圆盘造球机结构设计

1本设计的圆盘造球机结构采用回转轴承结构，回转轴承结构主要由内圈、外圈、滚动体、隔离快构成。回转轴承结构可以同时承受轴向力和径向力，因此其载荷能力更好，输入功率小，利用能源效率高，工作效率高，使用寿命长，加工难度低，整体重量轻，制造成本小。圆盘造球机部件除了有回转轴承外，主要还有造球盘、刮刀、倾动盘等，如图1-2所示。圆盘造球机原理：圆盘造球机是将不符合生产要求的原始矿料变为符合生产要求的球团矿的大型机械设备。造球机工作时，其造球盘内的物料受到离心力、摩擦力、重力这三种力的共同作用，同时不断的向造球盘内加水使其保持一定的黏性，造球盘内的料粒逐渐成长为一定直径大小的球团并从盘边排出。图1-2圆盘造球机原理1.2国内外现状20世纪中期，美国为了稳固自己世界第一强国的地位，开始大力的发展自己的采矿业，同时也发现了一个重大的问题，有很多矿的品相完全不足以冶炼成生产材料。为了解决这一问题，球团法得到了业界一致的肯定，圆盘造球机也就此逐渐得到了大力的发展。现在世界上日本和德国仍就是机械领域的强国，有很多大型的、精密的机械设备生产技术水平都处以世界领先地位，尤其是圆盘造球机这类在冶金行业举足轻重的大型机械设备。其设计生产的造球机皆由回转轴承支撑，因此可以承受较大的载荷；并使用无级调速来控制造球机的刮刀轨迹与圆盘转速，极大的增加了造球机的成球效率。我国的冶炼工业通过一代代人不断地努力，现在国内冶金行业的机械设备生产能力也有了很大的提高。尤其是圆盘造球机生产设计水平得到了很大的进步，其由原来的固定刮刀转变为电动旋转刮刀，减少机械功耗并提高成球质量；但目前我国大部分圆盘造球机未使用回转轴承支承结构，仍使用悬臂轴支撑结构使得造球机圆盘旋转稳定性较差。虽然我国地大物博，矿产资源丰富。但是应该时刻保持着忧患意识，珍惜资源，提高资源的利用效率，并且应该紧紧的追随着世界先进的机械设备生产加工水平，所以应该大力的发展圆盘造球机这一机械设备，争取早日到达世界一流的水准。1.3选题依据当前，圆盘造球机仍然有着巨大的市场前景，其对重工业的发展有着举足轻重的影响，所以冶金行业对圆盘造球机一直重点研究。虽然圆盘造球机已应用于生产制造多年，但是其自动化的程度不高，生产效率低下，且造球机消耗功率过高，因此这些方面都等待着进一步的改善。所以我选择圆盘造球机作为我的毕业设计题目。1.4研究方法及内容本次课题旨在设计出直径3200mm的圆盘造球机。1.4.1圆盘造球机的设计主要问题(1)因为圆盘造球机在国内的冶金行业市场出现多年，国内已经有一套较成熟的圆盘造球机生产体系。所以本次的毕业设计内容将主要结合国外，如日本和德国这些国家先进的圆盘造球机设计生产理念，并深切的结合国内的生产市场。(2)虽然国外已经拥有着先进的圆盘造球机生产制造水平，但是可供参考的资料内容良莠不齐，故需取其精华，从大量的资料中提炼出有用的内容。为了提高本次设计圆盘造球机的实用性，我们需要参考其它国内先进大型机械设备的机型结构，设计完造球机的机型结构后，再完成造球机的强度校核等方面的内容。(3)由于缺乏机械设计方面经验，所以设计出来的圆盘造球机可能会存在一些缺陷，因此需要得到指导老师检查并且一步步的完善自己毕业设计内容。(4)由于圆盘造球机是大型机械，机械零件繁多，故本次设计图纸都采用二维平面画图，不考虑三维模型结构。1.4.2研究步骤、方法及措施圆盘造球机可分为以下几部分进行设计：传动装置部分的设计，机械结构部分的设计，选取各执行部分所需的电动机，强度校核，分析并优化刮刀轨迹，画二维图，编写说明书。

