立式辊磨机设计说明书

立式辐磨机的设计与强度分析

东北大学

年月

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：立式辐磨机的设计与强度分析

设计（论文）的基本内容：

1.立式馄磨机三维模型建立

2.立式轻磨机的装配图与零件图的绘制，总计5.0张A0图纸。

3.立式轻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

立式轻磨机的设计与强度分析

摘要

立式轻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混磨

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辐磨机，

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、磨馄直径、磨混内部结构，磨盘部分、分离

器、磨辐宽度、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，为合理设计立式轻磨机提供理论依

据。保证运行情况良好，满足水泥工业大型化的需要。

关犍词：立式混磨机，水泥，有限元

Designationandstrengthanalysisofverticalrollermill

Abstract

Verticalrollerm川isintroducedfromGermanycompany1s

verticalrollermilltechnologybytheShenyangHeavyMachinery

Co,Ltd.Besides,ShenyangHeavyMachineryCo.Ltd.also

introducedtherawmaterial,thealldesignationoftheclinker

verticalcementmill,themanufacturing,thetesttechnologyand

thetestselectionformillafullsetoftestingequipment,tomeet

theneedsofthecementproductionline.Asthecountry

vigorouslypromotesthenewdryprocesscementtechnology

innovationandthedesignationoptimization,inordertomeetthe

marketdemandforcement,ShenyangHeavyMachineryCo,Ltd.

successfullydevelopedaverticalrollermillbasedonthedigestion

andabsorptionofimportedtechnology,whichisasignificant

breakthroughofdomesticproductionlinetechnologyand

equipmentofcement.Besides,ithastheextremelyvital

significancetocompletethereplacesimilarforeignimports

productsandadjuststhenationalcementstructure.

Thisprojectstudiesthegrindingpressure,diameterofroller,

rollerstructure,grindingpart,separator,rollerwidthdisk,disk

speed,windspeeddesign,usingthefiniteelementanalysis

methodofSolidWorksanalyzethekeyparts,andprovidesabasis

forreasonabledesignofverticalrollermill,whichensuresthe

operationinwellconditionandmeetstheneedsoflarge-scale

cementindustry.

Keywords:verticalrollermill,cementindustry,finiteelement

目录

第一章绪论...................................................1

1.1本课题研究的目的和意义....................................1

1.2本课题国内外研究概况......................................2

1.3本课题研究的内容..........................................6

第二章立式辐磨机的工作原理...................................8

2.1立式辐磨机的设备组成......................................8

2.2立式轻磨机的工作原理......................................8

2.3立式混磨机的主要技术特点.................................10

第三章立式辐磨机方案设计及确定..............................11

3.1立磨加载方式的方案比较及确定.............................11

3.2立磨磨辐及磨盘形状的方案比较及确定.......................12

第四章立式辐磨机设计计算....................................13

4.1一般计算.................................................13

4.2工艺参数的确定..........................................15

4.3寿命、强度计算...........................................16

第五章立式辑磨机关键部件的结构设计..........................26

5.1磨辐部分的结构设计.......................................26

5.2磨盘的设计...............................................28

5.3立式辐磨机其他结构设计...................................29

第六章立式辐磨机关键零件有限元分析..........................31

6.1结构功能原理介绍.........................................31

6.2磨盘有限元分析..........................................31

6.3上摇臂有限元分析.........................................34

6.4下摇臂有限元分析........................................37

6.5本章小结.................................................40

第七章立式辐磨机关键部件的装配工艺..........................41

7.1磨混的装配工艺..........................................41

7.2磨盘的装配工艺..........................................44

7.3整体装配工艺............................................44

7.4本章小结.................................................46

第八章立磨机相关环境概论....................................47

第九章结论..................................................48

9.1结论.....................................................48

9.2展望.....................................................48

参考文献.....................................................49

致谢.........................................................50

附录51

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，馄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馄磨机的性能，其中

立式馄磨机的独特的优点决定了广泛的应用性。

本项目是进行立式馄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

泥生产线的立式辐磨机进行机械部分的设计和强度分析，可以对馄磨机

进行优化，使立式辐磨机的更佳性能，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

产馄磨机等机械企业有重要的作用。

立式馄磨机动力装置，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；磨馄和磨盘研磨作用

下磨碎物料。在物料经锁风喂料器进入馄磨机时，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

上环形槽时受到磨混碾压而粉碎，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混的设计，对磨混以及磨盘做有限元强度分

