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X11m 水泥 球磨机 设计 CAD

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φ3X11m水泥球磨机设计含9张CAD图,X11m,水泥,球磨机,设计,CAD

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311m水泥球磨机设计摘 要随着城市越来越快地发展，市场对建筑材料的需求量不断增加，其中在建筑生产中不可缺少的水泥更是得到了普遍的应用。因此，水泥球磨机成为了很多工厂的基本设施设备。水泥球磨机设计的规格是311m。首先通过阅读书籍和查找了一些相关论文，了解到了水泥球磨机的工作原理及基本构造，为接下来进行设计计算奠定了一定的基础。在本次水泥球磨机的设计主要包括以下内容：1) 设计水泥球磨机的总体结构2) 分析水泥球磨机的工作性能3) 选择电动机、减速机构4) 设计水泥球磨机的传动系统和执行部件5) 校核重要零部件的强度，是否符合安全生产要求6) 绘制装配图、零件图，编写说明书关键词：球磨机；进料装置、衬板；中空轴ABSTRACTWith the rapid development of cities, the demand for building materials is increasing. and the indispensable cement in the construction production has been widely applied. Therefore, the cement ball mill has become the basic equipment of many factories.The design of cement ball grinder is the topic of my graduation design. The specification of this cement ball grinder is 311m . First of all, I have learned the working principle and basic structure of the cement ball grinder by reading books and looking up some relevant papers, which laid a certain foundation for my next design calculation. The design of cement ball grinder mainly includes the following contents:1) design the overall structure of cement ball grinder.2) analyze the performance of cement ball grinder.3) select motor and deceleration mechanism.4) design the transmission system and implement parts of the cement ball grinder.5) check where the strength of important parts and components meet the requirements of safety production.6) draw assembly drawings, part drawings, and write instructions.Keywords: ball grinder; Feeding device; lining