第2章传动系统设计2.1载荷分析计算圆盘造球机是生成高炉炼铁所需的球团的大型机械设备，其生成球团质量的标准直接影响着高炉冶炼所得铁料的质量，因为球团在生成过程中主要受到摩擦力、重力、离心力这三种力的影响，所以造球机生成球团的质量主要和造球盘转速、造球盘倾角、造球盘边高这三者息息相关。为了能够生成质量达标的球团，我们设计的圆盘造球机首先就要确定这三者的大小。首先确定圆盘造球机造球盘的倾角在40°-50°之间，当圆盘造球机的造球盘倾角固定后，如果圆盘造球机的造球盘转速过小，造球盘内的物料没有得到足够的动能，物料受到重力的影响而无法上升到造球盘的顶点，并导致母球下落高度较小，没有足够的势能转化为动能，因此母球难以挤压造球盘内的物料而继续成长。当圆盘造球机的造球盘倾角固定后，如果圆盘造球机的造球盘转速过大，造球盘内的物料会获得过大的动能，当母球下落时因自身能量过大，会重重的砸在造球盘的下盘壁上，导致形成的母球破裂，甚至会损坏到造球盘。如果继续加大圆盘造球机的造球盘转速，造球盘内的物料受到过大离心力的作用，直接被甩到盘壁上而直接停止成球。所以当圆盘造球机的造球盘倾角固定后，只有调整造球盘到适宜的转速才可以让物料在盘面上进行有规律的运动而生成质量良好的球团，本次设计的圆盘造球机转速可取1.5-2.0m/s间。圆盘造球机生成球团的强度和尺寸和造球盘边高有很大关系。造球盘的边高过低会导致母球在造球盘内停留的时间过短，生成的球团无法获得足够的强度及粒度；造球盘的边高过高会导致母球在造球盘内停留的时间过长，过多的物料堆积在造球盘内，从而影响物料的运动特性，不利于母球的成长。2.1.1造球盘边高 (2-1)式中，；。则2.1.2造球盘倾角经查阅大量的资料，确定本次设计的圆盘造球机的造球盘倾角调整范围为40°-50°。2.1.3造球盘转速 (2-2)公式中，；；；；。不同的物料与盘面摩擦系数不同，即f值不同，可取摩擦系数平均值f=0.7002，由实验数据得β=15°，带入数据：；；。两圆盘造球机转速之比等于其造球盘直径的反比，即 (2-3)由已知圆盘造球机的参考数据确定此次设计造球机转速范围为7-11r/min｡为方便调节转速，此次设计的圆盘造球机的传动系统使用无极调。2.2功率计算2.2.1提升物料所消耗的功率如果提升物料所需要的功率大小为Nt，此功率大小只与物料总重量和物料重心的位置有关。因此需计算物料重心的位置和物料所受的阻力矩。造球盘工作时物料数学模型如图2-1所示。图2-1盘内物料数学模型图从图2-1可得，物料上下于X轴对称，所以重心的X0和Z0坐标位置可由三重积分求得；X0=1VDZ0=1VD其中，V是物料堆积在造球盘内的体积，dV=dxdydz，则，X0=1VD=1=1=2tanα=2tanα=2tanα=π由公式 (2-7)可得 (2-8) (2-9)======综上所述，物料重心坐标为XY带入数据得图2-2是造球盘内物料所受阻力矩图。此时造球盘做逆时针旋转运动，并且造球盘的半径和物料重心回转半径相同，即r=X0，当ω=60°时造球盘内物料所受阻力矩最大，故ω=60°时电机功率消耗最高，此时G1的作用点将由C点移到C′点，且G1=G′，当圆盘造球机起动时的物料重心坐标就是此时的C′点，为C′(X0,Y0,Z0)由图2-2b得，G′作用生成阻力矩M，则M=aG1′=aG1，且G1=Gsinβ，a=XM=Xsinω·Gsinβ(则M==0.0425D经计算得出造球盘内提升物料所耗功率为 (2-11)==0.0436D(a)(b)图2-2盘内物料阻力矩图式中，；；；；。Nt=0.0436D3Hn·1.8·=0.0555D2.2.2克服刮刀阻力所消耗的功率圆盘造球机是大型机械，因此其在工作时会消耗大量的功。我们首先求取造球机刮刀所消耗的功率。