析。通过本次课题的设计，可以使我对混磨机有深层次的了解，同时对

机械零部件设计，机械原理，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：

①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。

②产品的深加工档次低、系列少，对用户的需求针对性差。

③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)对轻式粉磨机：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。前者装备有一对磨混，其结构简单、操作方便、生产

率低；后者配制有两对磨辐，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)立式轻磨机：亦称立式磨，其结构型式有十余种之多，如莱歇磨

(LOESHEMILL)等。混磨机是利用快速转动的若干个幌子对固定磨盘中的

物料进行辐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。其缺点是磨轴与磨盘的磨损大、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辐磨机系列

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。

⑹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。

⑺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

于即介质搅拌磨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。

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

力已达至于新原理和新方式的破碎（如电、热破碎）尚在研究试

6000t/ho

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

备以取代传统的颗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：颗式破碎机、圆锥破碎机、

冲击式破碎机和轻压机。

专昆压机是20世纪80年代中期发展起来的高效节能设备。形式上很

像传统的对辑破碎机，但实质上有两点不同：一是轻压机实施的是准静

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

挤压应力可通过轻子压力来调节。辐间压力一般可达150~300Mpa,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，国外为了扩大馄压机的应用范围（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

提高专昆面的耐磨性，如德国洪堡公司将压轴表面堆焊耐磨层改为柱钉式

馄面，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馄，来提高其

耐磨性；二是压辐轴承的改进，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。改进后的轻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型辐压机作细碎用，给料量为1680t/h,给料最大粒

度为65mmx65mmx65mm,其生产技术经济数据表明，混压机技术比

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lOOOh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轻压机的样机（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混磨机后。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公司的轻压机，德国

KHDHumboldtwedag公司的专昆压机,美国Fuller公司的辐压机和国内

有代表性的合肥水泥研究设计院的轻压机。1995年徐秉权等人研究了

GGT-2型0500x120高压辐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、宋宏斌研究了辐压机的粉碎流程及影响轻压机工作

可靠性的因素。1997年段玉霞、王素玲等人也研究了馄压机粉碎流程，

同时提出了轻压机系统中存在的问题并提出了改造办法。1998年冯国俊

等研究了轻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。将辐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混磨机在铜金矿山的第一次应用，结果

表明轻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，混压机无

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馄磨。该设备的工作部件主要是大筒体和

小混筒，两轴筒相同方向转动，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辐筒外表面间被压碎，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公司的筒混磨相似，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(又称专昆磨机)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

图1.1立式辐磨机实物图

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L1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，磨辐在工作过程中产生的应力对磨混的时

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、磨轻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。

第二章立式混磨机的工作原理

2.1立式辐磨机的设备组成

立式辐磨机主要由主电机、主减速机、磨盘、磨辐组、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立式辐磨机装配示意图

2.2立式混磨机的工作原理

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馄。

磨辐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

盘和辐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

助于磨盘和磨辗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，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、磨轻压力P、磨轴在磨

床上的滚动磨擦系数n具有如下关系：

N=nxqxPxn(2-1)

式中：TT一圆周率。

磨床内无物料时，n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辐

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。磨机的磨混靠液压缸拉紧，由液压缸产生的拉紧力

传到磨轴上，再传到磨馄与磨盘之间的料层中，对盘内物料进行研磨。

在地基、立柱、磨轻、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，而磨混则在磨盘的摩擦作用下做围绕磨辑轴的自转。磨盘转动通过

磨掘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。通过辐和盘之间的

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立式辐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）磨混碾磨压力采用液压加载、远程控制加压、抬轻动作及调整压

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

混均匀受力。

e）部分外循环可以降低磨内压差，降低系统电耗。

f）磨辑、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。磨混和磨盘衬板可用液压装置翻转到磨外检

修或更换。磨混衬板能翻面使用，延长了研磨构件的使用寿命。

第三章立式辐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

立式辐磨机通常的加载方式有两种：如图3.1所示。

图3.1磨辐加载方式示例

第一种是集中加载式，具体形式是：安装于磨盘上的磨馄通过压力框

架将磨混组连在一起，液压系统通过对压力框架进行加载使得压力框架

带动磨混组同时对磨盘加载，磨馄组的各个磨馄是处于同步工作状态，

受力部件主要是压力框架和磨馄组以及磨盘。

第二种是单臂加载方式，具体形式是：每一个磨馄单独成为一个部

件，磨辐通过辐轴与上摇臂连接，可以绕馄轴旋转，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馄上，对盘内物料进行单臂加载。受