board; Hollow shaft目 录引 言1第一章 粉碎概述21.1粉碎的意义及分类21.2粉磨的目的3第二章 球磨机结构设计42.1球磨机的工作原理42.2球磨机的分类52.3水泥球磨机的主要构造52.4水泥球磨机的主要参数的确定62.4.1临界转速n062.4.2理论适宜转速n62.4.3实际工作转速ng72.5球磨机的主要零部件82.5.1筒体82.5.2中空轴82.5.3磨头和磨尾92.5.4衬板92.5.5隔仓板112.5.6主轴承122.5.7进料装置132.6球磨机的传动形式132.6.1边缘传动132.6.2中心传动13第三章 球磨机主要零部件的强度计算153.1筒体的强度校核153.2中空轴的校核18结 论20参考文献21谢 辞22引 言目前市面上有很多规格的水泥球磨机，随着生产建筑行业的发展，水泥球磨机的应用范围也越来越广泛。水泥球磨机通过筒体的旋转和筒体内研磨体对物料的冲击和研磨作用来获得最终需要的一定细度的水泥产品。水泥球磨机产品的各种技术的发展都已经相对较成熟，比如已经有研究人员发现了可以在不打开磨门即水泥球磨机正常运转的情况下，可以向磨机筒内添加所需的研磨体，这种方法的出现不但在某种程度上提高了水泥球磨机的工作效率更重要的是保障了工作人员的安全。即便如此，水泥球磨机仍然有很多可以优化的余地。比如，球磨机工作效率的提高一直是很多研究人员攻克的一个重要方向。虽然在生产中水泥球磨机的问世为生产水泥提供了很大的帮助，但其工作的效率往往不尽如人意。如果设计计算出合理地研磨体的规格以及数量，设计出不同于现在已存在的衬板的形式，可能会对提高水泥球磨机的效率有很大的帮助。第一章 粉碎概述1.1粉碎的意义及分类物料内部的内聚力由于外部力量（外部冲击、电能、热能等）的作用，导致其被破坏而导致物料分裂的过程，称为粉碎。粉碎包括破碎和粉磨。物料由大块破碎成小块的过程称为破碎；小块物料经过研磨作用转变为细粉的过程称为粉磨。破碎机械和粉磨机械，统称为粉碎机械，它们是分别完成这些工作的机器。粉碎物料可以增加它的比表面积，从而使化学反应的速度得到提高，其相互之间物理作用的效果也更加明显；如果要混合不同的物料，经过粉磨后，物料间的混合会更加均匀；同时，经过粉碎后得物料，更容易贮存、干燥和运输。粉碎作业的分类见表1.1。表1.1 粉碎作业的分类作业段数给料粒度（mm）产品粒度（mm）破碎粗碎（一级破碎）露天矿1500 1000井下开采600 350250 125125 20细碎（二级破碎）250 12515 0.5粉磨粗磨15 0.52 0.2中磨2 0.2-200目占70% 80%细磨中磨产品-（200 325）目占90% 95%超细粉磨微粉碎细磨产品5m超细粉碎微粉碎产品5m微 细 1 0.1m超 细 0.1 0.02m微 细 2m时ng=32.2D1-0.2D（2-4）当1.8D2m时ng=n=32.2D1（2-5）当D1.8m时ng=32.2D1+(11.5)（2-6）式中 水泥球磨机的实际工作转速，单位为; 水泥球磨机筒体内径（规格直径），单位为。本次设计311m 的水泥球磨机的实际工作转速ng=32.2D1-0.2D=32.22.9-0.23=18.3rmin2.5球磨机的主要零部件2.5.1筒体用钢板卷焊而成的一个空心空筒便可作为水泥球磨机的筒体使用，筒体的两端都与磨头联结。在球磨机工作的过程中，筒体要承受加大的力，包括筒体本身和筒体内安装的衬板、隔仓板、对物料起研磨作用和粉碎作用的研磨体以及在筒体内进行加工的物料等的重力。因此，足够的强度和刚度是筒体所必须满足的条件，可以选用机械性能和工艺性能都较好的钢板来制造磨机筒体，这样可以同时保证所需的抗弯强度。，磨机直径的可以选为筒体钢板的厚度，因本次设计筒体的直径大且筒体的长度也较长，钢板厚度取其高值。本次设计的水泥球磨机的规格为是311m，可以取筒体钢板的厚度为40mm。