粒为隔离体，根据受力分析有 （461）式中钢片与颗粒间的摩擦系数。取钢片为隔离体，其受力如图43（a） 所示，图43 (b) 是其等效受力图，由于钢片的高度较小，因此等效后的弯距M可以忽略。这样就可以将钢片简化成一简支梁，如图43 (C)所示，由于集中力 作用在梁的中点时，梁产生的挠度最大，也就是矸石在这种情况下，最容易嵌入布风板，图中l为两螺栓间的距离。 (a) (b) (c)图43 钢片受力示意图此时有 （462）根据间支梁的挠度和受力的关系有 （463）即 （464）在制作布风板时，由螺栓给钢片一定的初始压力，假定为，因此有 （465）式中 钢片的弯曲强度，钢片产生的挠度，m式59就是将矸石颗粒压入钢片间所需的压力，它由两部分组成，第一部分是克服螺栓给钢片的初始压力所需的压入力，第二部分是矸石嵌入后要克服钢片的弯曲变形所需的压力，也就是说，如果压力的话，则压入力不足以将矸石颗粒压入钢片间，布风板有一定的初始抗嵌入能力。如果压入力大于上述计算值，矸石将会嵌入钢片中，矸石在嵌入钢片的过程中，钢片会产生一定的变形挠度抵抗矸石的进一 步嵌入，随着挠度的增加，钢片抵抗矸石颗粒嵌入钢片的能力加大，所需的压入力也会加大，当压入力 时，矸石颗粒就会停止嵌入。由式59可知，如果，即时，则压入力F无限大时，才能将矸石压入布风板，这种情况下，矸石颗粒不会嵌入到布风板中去，从图57可知因此有式510表示的是球型颗粒可以嵌入布风板的最大值半径，如果球型颗粒的半径大雨此值，颗粒将不会嵌入到布风板中。对于楔型颗粒，用同样的分析方法可得，当时，颗粒将不会嵌入布风板中。如果小于此值，当颗粒嵌入到布风板的一定程度时，布风板钢片产生抵抗矸石颗粒嵌入的作用大于作用在矸石上的压入力时，嵌入布风板的矸石颗粒将会停止继续嵌入；若作用在矸石颗粒上的压入力足够大，而且矸石的粒度足够大，在矸石颗粒嵌入布风板的过程中，布风板钢片作用在矸石颗粒上的作用力超过颗粒的破碎强度时颗粒就会被挤碎。因此，只有一定粒度的颗粒才会嵌入布风板中。从以上分析可知，为了增加布风板的抗嵌入能力，要求布风板两相邻钢片间的间距和两螺栓的间距要尽可能的小，要求布风板要有一定的初始压紧力，钢片要有足够的强度和刚度。4.2 布风装置的参数的确定1、 流化床的面积根据实际经验和实验数据，50t/h空气重介流化床分选机流化床面积确定为14m2.为保证这样大面积流化床的均匀、稳定，设计采用单室面积为1m2流化床为基本单元，用16个单室拼起来形成28m2的流化床分选室。每个室都有单独的空气室，进气管和流量调节装置。这样，在每个1m2单室流化床稳定的基础上，保证了分选机流化床总体的均匀、稳定性。2、 流化床的尺寸流化床的长度应根据物料分选和分离的要求来确定，入料口距尾煤端3m，距精煤端3m，流化床的长度定为6.4m。流化床的宽度按处理量来确定，按50t/h的处理量宽度应定为2.5m。流化床的高度按物料上限粒度颗粒所需分选空间及轻、重产物层所占空间来确定。入料为506mm粒级时，床高定为350400mm，考虑床层上部除尘及检修人员进入所需空间，分选室高度定为1m。3、风压与风量流化床工作风量为400600m3/（hm2），风压为1600022000Pa，应根据不同密度和粒度的加重质来调整风量与风压的大小，另外气体布分板的阻力也要考虑进去。由于我们采用的布风板是一层钢板夹一层毛毡，利用夹紧的毛毡纤维间的空隙透气，阻力比较大，为此取风压上限22000Pa ，风量600 m3/（hm2）。 4、引风量的确定为使分选机中粉尘不外逸，在分选机顶部设置引风除尘口，经除尘设备后外排。设计引风量大于分选机的鼓风量，二者关系为： （411） 式中：流化床分选机的总鼓风量，m3/h；流化床分选机的引风量，m3/h；这样，在分选机上部空间可以形成一个相对负压，使少量离开床面的微粉尘不会外逸污染环境。分选机只需在床面以下严格密封，而上部及排料、入料接口可采用一般密封装置即可。引风的另一个作用是除出加重质中的过细颗粒，起到介质粒净化的作用。在除尘器排出的粉尘中，合格粒级含量应极少，否则将造成介质损耗量加大，如出现这种情况应及时调整风量。4.3本章小结 上面主要介绍了布风板的机构形式和特点，通过计算确定了布风装置的参数。布风板总的来说有两种结构形式即孔板型和钢基密孔型，设计中采用了钢基密孔型布风板。布风装置确定后，选煤机的总体结构已经确定了。下面要设计计算振动排矸装置部分。5 激振装置的设计本设计中利用振动筛的激振器原理进行排矸的。双轴激振器是由两根带有不平衡块的轴组成，两根轴作反向同步回转，它所产生的离心力使得布风板发生振动。