为了能够以及时的刮掉附着在造球盘上的粘料，本次设计的圆盘造球机需同时配备底部刮刀和侧边刮刀，两把刮刀配合作业以确保造球盘不被粘料附着，这能够有效的减少机器消耗的总功率并提高生成球团质量。经查阅大量的资料，我们采取阻力系数k=1.3～1.5来补偿刮刀消耗的功率。2.2.3克服轴承摩擦阻力所消耗的功率造球机轴承一般采用滚动轴承，其产生的阻力忽略不计。 (2-13)式中,;；。圆盘造球机电机功率的计算：确定圆盘造球机的传动形式为：电动机--带传动--行星轮减速器--直齿圆柱齿轮传动--造球盘。计算电机功率 (2-14)式中,；；；；；；；。 (2-15)式中,；；；；。代入得本次设计的圆盘造球机的传动链由电机、皮带、减速器、齿轮、回转轴承、造球盘构成，因为其为大型机械设备，因此需要对圆盘造球机的动力系统和传动系统进行仔细的分析与计算，以便让所设计的圆盘造球机能够正常的工作，圆盘造球机的动力系统和传动系统主参数如表2-1所示，由此表选择其余部件，并完成强度校核。表2-1运动和动力学参数表轴号功率P/KW转矩T/(N·M)转速n/(r/min)传动比效率电机轴75477.51500198减速器输入轴73.5467.9515002095减速器输出轴69.8258891.0575199齿轮轴69.1278802.17756.5398回转轴承齿圈67.74456354.9811.48199造球盘67.06755791.8011.481992.3传动系统设备选型2.3.1主电机选型根据电机功率NH=75kW，采用YR250S-4型三相交流异步电动机，主要参数如表2-

型号额定功同步转速/效率转动重量率/KW（r/min）（%）惯量/KgYR250S-475150090.51.338440表2-2电动机主参数表2.3.2主减速器选型由已知数据选NBD400型减速器，公称传动比i减=20，额定输入功率79.9kW，额定输出扭矩9070N·m｡减速器的输出转速n出=75r/min，则小齿轮的转速n1=75r/min，规定造球盘的转速范围是7-11r/min，确定n2=11r/min，即小齿轮和内齿圈啮合的传动比i=6.8。2.3.3V带传动设计(1)设计功率Pd (2-16)式中,；。则(2)选择带型查表 (2-17)式中,由此选择15N、15J型窄V带(3)传动比i不考虑滑动率 (2-18)式中,;；。(4)主动带轮的基准直径由表得(5)从动带轮的基准直径dp2=idp1(6)带速vv=πdp1nv(7)确定轴间距0.7dp1+dp2根据实际要求取，a(8)所需基准长度查表得L经圆整为L(9)实际轴间距a≈a0+Lamin=a-0.015Ldamax=a+0.03Lda=791.7mm取a=(10)主动带轮包角a1=180°-ad2因为皮带张紧需求故取a1(11)单根V带传递的额定功率由表得，α=180°V带负载平稳时，单根V带额定功率P(12)V带根数z=PdP1K(13)单根V带的预紧力F0=5002.5Kα式中,mF(14)作用于轴上的力Fr=2F0zsinFr2.3.4主传动联轴器选型因为圆盘造球机生球时不断震动，造球盘不够平稳，故需使用弹性联轴器来减震缓冲，并且联轴器和行星轮减速器连接，输出转速低，因此不需要较高的平衡精度，但是因为圆盘造球机体积巨大，联轴器的对中性不能保证，又因为不良工况的影响，所以要综合考虑补偿安装偏差和补偿运转偏差。并且圆盘造球机在机械结构的紧凑性，尺寸，安装拆卸方便程度，维护难度等方面有很高的要求，以及在可靠性，连续工作性上的要求，此次设计采用无需润滑的联轴器。综合上述情况并最终计算成本后，此次设计采用弹性柱销联轴器。针对标准联轴器来说，通常以计算得出的联轴器需真实传递的转矩小于选用的联轴器的许用转矩[T]或标准联轴器的公称转矩为原则。