为了检修和更换磨体内的各种易损件如衬板、隔仓板，会在水泥球磨机筒体上每一仓都开设一个人孔。为了便于调整隔仓板的位置和装卸研磨体，应将每一仓的人孔开在每个仓的中间位置。并为了使筒体的横断面积削弱得少些，人孔应与与筒体纵轴线平行。人孔的形状一般为椭圆形或具有大圆角的矩形，尺寸为长轴在500800mm左右，短轴为300400mm左右。 为了封闭各仓的人孔，要在水泥球磨机的筒体上设置一个既方便装卸、又能牢固固定的磨门。磨门根据安装位置的不同可分为“内提式”磨门和“外盖式”磨门。本磨机选用的是外盖式磨门。2.5.2中空轴在水泥球磨机筒体的两段有负责进料和出料的中空轴，它传递来自电动机的动力，使水泥球磨机能够正常地工作运转。所以合理地设计中空轴的尺寸以此来保证球磨机的正常运转也是此次设计的重要环节。此次设计中，中空轴和磨门分别制造，然后再用螺栓将它们连接起来。根据图2.2 ，此次选择 ，中空轴的厚度选定为70mm ,则 ；轴的轴间高度选为20mm，则；选取过度圆弧半径。图2.2 中空轴结构2.5.3磨头和磨尾水泥球磨机的另一个重要的组成部件便是由端盖和中空轴两部分组成磨头和磨尾。在水泥球磨机正常运转工作时，整个磨机的动载荷都要由左右两端的磨头和磨尾来承载，由于磨头和磨尾对水泥球磨机来说是不可更换的零件。所以要求其在使用中长期安全可靠，以保证水泥球磨机的正常运转。此次设计的311m 水泥球磨机属于大型水泥球磨机，故将中空轴和端盖分别铸造，用螺栓将它们联结起来。目前设计磨头和磨尾较常使用的方案是采用钢板焊接结构，此结构没有复杂的机件制造工艺程序，有较少的切削加工程序和加工面，消耗的原材也料较少，更重要的是铸件的铸造缺陷不存在，有效的保证了端盖质量。2.5.4衬板1）衬板的作用衬板的作用是保护水泥球磨机的筒体内壁免受研磨介质和物料的冲击和研磨作用，使其拥有更长的使用寿命，保证生产加工的正常进行。而且还能够通过安装不同形状的衬板来使研磨介质的保持能够产生最好加工效果的运动状态，降低衬板金属的消耗，提高水泥球磨机的生产效率。2）衬板的材料制作水泥球磨机衬板的材料大多数是金属材料，也有少量非金属材料。由于各仓内研磨体的规格各不相同，其运动状态也不同，为达到所要求的衬板的工作状态，选择的各仓衬板材料也会不同。在本次设计中，将水泥球磨机的第一仓和第二仓作为粉碎仓，在粉碎仓内需要研磨体对物料的作用以冲击为主，所以在选择衬板材料时，较好的抗冲击和耐磨性能是我们应该考虑的重要因素。高锰钢（ZGMn13）就是作为衬板材料的一个很好的选择，它不但具有良好的抗冲击韧性，并且在收到一定的冲击时，表面由于产生冷作硬化而变得更加坚硬耐磨，因此通常采用高锰钢（ZGMn13）作为衬板材料。将水泥球磨机的第三仓作为细磨仓，在第三仓内需要研磨体对物料的作用主要以研磨为主，因此具有良好的耐磨性能的材料是我们的不二选择，比如耐磨白口铁、冷硬铸铁、中锰稀土球墨铸铁等。3）衬板的种类根据工作表面形状的评价衬板的类型是相对简单的，有以下几种类型：A. 平衬板平衬板是指具有平坦的工作表面或工作表面上铸有花纹的等厚度衬板。由于它对物料的研磨摩擦力较小，在水泥球磨机旋转工作时研磨体滑动的现象比较容易出现，此时研磨体的提升高度并不太高，研磨效果也差强人意。B. 压条衬板平衬板和压条的组合就是压条衬板。水泥球磨机的第一仓通常使用压条衬板。但压条衬板的提升能力是不均匀的，靠近压条前侧面的研磨体能被带到较高的高度，获得较大的冲击能量，对所加工物料的粉碎效果会很好，但远离压条前侧面的研磨体由于出现局部滑动，对所加工物料的粉碎效果很差。C. 阶梯衬板阶梯衬板与平衬板不同。阶梯衬板的工作表面与水泥球磨机筒体切线的方向形成了一定的倾斜角度，这个倾斜的角度增大研磨体与被研磨物料之间的摩擦力，可以提高衬板对研磨体及物料的提升能力。如果合理地选择衬板的工作表面与水泥球磨机筒体切线的方向的倾斜角度，会将研磨体带到最大的高度，使其拥有最高的冲击性能，达到粉碎物料的效果。