根据不平衡块在轴上的位置不同，布风板振动的轨迹可以是直线或椭圆两种形式。目前使用的都是直线运动，所以我们在设计中选用模仿直线振动筛的原理进行设计。双轴振动筛的工作原理是当主动轴和从动轴的不平衡块相对同步回转时，在各瞬间位置中，离心力沿XX方向的分力总是相互迭加。因此，形成了单一的沿YY方向的激振力，驱动筛子作直线运动。5.1 结构设计1、排矸装置结构排矸装置是选煤机的主要工作构件,它支撑振动器传递激振力,受物料冲刷及磨损,在振动频率为16.16 Hz,振动强度= 4.74的应变负荷下长期工作。为此,在设计排矸床时,广泛吸收了国内外振动筛的经验及教训,计算和选择侧板与横梁断面,同时,使筛机的固有频率远离工作频率。在设计中,我们把护管作为受力构件考虑,不仅起到保护的作用,而且还承受外力；侧板采用角钢和折边以及内外衬板加强刚性和强度,同时,外衬板部分折边也可以提高筛框的刚度；增加上加强梁的数量,使上加强梁数量变为4根,以改善下横梁的受力状况。在排矸床入料端设分料板,使物料进入筛机后,自动沿着分料板爬坡,使物料沿筛宽均匀分布,充分利用筛面宽度。下横梁是筛机的主要受力件,为彻底解决现场断梁的问题,除设计上保证安全系数外,制造中采用了特殊的加工工艺,保证焊缝焊透,焊接后去应力退火,再对焊缝进行无损探伤,保证横梁的质量。整个筛框连接采用了环槽铆钉冷铆工艺,保证了连接的可靠性。2、激振器（1）直线激振器工作原理 激振器双电机拖动，实现自同步直线振动，无齿轮强迫传动，工作原理先进。电机启动后，两串偏心质量和作反向旋转，产生的激振力超过3.5 N，带动筛箱剧烈运动，当和存在相位角差时a，可依靠自行产生的不平衡力和力矩使筛箱产生附加的移动和摆动，并导致和互相追逐，超前的偏心质量相位角趋于减小，落后的偏心质量相位角趋于增大，使相位角差a趋于零，形成自同步反向旋转，这样一个自行追逐的同步过程结束。由于摩擦阻力矩、人料等因素的存在，相位角差a不断产生，自同步的作用有使之趋于消失，因此自同步形成的过程就是两串偏心质量互相追随运动的过程，是一种动态的平衡过程。以自同步形式工作，具有以下特点和要求:(a)两电机要同时起动、反向旋转，选用同一型号、同一厂家、机械性能一致，转速差小于5 r/min,起动力矩大的电动机。(b)两串激振器组装完成后，应转动灵活，无卡阻现象，摩擦阻力矩；每串激振器的扇形偏心重的外形尺寸及相位角严格一致。(2)直线激振器的结构激振器是振动筛的心脏，其工作频率高，工作时间长，润滑效果差，振动冲击力大，故障多，因而选用合适的激振器是筛机稳定运行的保证。自同步块偏心式激振器具有结构简单、成本低、激振力调节方便、油脂润滑不漏油、迷宫环密封摩擦阻力小及易于实现通用化、标准化、系列化等优点。每个激振器由壳体、轴、轴承、主副偏心块、迷宫端盖等组成，通过铰制孔用螺栓固定在侧板上。(3)直线激振器的特点双轴激振器具有以下特点：1、利用自同步原理使振动机械产生直线运动。2、电动机安装在振动机械侧面的固定支座上，电机不参振，用万向联轴器将电动机与振动器连接。3、偏心块调整拆卸方便。4、轴承设计寿命在10000小时以上。5接触式和轴向式密封兼用，密封性能好。6、机壳上方设置了注油孔，保证轴承润滑良好。7、维护检修方便。(4)激振器的选择采用单元体块偏心激振器,这种激振器结构简单,轴承拆卸方便,噪声低,激振力作用在两侧板上,排矸床受力合理。在润滑方式上,选取油脂润滑,采用迷宫式封闭,使其结构大为简单。偏心块由主、副偏心块组成,通过调节主、副偏心块的夹角可以增大和减小激振力,调整方便。激振器之间的连接采用万向传动轴刚性连接,避免了挠性连接因错动而引起的激振器组之间的相位差,避免了因结构原因造成的不同步。3、联轴器电机与排矸床激振器之间的联轴器采用胎式联轴器,(如图51)所示。它由2个半联轴器和强力型胶带等构成。其挠性片即强力型胶带宽度方向刚度很大而厚度方向刚度较小。这样,既可以传递较大的扭矩,同时,又可以消除安装误差和避免启动或停车瞬间筛机上下颠簸对电机造成的影响。1、4半联轴器 2、压板 3、强力型胶带 4、螺栓图51轮胎式联轴器4、支承装置支承装置采用了橡胶弹簧支承装置,橡胶弹簧具有寿命长,噪声低,结构简单等特点。由于其内阻较大,在起动和停车过程中,通过共振区振幅较小,且不需阻尼器,与金属弹簧相比,结构大大简化。5.2主要参数的计算1、激振力的计算激振力 式中 排矸床和物料质量，kg； 偏心块质量，kg； 振动箱体的振幅，mm； 振动频率，Hz。