不同传动轴其载荷变化也不尽相同，且不同联轴器的结构特点，机械性能也不尽相同，故联轴器实际转矩和理论转矩不相等，通常情况下，Tc=TKKwK=9550P由此查表选用HL9J型轴孔弹性柱销联轴器。2.3.5齿轮啮合计算圆盘造球机选择直齿圆柱开式齿轮传动，因为其是一般工作机器，低速重载，开式齿轮传动，所以采用8级精度｡小齿轮材料为40Cr(调质处理)，硬度是270~280HBS；大齿轮材料为ZG340-640(调质)，硬度是270~280HBS，硬度差是30~40HBS｡小齿轮齿数Z1=18，大齿轮齿数Z2=125，则传动比u=6.94，圆盘的最高转速为10.8r/min。a.按齿面接触疲劳强度设计d1≥2.323KT公式内各计算值的确定：(1)载荷系数K=KAKV=1.67(2)小齿轮传递的转矩T1=9.55×106=(3)齿宽系数查表取φd(4)弹性影响系数查表取ZE(5)接触疲劳强度小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限按齿面硬度去查表；对于开式齿轮传动，一般选用齿面接触疲劳极限时，应增加5%~10%，因此能确定σHlim1σHlim2(6)应力循环次数按照其使用寿命为10年，每年300个工作日，每天工作16h，则n1=1.96×10n2=2.45×10(7)接触疲劳寿命系数KHN1(8)接触疲劳许用应力取安全系数S=1，则：σH1=861.9MPaσH2=793.6MPa(9)小齿轮分度圆直径将(1)~(7)结果代入式(4)得d1≥2.323KT1=262.76mm(10)小齿轮模数M=d1Z1=262.76=14.60mm取模数m=16b.按齿根弯曲疲劳强度设计M=3KT1φ(1)弯曲疲劳强度极限σFE1σFE2(2)弯曲疲劳寿命系数KFN1(3)弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则σH1=442.86MpaσH2=350Mpa(4)载荷系数K=KAKV=1.65(5)齿形系数YFa1(6)应力校正系数YSa1(7)YFa1YFa2(8)齿轮模数计算综上所述得：M=10.045mm因为由弯曲疲劳强度计算出的模数小于由齿面接触疲劳强度计算出的模数，本设计又为开式齿轮传动，所以选择的齿轮需要齿数较少，模数较大，这能够增加齿厚，提高弯曲强度；综上由接触疲劳强度确定齿轮模数m=16。2.3.6回转轴承选型及校核圆盘造球机生成球团时其受到较大的径向载荷和翻倒力矩，所以最开始大都使用悬臂轴承，但其工作稳定性低的缺点，容易导致轴承磨损，现已被市场淘汰。现在市场流行大型回转轴承，这种方式的轴承有较高的工作稳定性，其承载能力大，延长了使用寿命。回转轴承有单排四点接触球式，单排交叉滚柱式，双排异径球式等多种形式。由传动方式的不同，又分为外齿形、内齿形、无齿形。本次设计的圆盘造球机选用内齿圈啮合双密封回转轴承。如图2-3所示，由齿轮载荷分析计算，先选用模数m=16，齿数125，014-40-2240-011-11型回转轴承。把回转轴承静止状态下所受载荷最大值作为静态额定值。通常情况下静态额定值也应计算存在的最大载荷。圆盘造球机生成球团时的填充率设为21%，物料质量约16000kg，则F由几何尺寸可知L图2-3回转轴承受力示意图图2-4回转轴承受力分析图如图2-4所示，总倾翻力矩M=F1×L=368800N·m总轴向力Fa=F1×sin45°+=566KN总径向力Fr=F1×cos45°+=566KN根据圆盘造球机工作环境取静态安全系数fs，取f回转支承为014-40-2240-011-11型单排四点接触球式回转轴承Fa'=1.225×F=1.225×M×f=65.5×10式中，；；。