使用阶梯衬板可以将同一层的研磨体和物料提升到均匀一致的高度，而且其表面磨损后表面形状不会得到明显改变，提升能力也不会受到大的影响。D. 小波纹衬板脉动波纹衬垫衬具有较小的音调峰值，提高系数小，打开细磨隔室的锥形孔。4）衬板的规格为了更加方便地安装衬板、使其在进出磨门和维修更加便捷，在设计计算时选择统一规格尺寸，即：长500mm ,宽314mm ，平均厚度50mm ,重量在600N左右。5）衬板的排列在排列衬板时，绝对不能出现环形缝隙，以免降低水泥球磨机筒体地使用年限。同时考虑到衬板与研磨体和物料之间的摩擦引起的的热变形以及制造时的整形误差，在每一块衬板的周围应预留一定的间隙，通常预留10mm 即可。6）衬板的固定 在粗磨仓，也就是第一仓和第二仓一般用螺栓连接来固定衬板。安装衬板时，水泥球磨机筒体内壁与衬板间不能留有空隙，以免经过粉磨后的物料残留在筒体内壁和衬板之间，影响筒体和衬板的使用寿命。在细磨仓即第三仓，衬板通常相互交错地镶砌在筒体的内壁，衬板相互间的挤压作用和水泥砂浆的凝结硬化使其与筒体内壁牢固地连接在一起。同时为了防止水泥球磨机筒体内壁受到研磨体和物料的磨损破坏，在筒体内壁和衬板间安装有衬垫。2.5.5隔仓板1）隔仓板的作用A分隔研磨体当物料在水泥球磨机筒体内加工时，从磨头到磨尾物料的尺寸是逐渐递减的，即颗粒细度越来越小。一个三仓的水泥球磨机，当物料在第一仓和第二仓中加工时，研磨体对物料的加工要以冲击作用为主，在第三仓中，研磨体对物料的加工要以研磨作用为主。研磨体的规格大小会直接影响它的研磨作用。故选用尺寸较小的研磨体，那么在研磨体总重相同的情况下，研磨体的数目就相对更多，研磨体拥有更大的表面积，可以起到较好的研磨作用。在多仓磨机中，隔仓板的存在成功地将不同级配或不同形状的研磨体分隔开来，使研磨体发挥出更好地作用。B防止大颗粒物料窜向出料端在生产水泥的过程中，为了防止未达到颗粒细度要求的物料进入研磨体冲击力较弱的区域，需要安装可以起到筛析物料的作用的隔仓板。而隔仓板是通过使用不同的蓖孔尺寸或者合理地排列蓖孔的分布来起到这个作用。否则，未能经过完全粉碎的物料在仓内大量堆积，粉碎效果会被严重地影响，或未达到颗粒细度要求的物料通过卸料端流出水泥球磨机，导致生产的产品不合格，需再一次到水泥球磨机中进行加工，浪费了时间，降低了生产效率。C控制磨内物料流速通过在隔仓板上使用不同的蓖孔尺寸或排列方式还能控制物料在磨内加工过程的流速。磨内物料的填充程度是由隔仓板蓖孔决定的，物料在磨内的粉磨时间也由它来控制。2）隔仓板类型A.单层隔仓板用一个中心板将若干个扇形篦板联结在一起组成的整体就是单层隔仓板，在水泥球磨机的筒体的内壁上通过螺栓连接将隔仓板的外圈篦板固定，这样就形成了单层隔仓板。篦板的形式有扇形和弓形两种。就使用时的牢固程度来说，弓形篦板较扇形篦板强，但安装更为复杂。在设计计算篦板的外形和尺寸时，必须要保证篦板从筒体人孔的进出是方便的。在本次设计中将单层隔仓板安装在第二仓和第三仓之间。B.双层隔仓板根据各自的使用条件不同和本身的优缺点，可以将双层隔仓板划分成四种形式，即过渡式双层隔仓板、提升式双层隔仓板、选粉式双层隔仓板和筛粉式双层隔仓板。强制物料通过隔仓板是水泥球磨机中提升式双层隔仓板的功能之一，即使在后仓的物料面比前仓物料面稍高的情况下，物料仍可顺利、快速地通过。使用提升式双层隔仓板提高了物料的通过率，加大粉磨效率。但同时水泥球磨机的有效容积有所减少，在双层隔仓板两侧的存料较少，导致粉碎仓的粉碎效率过低，同时隔仓板的磨损也会加剧。在本次设计中将提升式双层隔仓板安装在第一仓和第二仓之间。2.5.6主轴承分布在磨机两端的主轴承支撑着筒体及中空轴，使其能够正常工作。磨机的主轴承要承受磨体本身的质量作用、物料和研磨体的总质量以及它们在抛落时产生的对筒体冲击载荷。在重载低速下工作的球磨机的主轴承只需要下瓦就可。