主要技术参数布风板的面积/ 16 层数 1布风板的倾角/（） 00.5振幅/mm 810工作频率/Hz 16.16生产能力/t 320电动机型号 Y180L8功率/kW 55 转数/r/ 970由工艺参数确定双振幅范围为810 mm,由于振动筛工作频率远离固有频率,因此,弹簧刚度可省略。代入数值得 P=1080 KN由结构决定需4个激振器,8组偏心块,每组偏心块由一主偏心块和一副偏心块组成。每组偏心块的结构如图52所示，所需每组偏心块产生的激振力为1080/4 = 270kN,由此数值设计出主偏心块及副偏心块的质量及偏心距和主副偏心块的夹角。图52 偏心块结构1、主偏心块 2、副偏心块 3、螺栓5.3激振中心的确定直线振动设备常用两台在横向对称安装、性能相同且反向同步旋转的惯性激振器驱动。两激振力的合力作用线通过槽体重心，设备做平面平行运动(简称平动)。实现上述要求，关键在于激振器的正确安装位置，故提出“直线振动设备的槽体(工作体)和激振器的组合重心，一定位于槽体重心和激振器重心的连线上，激振力作用线则按规定的振动方向角始终通过槽体重心、激振器重心及组合重心”。建立在激振力作用线通过激振器重心的基础上的.这就要求设计、加工激振器时，必须保证单台激振器的激振力作用线通过其重心。如果激振器的激振力作用线不通过其重心，则不能用在直线振动设备上。否则，设备的运动就不是平动，而是平动和摇摆运动的组合。由于振动筛结构的对称性,排矸床质心在其对称面内,建立平面坐标系,把各部件的位置,均以平面坐标点的形式表示（如图53）。图53 激振中心计算坐标系质心计算公式 式中 、第个零件或部件的质量和质心坐标； S零件或部件的总数。=800=20实际质心要根据布风板的矸石分布在计算质心的基础上做适当调整。5.4激振器的选型由激振力的计算结果选择配套激振器，激振力选择大于计算结果的激振器留有一定的余量。WJZS系列双轴激振器用外接的两台异步电动机为动力（电动机不参振），依靠两组偏心块反向自同步运转产生正弦规律变化的直线力矢（图1）使振动机械产生直线振动。该振动器具有功率小、能耗低、激振力大、结构紧凑、润滑和密封性能良好、安装维护方便等特点，可广泛应用于各种振动机械。激振器的性能、外形（如图54）及配用的电机的参数如下：激振器型号 WJZS2708激振力/KN 270配用电机 Y180L8功率/KW 55重量 1270 KgF=530 mm , C=980 mm ,H=390 mm , =600 mm图54 激振器外形图5.5安装运行1、振动器安装前应详细核对铭牌上所列各项数据，如电动机的额定电压、功率、转速、激振力等是否与订货要求一致。2、WJZS系列双轴激振器可使用一台或两台，若使用两台，应对称安装在振动机械大横梁上方，用两根万向接轴连接振动器上的对应轴，再用两根万向接轴与两台电动机的对应轴连接。3、振动器的固定螺栓必须坚固，勿忘加防松弹簧垫圈，运转初期由于固定螺栓与安装接触面的磨合，固定螺栓会有松动，故运转4小时后需再次紧固螺栓，开始运转的第一周，每天加固一次，因为很小的松动都会使固定螺栓很快断裂。运转一周后在螺栓与螺母之间加粘结剂将其固结。4、利用偏心块上的配重孔（配重块），配置不同数量的配重，可调整激振力的大小。润滑与维修：振动器在工作时，轴承受很大径向力，加之高速运转，是振动器的易损件，为了延长振动器的使用寿命，应使轴承保持良好的润滑状态。机壳上设有注油孔。使用时每隔23个月补加油脂一次。若因高温或其他原因油脂变质硬化，应及时更换油脂，油脂宜用2号锂基润滑脂，加油脂量为内腔体积的三分之一至二分之一，过量会使轴承的温度升高。振动器一般运行46个月小修一次，一年大修一次。小修时，清除机体上积尘、污垢，检查紧固螺栓是否松动，及时清除隐患。大修时，将振动器从振动机械上卸下，先进行小修项目，而后将振动器从振动机械上卸下，清洗各零件，检查轴承和轴的磨损情况，更换损坏的零件，再进行组装，须经过6小时运转试车，检查轴承温度不高于75C方可正常使用。5.6本章小结 本章对振动排矸装置进行了计算。振动排矸装置主要设备是激振器，它对布风板的激振作用使下部的矸石不断向一个方向移动，从而达到了排矸的目的。设计中采用了双轴直线激振器，从矸石的分布和风室的结构确定了激振器的位置。并提出了激振器的一些安装过程中的注意事项。矸石被激振器振到一边后，还要考虑它的排矸的装置。下面将对这一装置进行设计。6 排矸装置的设计6.1排矸装置的计算排矸装置的原理在前面已经提到了，其原理图如图22所示，根据第二章的刮板输送机的矸石的排量，利用杠杆原理对翻板的受力（如图61所示）进行计算。