如图2-5所示，由01.40.2240回转支承承载曲线图得，该轴承能够符合承载要求。图2-501.40.2240回转支承承载曲线图2.3.7刮刀电机选型已知刮刀功率为2~3kW，为提高造球机的生球效率刮刀使用无级变速，所以选用YCTL160-4A立式电磁调速三相异步电动机。该电机技术参数如表2-3所示。表2-3刮刀电机主参数表型号拖动电动机功率/kW额定转矩/N.m调整范围（r/min）转速变化（%）电源重量/kgYCTL160-4A2.214.1125~12502.5三相交流50Hz380V112选用次电机优点有：1）刮刀采用无级交流调速，其形成负反馈系统，刮刀速度可自动调节；2）电动机的成本低，易于维护；3）刮刀的调速范围广；4）因为其控制功率小，刮刀可采用手控、自控、遥控等方式；5）因为其启动力矩大，所依启动平滑，运动特性好。2.3.8刮刀减速器选型由本设计的的圆盘造球机对刮刀转速、尺寸、功率上的要求，选择单级摆线针轮减速器。摆线针轮减速器应先满足传动比的要求，再按输入计算功率（或输出轴的计算转矩），确定机型号。即Pc1=P1K代入计算得Pc1=2.2×1.5×1500=3.7268KW<4KW综上采用ZLD4-7B-87JB/T2982-1994，效率是95%，转速比87。刮刀转速取7~11r/min，由此确定刮刀电机转速范围，运动和动力学参数如表2-4所示。表2-4刮刀电机工作参数表轴号功率P/KW转矩T/（N.M）转速n/（r/min）传动比效率刮刀电机轴2.2014.1609~957199.5减速器输入轴2.1921.85(min)34.34(max)609~9578795减速器输出轴2.081805.82(min)2837.71(max)7~11199刮刀轴2.061788.45(min)2810.43(max)7~111992.3.9刮刀联轴器选型TC=TKKwK=9550Pw计算得TC综上可选取HL7J型轴孔弹性柱销联轴器。基本参数和主要尺寸如表2-5所示表2-5联轴器主参数表型号公称转矩/(n·m)许用转数[n]/(r/min)轴孔直径J型轴孔长度HL7J6300224080172转动惯量(kg·m2)重量(kg)许用位移轴向径向角向41.1980.220°30′2.4本章小结本章主要完成圆盘造球机传动系统的设计和校核，并计算出数据，这是本次设计中最重要的一部分。

第3章执行系统设计3.1造球机底座设计圆盘造球机生成球团时会不断的震动，所以采用10mm的钢板焊接底座来保证圆盘造球机工作的平稳性，其强度刚度也高，易加工且成本低，焊接工艺简单。并且要提前留出升降机，倾角调整器，刮刀架固定处和转轴轴座的安装空间。造球机安装升降机后仍要保证整体结构的稳定性，且便于维护。3.2倾动盘转轴轴座设计设计完成圆盘造球机的机底底座后，下一步需要设计完成圆盘造球机的倾动盘转轴轴座，倾动盘转轴轴座上的转轴连接着底座和倾动盘，所以倾动盘转轴轴座需要一定的抗弯扭能力。因为造球机一但安装固定好后，通常不会轻易的去调节其位置和角度，因此造球机倾动盘转轴轴座处不需要安装轴承。3.3倾动盘设计圆盘造球机的倾动盘由造球机的转盘、造球机的刀架、回转轴承支撑座等部分构成。因为造球机倾动盘上的转轴需要承受巨大的弯扭力矩，因此确定其材料选用壁厚为直径200mm的无缝钢管。为了增加圆盘造球机工作时的稳定性，在造球机倾动盘上的转轴两端分别安装法兰盘；为了增加圆盘造球机工作时的承载能力，在造球机倾动盘上浇筑出固定的肋板。3.4调角装置设计圆盘造球机的倾动角需要可调节为了适应不同的工作环境和工作需求。