由于入磨物料具有较高的温度，会有一部分的热量经空心轴时热量传递给主轴承，加上低速重载工作下的轴颈与轴瓦摩擦产生的大量热量，使轴瓦在比较高的温度下工作，因此过水冷却装置对球磨机主轴承是必不可少的。同时磨机主轴承的润滑也不可忽视，良好的润滑会减少摩擦和使散热效果更加显著，这样不会因为轴瓦过热而影响球磨机的正常运转。2.5.7进料装置水泥球磨机中的进料装置是其整体中不可或缺的一部分。目前主要有以下几种形式：1） 截头圆锥溜管进料物料经过铸铁铸成的加料溜子进入漏斗，而漏斗是嵌入轴径内腔的，通过筒体的旋转，物料最终成功进入球磨机内进行加工粉碎。为了能够充足地向球磨机内进料，采用中心角相对较大的漏斗进行送料，这样物料进入漏斗后能快速地向磨内流动，可以更好地保证加工效率。2） 利用螺旋叶片进料此种方案是在进料端的中空轴内安装一带有螺旋叶片的套筒，当水泥球磨机工作时，中空轴带动套筒一起旋转，当物料经过漏斗进入到套筒时，物料就会被旋转的叶片带入到磨机的第一仓，开始粉碎工作。此外还有勺轮进料装置和加料螺旋进料装置。本次设计中将截头圆锥溜管进料装置作为水泥球磨机的进料装置。2.6球磨机的传动形式2.6.1边缘传动边缘传动是由电机带动小齿轮转动，小齿轮带动固定在筒体端部的大齿轮转动，筒体随大齿轮一起转动，最后达到传动的目的。2.6.2中心传动中心传动是电机通过减速机带动磨机一端的中心轴颈转动，进而使筒体转动进行工作。具体的分类如下中心传动边缘传动侧出轴减速机传动同轴线式减速机传动中心双传动动。三角皮带传动减速机边缘传动低速电动机边缘直接传动。两种传递方式都有其各自的优缺点。边缘传动中由于大齿轮的直径过大，比较笨重，导致传动效率低。而中心传动的效率虽然较高，但对与其联结的减速机精度要求高，减速机中的齿轮要经过多层热处理来达到较高的精度，符合安全生产的要求。在我国近几年的水泥工业中，这两种传动形式长期并存。就目前的生产形势来说，由于中心传动磨机的传动效率比边缘传动的高些，我国采用边缘传动的多为小型磨机，而大型磨机则采用中心传动的方案中心传动中的侧出轴减速机传动是本次设计采用的方案。第三章 球磨机主要零部件的强度计算3.1筒体的强度校核1）作用于筒体的总载荷Q 水泥球磨机在工作时，磨机回转部分的重力和动态研磨体（包括物料）所产生的力同时作用于筒体。磨机回转部分的重力GmGm=G1+G2+G3+G4+G5（3-1）式中 -水泥磨机回转部分的总重力，； G1-磨机筒体的重力，N； G2-磨机磨头的重力，N；G3-磨机磨尾的重力，N；G4-磨机衬板的重力，N；G5-磨机研磨体的重力，N；将设计数据带入到式（3-1）得 2）动态研磨体所产生的力水泥球磨机在工作时，磨机内研磨体式以抛落状态运动的，动态研磨体所产生的力是静态研磨体的自重1.02倍，即P=1.02G（3-2）式中 -动态研磨体产生的力，。3）粉磨物料的重力粉磨时研磨体和物料是混在一起的，这部分物料重力约为研磨体自重的14%，即G0=1.14G （3-3）式中 -粉磨物料的重力，N。故在计算P值时应乘以1.14倍，即包括物料在内的动态研磨体所产生的力为1.14P=1.141.02G=1.16G3）筒体作用力的分布筒体、衬板和隔仓板的重力可以看作为沿筒体长度的均匀分布，单位长度上的受力为q=G1+G4+G5l（3-4）第一仓单位长度上收到的动态研磨体的作用力为q1=1.14P1l1（3-5）第二仓单位长度上收到的动态研磨体的作用力为q2=1.14P2l2（3-6）第三仓单位长度上收到的动态研磨体的作用力为q3=1.14P3l3（3-7）将设计数据带入到上述公式，最后得到上式中q1、q2、q3-分别为第一仓、第二仓、第三仓单位长度受到的力，N/m； P1、P2、P3-分别为第一仓、第二仓、第三仓动态研磨体所产生的作用力，N；l1、l2、l3-分别为第一仓、第二仓、第三仓长度，m。