力部件主要是摇臂和磨馄以及磨盘。

本课题采用第二种单臂加载方式设计馄磨机，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.单个磨辐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，不影响其他磨轴的工作，而集中

加载的磨混，当其对某一大块加载时，会使其他的磨掘处于对料层的悬

空，不进行工作，降低其研磨效率。

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混传递力的作用，因此，

可承受的载荷减小。

3.2立磨磨轻及磨盘形状的方案比较及确定

立磨磨盘和磨辐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磨辐及磨盘形状的形状

第一种是鼓形磨混，磨混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，被磨辐

碾碎。

第二种是锥形磨混，磨轻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，物料在磨盘与磨混之间进行受压。

本课题采用第二种磨轴形状，其优点在于：当磨辐与磨盘对物料进行

加载时，理论上磨盘与磨辐的接触是一条切线，当物料进行研磨时，使

得磨混衬板的全部部位进行工作。而采用鼓形时，磨盘与磨混的接触是

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。

第四章立式辐磨机设计计算

4.1一般计算

(-)磨辐尺寸

1根据磨盘直径系列初选磨盘中径为D=4000mm,由经验公式得：

磨馄直径：

d=(0.65~0.72)xDx(0.95~1.05)(4-1)

=(0.65~0.72)x4000x(0.95~1.05)

=2470~3024mm

因此初选磨馄直径为d=2500mm。

2.磨馄宽度：

根据经验公式：

5=0.24x7)x(0.95-1.05)(4-2)

=0.24x4000x(0.95-1.05)

=912~1008mm

因此初选磨辐宽度为：B=945mm。

(二)给料粒度：

根据经验公式：

4=2(4-3)

'40

4000

40

=10077/7?

取4W100mm。

(三)磨盘转速：

K(4-4)

Vo.001XD

45.8

―70.001x4000

=22.9r/min

根据立磨相关资料及经验初选磨盘转速为：〃=23r/min。

（四）单馄碾压力：

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

450人N/加之~80（UN/，〃2。

取600左N/疗作为计算的依据，则由经验公式得单馄碾压力为：

尸=600x1x5（4-5）

=600x2.5x0.945

=1417.5ZN

取尸=1417.5EV

（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/h

3.所需的功率计算：

R=350x7.5=2625&W

4.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/min6000V

5.起动转矩的要求

根据立式辐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P>\.2PX,所以，

现定起动转矩/额定转矩=2.6,则实际上为2.6x12>2.8,满足起动转矩

的要求。

（六）主减速机的选型

1.传动比：

994

—=43.2

23

取，=44°

2.入轴功率：3600kWo

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：

994

n=----=24.85r/min。

40

（七）单轻摩擦力的计算：

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：〃=24.85r/min,，加载平均半径

R=2.00m,则电机施加给磨盘的扭矩为：

［史亚(4-6)

n

9550x3000

—24.85

=1152.9kN-m

单棍摩擦力为：

f=\(4-7)

mxR

9550x3000

24.85

=1152.90V加

(A)液压缸压力计算：

根据单馄碾压力为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：

1417.5x1.5

~r=2126.25ZN。

4.2工艺参数的确定

(-)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,贝U基本风量450000Nm/h。

2.磨内风速的确定

当通风面积假想为fx》时，立磨磨内风速一般在6~10Bm/s,风

量按100℃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立式混磨机的磨机进风口至分离器出口压差为8500Pao

假设分离器压差为lOOOPa，喷口环的压差为7500Pa,则内循环

时，喷口环的压差为：

7500x(0.77~0.87)=5775~6525P。。

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6700—

7500Pao综合考虑，可确定磨机进风口至分离器出口压差为8000Pao

(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=510x775x0.875x0.925xl.l5=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、磨专昆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立式轻磨机

的实际产量420~450t/h,该磨机生产能力达到350t/h。

4.3寿命、强度计算

(-)磨馄轴承的寿命计算：

磨辐采用双列圆锥滚子轴承其型号为：332304A,

Co=5610kN,C=10200kN,额定转速为n=480r/min。

磨混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，

计算磨混轴所受的轴向力和径向力：

由磨辐的碾压力E=1417.5ZN,得出径向力：

FH=Fcosl30(4-8)

=1417.5xcos13°

=1381.2kN

轴向力：

=Fsinl30(4-9)