但一般不会经常的去调节它，并且调节倾动角后不能影响机器整体的稳定性和造球机的生球效率，这就要求造球机底座上的升降机具有高得自锁性能，因此选用涡轮丝杠结构，涡轮丝杠结构的优点有很多，其机械结构紧凑、易于后期的维修护理、成本较低。而且涡轮丝杠结构具有较高的自锁性能，但因为圆盘造球机生成球团时震动较大，所以要额外的配备制动装置来减震。因为圆盘造球机一般不会经常的调整倾动角，所以手动调节倾角调整器即可。确定选取蜗轮丝杆结构的升降机其型号为JWM200US。3.5回转轴承托盘设计为了提高圆盘造球机工作的可靠性，使用回转轴承托盘来连接倾动盘和回转轴承，因此回转轴承托盘会承受很大的载荷，需要使用钢板和法兰盘来焊接制成回转轴承托盘。为了提高圆盘造球机的稳定性，使用法兰盘来连接回转轴承和倾动盘法兰，回转轴承上还要有输入轴安装孔，主减速器通过输入轴可把动力传递到回转轴承。为了随时的观察回转轴承的工作情况，还需要在轴承附近设置窥视孔，以便按时的对回转轴承进行维护。3.6造球盘设计通常情况下，圆盘造球机的造球盘使用标准的光滑的钢板，因此附着在造球盘的物料较少出现，但是光滑的钢板表面易被物料磨损。因此要把鱼鳞网板铺设在圆盘造球机的光滑的造球盘上，或者在圆盘造球机的钢板上焊小圆钢。对于安装有鱼鳞网板或焊有小圆钢的圆盘造球机的造球盘，在其生成球团时物料能够填充在孔穴中，这层填充在孔穴中的物料可以形成一层保护层来保护造球盘底盘，并且这层浅浅的保护层可以有效的加快成球过程，提高成球效率。但这层保护层会使圆盘有比较严重的粘料情况并且会比较严重的磨损刮刀。因为，圆盘造球机在生成球团时小球不断的滚动，造球盘上的底料密度会不断的增加，因为造球盘上的底料表面湿度会慢慢的增加，所以造球盘上蓬松的物料将会不断的变厚实。如果不能及时的处理掉这些粘料，圆盘造球机的负荷会逐步增加，这会导致圆盘造球机的耗电变多。如果能够准确的把握好刮刀和造球盘间的距离，让多余的附着在底盘上的物料全部被刮掉，这不但有利于圆盘造球机的快速成球，也能延长刮刀的使用寿命。但在实际工业生产中刮刀不能完全的刮下所有附着在造球盘上的粘料，因为圆盘的旋转和刮刀与底盘间的啮合角会把剩余部分的粘料啮合进去。被啮合进去的粘料会不断被压紧，伴随着底料被不断地压紧，其厚度会慢慢增加，导致圆盘造球机的负载和耗电不断提高，刮刀的磨损程度也会逐渐严重。因此过去的固定刮刀都已被淘汰，现在的圆盘造球机通常采用移动刮刀装置。有很多的工厂的圆盘造球机都配备着固定的电机和转动装置来保证刮刀的轨迹能够有效且均匀的移动。一般圆盘造球机都同时配备有两把刮刀，分别为底盘刮刀和侧部刮刀。底盘刮刀的最大行程一般是造球盘的半径。因为圆盘的周边也会附着上粘料，所以使用一把侧部移动刮刀来清理圆盘周边。这种设计可以让圆盘的造球机的工作状态达到最理想的状况，可以极大的延长圆盘造球机的使用寿命并提高生成球团的质量。另外移动刮刀的尺寸比较小，这能够减少材料的消耗，有效的减少了生产成本。综上所述，圆盘造球机的造球盘采用光滑的钢板、鱼鳞网板或小圆钢以及法兰盘等材料焊接而成。图3-1圆盘造球机总装配图3.7刮刀架设计为了保障圆盘造球机刮刀工作时其轨迹的稳定性，因此要合理的设计圆盘造球机的刮刀架。造球机工作时其电动刮刀轴心需要和造球盘盘底保持垂直，并且刮刀的刀头和造球盘的盘边与盘底遵循一定的距离关系。在圆盘造球机生成球团时，球团会对刮刀产生较大阻力，因此对圆盘造球机刮刀架有一定的刚度强度以及安装要求来防止刮刀架产生变形，保证刮刀的工作不受其他因素的影响。最终采用直径200mm无缝钢管焊接制成刮刀架，此设计制造简单，抗扭强度高。为保证弯头强度，可在刮刀架转折处焊接肋板。为了圆盘造球机刮刀位置易于固定和调整，在刮刀架上焊接钢板并加工出直槽口作为刮刀安装位置，保证刮刀工作良好。为保证刮刀架的稳定，其底部采用钢板焊接制出固定座，与造球机底座联结。图3-2刮刀架部装图3.8本章小结本章主要进完成圆盘造球机执行系统的设计，这是圆盘造球机能够生成球团的直接相关部件，其设计成果直接影响圆盘造球机的成球质量。