5）筒体的弯曲强度进料端主轴承承受的支座反力RA=+q3l312l3+l7+G2l1+l2+l3+12l4+l7+G212l4+l7L+q1l112l1+l2+l3+l7+q2l212l2+l3+l7L将设计数据带入到上述公式，最后得到（3-8）出料端主轴承承受的支座反力RB=q1l1+q2l2+q3l3+G2+G3+ql-RA（3-9）将设计数据带入到上述公式，最后得到磨机筒体的承受的最大弯矩Mmax=RAx-q1l1x-12l1-l6-q2x-l1-l622-qx-l622-G2x-l6+l4令dMmaxdx=0，求得xmax=6.58，带入上式，最后得Mmax=1.4106Nm磨机筒体所承受的扭矩Mk=9550Nn（3-10）将设计数据带入到上述公式，最后得到磨机筒体承受的当量弯矩M=Mmax2+(Mk)2 （3-11）将设计数据带入到上述公式，最后得到磨机筒体抗弯断面模数W=(Re4-Ra4)4Re（3-12）将设计数据带入到上述公式，最后得到6)磨机筒体承受的弯曲应力=MCW（3-13）将设计数据带入到上述公式，最后得到7)磨机筒体的许用弯曲应力磨机筒体长期在交变载荷的作用下工作=-1n（3-14）-1=0.27(s+b) （3-15）筒体的材料选择普通结构钢（Q235），它的抗拉强度和屈服极限分别为则 安全系数 ，筒体能够安全、长期工作。3.2中空轴的校核中心传动的中空轴不但承受弯曲和剪切作用，还承受扭转等多种载荷的作用中空轴承受的弯矩本次设计选用的是中心传动方案，故应考虑扭矩的影响，采用中空轴的当量弯矩。式中，为折合系数，取0.5。中空轴环状断面模数W为： 表3.1 应力集中系数r/ d10.3 0.2 0.1 0.05 K 1.5 2.0 2.25 3.0由表3.1，根据等差法可以取K=2.1，则中空轴所受弯曲应力校验中空轴的弯曲强度本次设计中空轴选用的材料为ZG270（中碳铸钢），屈服强度，可以长期安全的工作。由于中空轴的剪切力较许用值较低，不需要进行校核验算。结 论 通过近三个月的查找资料、设计计算、绘制Auto CAD 图纸，基本设计出了可以投入生产实际中并且能长期、安全的运转的311m 水泥球磨机。通过此次的水泥球磨机设计，让我更好地将大学四年里在课堂上学习到的理论知识运用到实际中。虽然此前我们曾做过多次课程设计，但总体来说只需要掌握好本门课程的知识即可。而进行毕业设计所需要的知识储备覆盖但不限于大学课程里学习到的知识，为了了解水泥球磨机的工作原理，熟悉水泥球磨机的基本构造，我通过查阅期刊、论文和相关的书籍，然后将所了解到的资料全部汇总，然后考虑我所设计的水泥球磨机的各个部件、它们之间的连接方式等等，对我们来说真的是一个很大的考验，也为我们以后解决在工作和学习中遇到的复杂问题奠定了坚实的基础。参考文献1濮良贵,纪明刚.机械设计M.北京.高等教育出版社.20112李育锡.机械设计课程设计M.北京.高等教育出版社.20113刘鸿文.材料力学M.北京.高等教育出版社.20104关慧贞,冯辛安.机械制造装配设计M.机械工业出版社.2012 5刘建寿,赵红霞.水泥生产粉碎过程设备M.武汉.武汉理工大学出版社.20156黄志兴.球磨机P.中国:201620290152.4,2016.04.28.7胡亮.球磨机P.中国.201720028686.4,2017.09.26.8王绪科,薛铜龙.球磨机链传动结构设计研究J.河南科技,2017,10:83-84.9张传余,许红兵.球磨机的节电应用J.化工矿物与加工,2012,7:40-45.10张建刚.延长球磨机衬板使用寿命的实践J.价值工程,2017,23:100-101.11万小金.球磨机合理装球计算方法J.金属矿山,2001,11:23-26.12陈蕊妍,刘爱兵.球磨机机座设计与优化J.煤矿机械,2014,35(6):26-27.13张立勋，董玉红.机电系统仿真与设计M.哈尔滨.哈尔滨工程大学