=1417.5xsin130

=3166kN

图4.2磨专昆轴承受力示意图

由图纸设计的测量可得，磨混轴向力与径向力作用点与轴承支反力作

用点接近，因此可以将磨混轴的轴向力和径向力作为轴承所受的轴向力

和径向力，即

A=FH=316.6kN

R=Fv=l38T.2kN

轴承所受的当量载荷：

P=fdfni(XR+YA)(4-10)

=1.5x1.5x(1x1381.72+0x316.6)

=3108.17ZN

其中，力为冲击载荷系数；

，为力矩载荷系数；

X为径向系数；

A为轴向系数。

磨馄的转速计算：

磨馄的平均半径为r=1250,2m,磨盘的平均半径为火=1250吹加，因此

磨馄的转速为：

R

n}=—n

=39.76〃/min

轴承寿命的计算：

3黑喈尸（4-"）

106*90x10200、，

-.............X（----------------），

-60x39.763108

=15495/1

其中，£为温度系数。

（二）中心轴强度校核：

由设计图纸测量简化为近似力学模型，磨馄及摇臂的受力图如图3-1

所示：

则图中a=23.19。，因此，根据平面力系的求解:

乙=耳sina

=2126.25xsin23.19-

=8373kN

Fv=F,-cosa-F

=2126.25xcos23.29°-1417.5

=537AN

因此，中心轴在两摇臂上的反作用力为：

>/837.32+5372

2

=473AkN

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

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:

Mc=F"

=473.4x848.5

=401680kN•mm

=401680000N-mm

c点处的抗弯剖面模量为:

(4-12)

3.14x54()3

一32

=15458992/7〃〃

C点处的弯曲应力为：

/=必(4-13)

_401680000

15458992

=25.98MP。

由工程材料手册查到42CrM。的许用应力为：[a]=460Mpa,因此，

%<⑻

所以中心轴的强度符合要求。

(三)磨馄轴的强度校核：

磨馄轴主要功能是连接摇臂与磨馄，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：

则磨辐轴A处为危险截面,

图4.4(1)磨辐轴受力示意图

图4.4(2)磨辑轴弯矩图

图4.4(3)磨混轴合力矩图

A处垂直方向的弯矩为：

MAV=F-l2-cos13-Fr-sinB

=1417.5x1662xcos13-1417.5x1250xsinl3

=1896918.7N•m

=1896918700N-mm

A处水平方向的弯矩为：

=144.1x1250

=168597N-m

=168597000N•mm

A点的合弯矩为：

%=他」+叶

=7189691870(f+168597000?

=1904396400/V•mm

A截面的抗弯剖面模量为：

777/3

%=鲁(4-14)

3.14x6803

一32

=3085364。〃，，

则A面的弯曲应力为：

1904396400

30853640

=6L7Mpa

由工程材料手册查到42CrM。的许用应力为：。]=460孙。，因此，

crA<[o']

所以磨辐轴的强度符合要求。

（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30~80r/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。

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:

；2+々2)

m•(r(4-16)

2

夕•乃•㈠一信八书+昌

2

7800X10-9X3.14X(17982-16002)x2450x(17982+16002)

2

l.llxWnkg-mm2

1.17x105Ag.m2

转子的转速为：

n-7i

CD=-----(4-17)

30

50x3.14

30

=5.23rad/s

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)

5.23

--6(r

=0.087rat//r

根据牛顿定律得出所需转矩为：

T=J邛(4-19)

=1.17x1()4x0.087

=1.02xl04?/m

=1.02X107TV-mm

分离器转轴的受力及扭矩图如图3.6所示，

TT

图4.6分离器轴扭矩图

A面的扭转剪切应力为：

16T

(4-20)

7tdy

16xl.02xlQ7

3.14xl8(P

89MPa

（五）对键的强度进行校核:

键所受的挤压应力为：

4T

~dhl(4-21)

4xl.02xlQ7

-180x155x25

=5S.5MPa

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：

[%J=100~120Mpa

因此，。＜匕』，所以，键的挤压强度符合要求。

键所受的剪切应力为：

2xl.02xlQ7

-45x155x180

=16.2MPa

查阅工程材料手册，Q235A的许用剪切应力为：

[可=141~188Mpa

因此，孙＜团，所以键的强度符合要求。

第五章立式混磨机关键部件的结构设计

5.1磨馄部分的结构设计

(-)磨辐的主要组成及其作用

磨馄是完成碾磨物料的主要功能部件，加压系统通