第4章刮刀轨迹计算及优化4.1刮刀尺寸设计本次设计的圆盘造球机共配备有两把刮刀，分别为底部刮刀和侧部刮刀，如果要让圆盘造球机能够有效且高质的生成球团，造球机的刮刀就必须达成下面的三点要求。(1)底部刮刀的最大行程应该是圆盘造球机造球盘的半径，这样的设计方式能够让刮刀的工作范围尽可能的去覆盖到整个造球盘，最大限量的去利用造球盘的可造球区域，而且这样的设计方式能够让生成的球团合理的分布于造球盘内，这样可以有效的提高成球效率。因此以圆盘造球机造球盘的圆心作为原点坐标，当圆盘造球机按逆时针方向工作时，圆盘造球机的底部刮刀可以装配在其造球盘的第四象限上。但是有另外一种情况，圆盘造球机的成球过程是料粒到母球，再到球团，当圆盘造球机内的料粒到母球这一过程的速度远大于母球到球团这一过程的速度时，圆盘造球机内的物料的运动特性会受到影响，导致机器工作效率降低，为了应对这种情况，我们需要装配一块刮板在造球盘的第一象限内，这块刮板与造球盘的盘底保持着一定的高度，这段高度要能够有效地降低直径较大的母球的滚动速度，但是能够让直径较小的母球顺利的通过刮板。但是这块刮板的方向应该避免经过造球盘的圆心，这样会导致那些不能顺利通过刮板的直径较大的母球逐渐在刮板下累计，受到后续推力的作用，这些母球会被挤压成无规则形状的块料，这些块料的成分并不均匀，不能够作为高炉炼铁的原料；如果不及时清理掉这些块料，这些块料会越积越大，甚至会损坏到造球盘的盘底。因此，最好让刮板的方向和经过造球盘圆心的方向形成一定的倾角，这样就会有效的降低那些较大的母球滚动速度，而不是完全的阻碍那些较大的母球的运动。(2)圆盘造球机上的总刮刀数量不易过多。如果有太多把的刮刀，当这些刮刀同时工作时，其在造球盘内所覆盖的工作范围就可能出现相互重叠的情况，这样就会导致圆盘造球机在生成球团时，球团和造球盘盘底之间的摩擦力过大，甚至会损坏盘底。过多的刮刀并不能有效的提高生球效率反而会加大机器消耗的功率。(3)圆盘造球机的底部刮刀工作时所覆盖的范围应该包括造球盘的圆心，如果不这样设计的话，过多的物料就会堆积在造球盘的圆心附近，会影响到整体物料的运动特性。同时，圆盘造球机的侧部刮刀应该能够有效且及时的刮掉附着在造球盘盘壁上以及堆积在造球盘盘壁边的粘料，这样做能够让造球盘的有效容积一直处于最理想化且能够保障造球盘内物料的运动特性。接下来我们将去求圆盘造球机的刮刀轨迹，首先要求出造球机刮刀在工作时的覆盖面积。将圆盘磨球机的造球盘圆心作为原点建立直角坐标系，通过数学的方法，建立几何模型，计算出造球机刮刀工作时覆盖范围的直径大小：R=本次设计的圆盘造球机配备有两把刮刀，分别为底部刮刀和侧部刮刀。一般情况下造球机的底部刮刀工作速度较大，侧部刮刀工作速度较小，因此可以适当的去调整两把刮刀工作时覆盖范围的直径大小来让两把刮刀工作配合默契。由上已得造球机刮刀工作时覆盖范围的直径大小为2450mm，因此确定底部刮刀A工作时覆盖范围的直径大小直径为1450mm，侧部刮刀B工作时覆盖范围的直径大小直径为1000mm。然后设计A、B两把刮刀在工作时其覆盖范围间的最小距离，如图4-1所示，计算得出A、B两把刮刀所覆盖范围的圆心坐标位置如下：O1O2图4-1刮刀布置图4.2刮刀轨迹的计算现在圆盘造球机常使用电动刮刀，当造球机的圆盘保持一定的转速逆时针旋转时，而电动刮刀转速和圆盘转速的比值就是C值。