激振器的排矸量为320吨/小时，排矸箱的容积估算约为0.5立方米，矸石达到排量时翻板所受的力为8500 N。压力F是由液压缸提供的，根据杠图61受力图杆原理列平衡方程 (611)F=5525 N液压缸的推力为5525 N。表2-1列出的数据可供选定工作压力时参考。表6-1 液压设备常用的工作压力设备类型机床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力p/（Mpa）0.82.0352881010162032液压缸的工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时可用类比法来确定。本设计根据经验值初定液压缸工作压力为 6 MPa。设计时可用类比法来确定。6.2传感器的选型电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。1、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作，这种材料的泊松系数是。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： （611） 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长L，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少r 。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作 。 对式（611）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： （612）用式（612）去除式（611）得到 （613）另外，我们知道导线的横截面积，则，所以 （614）从材料力学我们知道 （615）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。是表示材料横向效应泊松系数。把式（614）（615）代入（613），有= （616）其中K=1+2+（/）/（L/L） （61）式（26）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.73.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中称作为应变，记作，用它来表示弹性往往显得太大很不方便常常把它的百万分之一作为单位，记作。这样，式（61）常写作： (618)传感器的分类方法颇多，通常按转换原理来分类，有电阻应变、压阻式、压电式、电容式、谐振式、电感式、压磁式等多种传感器。电阻应变式传感器是基于金属电阻片在外力作用下产生机械变形，从而导致电阻值发生的变化的效应电阻应变效应。然后将该电阻接入惠斯登直流电桥，把电阻的值的变化转换成电压值的变化，实现力学量向电学量的转换。在整个量煤器定重排矸系统中,称重传感器的数据测量是关键环节之一,它直接决定测量的精确性和排矸的及时性。因此,在系统的选型设计中,传感器的量程和灵敏性起了很大的作用。电阻应变式传感器的量程的可选数大，可以满足本设计中的排矸量和排矸频率的要求。这种传感器的量程由几十公斤到几百吨，它的受力方式分析是压式。符合本设计的要求。6.3 本章小结本章主要是排矸装置的液压缸和传感器的选型设计。通过挡板的所受矸石的压力确定液压缸的工作压力，从而确定液压缸。通过矸石的压力确定传感器的类型。参考文献1 综采技术手册编委会.综采技术手册M.北京：煤炭工业出版社，20002 陈建中、沈丽娟.选矿机械（讲义）.徐州：中国矿业大学化工学院，20073 洪晓华.矿井运输提升M.徐州：中国矿业学院出版社，20054 王洪欣、李木.机械设计工程学1M.徐州：中国矿业大学出版社，20015 唐大放、冯晓宁.机械设计工程学2M.徐州：中国矿业大学出版社，2001 6 李宜民.理论力学M.徐州：中国矿业大学出版社，20037 中国矿业大学机械制图教材编委会.画法几何及机械制图M. 徐州：中国矿业大学出版社，20028 刘鸿文.简明材料力学M.北京：高等教育出版社，19999 陈淑连、张爱淑等.机械设计基础M.徐州：中国矿业大学出版社，199211 吴东鑫等.新型传感器应用指南M.北京：电子工业出版社，199812 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