C值高的造球机刮刀轨迹密度大，易达到较好的造球效果。在实际生产中C值的选择原则是：C<1，并且无限接近于1。为使造球机刮刀的轨迹密度更大，造球效果更好，需合理的确定电动刮刀的转速大小。经过试验数据得出，圆盘造球机的刮刀轨迹不但会受到刮刀转速的影响，同时也会受到其它的一些因素影响，比如圆盘造球机的圆盘转速、电动刮刀的安装方向和造球盘平面间的倾角、电动刮刀工作时覆盖范围的直径等。4.2.1刮刀尺寸的设计建立刮刀仿真模型图，如图4-2所示，将圆盘磨球机的造球盘圆心O作为原点建立直角坐标系，圆盘造球机生成球团时，造球盘绕着圆心O点按顺时针方向以均匀的转速旋转，底部刮刀绕着A点按逆时针方向以均匀的转速旋转，侧部刮刀绕着B点按逆时针方向以均匀的转速旋转。通过数学计算，建立几何模型，求取圆盘造球机底部刮刀的刀具中心点C、D、E、F、G点的轨迹方程以及圆盘造球机侧部刮刀的刀具中心点H、I、J、K、L点的轨迹方程。我们假设圆盘造球机的造球盘半径大小是r，造球机底部刮刀所覆盖范围的半径大小是r1，造球机侧部刮刀所覆盖范围的半径大小是r2。由于圆盘造球机的两把刮刀所覆盖范围间的距离也会影响到造球机的刮刀轨迹，因此要合理的设计两把刮刀所覆盖范围间的距离。经查阅大量的资料后，确定这两把刮刀所覆盖范围间的距离是80mm。因为造球机的侧部刮刀要负责刮掉堆积在造球盘盘壁边的粘料，但是又不能损伤到造球盘盘壁，因此确定造球机侧部刮刀所覆盖范围和造球盘盘壁之间的距离50mm。为了防止过多的物料堆积在造球盘的圆心附近，保障物料的运动特性，圆盘造球机底部刮刀的覆盖范围要包括造球盘的圆心，因此设计底部刮刀的中心点A点到造球盘圆心O点的距离为底部刮刀所覆盖范围的半径大小r1，即OA=r1。确定造球机的底部刮刀和侧部刮刀的中心点A、B两点在同一水平线上，因此中心点A、B到造球盘坐标轴的X轴的距离都是h，底部刮刀的中心点A与造球盘圆心O点连线的OA方向和造球盘坐标轴的X轴的夹角是α，侧部刮刀的中心点B与造球盘圆心O点连线的OB方向和造球盘坐标轴的X轴的夹角是β。图4-2刮刀仿真图4.2.2轨迹方程的直角坐标形式根据图4-3的几何模型，建立数学关系式，则造球机侧部刮刀上的刀具中心点H点的轨迹方程的直角坐标形式为：OBcosOBsin同理可得，造球机底部刮刀上的刀具中心点C点的轨迹方程的直角坐标形式为：r1r1由列出的造球机刮刀轨迹方程可知造球机底部刮刀上的刀具中心点D、E、F、G依次和C点差2π/5相位的整数倍，同样造球机侧部刮刀上的刀具中心点I、J、K、L依次和H点差2π/5相位的整数倍。

图4-3刮刀直角坐标系4.2.3轨迹方程的极坐标形式根据图4-4的几何模型，针对圆盘造球机的侧部刮刀建立轨迹方程的极坐标形式。首先确定极坐标系，设置造球盘的圆心O为极坐标的极点，从圆心O点引出一条射线OP为极轴。则点B是造球机侧部刮刀所覆盖范围的圆心，r是造球机侧部刮刀所覆盖范围的半径，a是造球盘圆心到造球机侧部刮刀所覆盖范围圆心的距离，θ2是圆盘造球机的侧部刮刀所覆盖范围的圆心在造球机工作时转过的角度，ω2t是造球机的侧部刮刀的刮刀中心点H绕侧部刮刀所覆盖范围的圆心点B旋转过的角度，t是造球机的工作时间，ω2是造球机的侧部刮刀绕点B旋转的角速度，θt是H点的极角，OH=ρ是H点的极径。ρ=r2+a2则rsinφsinφ=φ=arcsinrθ=π=πθt=π则造球机侧部刮刀架上的刀具中心点H的极坐标方程是：θt=π2-arcsinρ=r2+a2亦可知造球机底部刮刀架上的刀具中心点C的极坐标方程是：θt=12ωρ=2r21-cosω图4-4刮刀极坐标图4.3刮刀周期计算从已