潤磨機設計【潤式混捏球磨機】【筒式磨機】

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nc = (3-1) 式中： nc——潤磨機的臨界轉速，r/min； ——筒體的有效直徑，； 潤磨機的轉速比q根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗一般取0.3～0.35； 潤磨機的轉速比: = (3-2) 式中： ——潤磨機的實際工作轉速，r/min； nc——潤磨機的臨界轉速，r/min； 3.1.2 潤磨機的實際工作轉速的計算; 由公式3-2可知: =(0.3～0.35)*27.37=11.56～13.475 r/min; 取n=13 r/min 3.2 潤磨機的生產(chǎn)能力的計算 3.2.1 潤磨機實際生產(chǎn)所需的容積 計算潤磨機達到每小時5噸的生產(chǎn)任務所需的容積公式為： （3-3） 式中： ——潤磨機所需的筒體體積， ; ——潤磨機的生產(chǎn)能力，（）； ——潤磨機的單位容積生產(chǎn)能力，,(本機的單位容積生產(chǎn)能力為=1); 所以： =5/1=5; 本機設計的1.2m2.4m潤磨機筒體的實際有效容積 =3.140.60.62.4=5.1. 3.2.2 潤磨機的粉磨介質裝入量的計算 潤磨機的粉磨介質是潤磨機中的工作元件，又是主要的磨損消耗材料，對潤磨機的工作效率、產(chǎn)品質量和操作成本都有重要影響，歷來是潤磨機設計中研究和改進的重要對象。目前，國內外潤磨機的粉磨介質普遍采用球形介質，球形介質（鋼球）有很多優(yōu)點，比如：球形的運動特性好，能使?jié)櫮ミ^程穩(wěn)定。介質填充率對生產(chǎn)能產(chǎn)生重要影響，理論上有三種方法確定： (1)按最外層介質具有最大拋落高度確定； (2)按縮聚層具有最大拋落高度確定； (3)按全部介質產(chǎn)生最大功率確定。 結合生產(chǎn)實踐可得出粉磨介質——鋼球的裝入量的計算公式： = （3-4） 式中： ——裝入筒體的鋼球重量，; ——筒體的有效容積，； ——鋼球的比重，由資料可查為4.7t/； ——潤磨機的鋼球填充率，結合理論和實踐本機器可采用15%的介質填充率； 所以可得: =; 3.2.3 潤磨機物料的裝入量的計算 物料的裝入量的計算公式為： = （3-5） 式中： ——物料的裝入量，; ——筒體的有效容積，； ——物料容重，根據(jù)物料的性質選用,本潤磨機的物料容重是1 t/； ——物料充填率，根據(jù)生產(chǎn)實踐最大充填率一般為25%，本潤磨機采用15%的物料充填率。 所以： =5115%=0.75 3.3 潤磨機所需功率的計算 通常計算潤磨機所需功率的方法有兩種： （1） 根據(jù)潤磨機以實際工作轉速時所需的能量消耗主要用于運動研磨體和克服傳動與支撐裝置的摩擦。 經(jīng)驗公式為： =0.222n (3-6) 式中： ——潤磨機所需理論功率，； ——機械傳動效率，當潤磨機采用邊緣傳動時，取0.86～0.96；采用中心傳動時，取0.92～0.94；本潤磨機的設計采用邊緣傳動，故取機械傳動效率為0.9. ——筒體的實際工作轉速，; ——筒體的有效直徑，； ——筒體的有效容積，； ——鋼球的重量，。 （2） 聚集層法 所謂聚集層就是假想潤磨機筒體中所有的研磨體都集中在某一中間層運動，研磨體在這一中間層運動的各種性質可代表全部研磨體在筒體內的運動情況，該中間層稱為聚集層。 按此種方法推到出來的潤磨機主要傳動功率的計算公式為： (3-7) 式中： ——理論所需功率，； ——鋼球的重量，； ——筒體的有效半徑，； ——筒體的實際工作轉速，; —— 重力加速度，9.8 ； ——機械傳動效率。潤磨機實踐所需工作功率 本潤磨機的設計功率計算采用公式（3—7）： 所以： =0.0413.60.6139.8/0.9=12.54 ； 根據(jù)生產(chǎn)實踐，必須留一定的功率余量，生產(chǎn)中一般留5%～15%的功率余量，本潤磨機留10%的功率儲備。 則潤磨機的實際功率為： (3-8) 式中： ——潤磨機實踐所需工作功率，; ——理論所需功率，; 所以： =（1+10%）12.54=13.794 3.4潤磨機排料口參數(shù)的選擇 3.4.1 排料口尺寸的確定原則 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和鋼球最小直徑的大小，取排料口寬度B=40mm,考慮到不致過多削弱筒體剛度，取排料口長度L=200mm。 3.4.2 排料口數(shù)量及組數(shù)的確定 3.4.2.1 筒體的有效表面積 筒體的有效表面積的計算公式為： (3-9) 式中： ——筒體的有效表面積，； ——筒體的直徑，; ——筒體的長度，。 則： 3.4.2.2 排料口的表面積 排料口的表面積的計算公式為： (3-10) 式中： ——排料口的表面積，； ——筒體的有效表面積，； ——開口率，系指排料口表面積與筒體表面積之比，一般國內外潤磨機的開口率為1%～2.6%,本潤磨機選定開口率為 1.42%。 則： =1.42%×16.956=0.24； 3.4.2.3 單個排料口的表面積 單個排料口的表面積的計算公式為： (3-11) 式中： ——單個排料口的表面積，； ——排料口的寬度，mm; ——排料口的長度，mm。 則： =0.04×0.2=0.008 ； 3.4.2.4 所需排料口的個數(shù) 所需排料口的個數(shù) (3-12) 式中： ——排料口的個數(shù)； ——排料口的表面積，； ——單個排料口的表面積，。 則： =0.24/0.008=30 個 3.4.2.5 排料口的組數(shù) 取每三個為一組，則： (3-13) 式中： ——排料口的組數(shù)； ——排料口的個數(shù)。 則: =30/3=10 組 3.4.2.6 排料口的間距 10組排料口沿圓周等分布置，每間隔36度一組，每組三個排料口均勻布置，其間距為125.6mm. 4 潤磨機筒體部件的設計 4.1 筒體部件 筒體部件由筒體、給料部分的選擇和兩端端蓋等部分組成。 筒體內部空間是完成粉磨過程的場所，筒體上設有人孔，以便安裝維修襯板和裝卸介質。筒體形狀為圓筒形，這種形狀比較簡單，容易制造。 4.1.1 筒體的設計和加工方法 筒體的結構設計如下圖4-1： 圖4-1 磨機筒體采用兩端法蘭加圓筒的結構形式，法蘭焊接在筒體上。 筒體材料采用Q235-A鋼板，厚度為16毫米。 筒體的加工工藝是：采用圓筒體高效一次卷制成型方法，最后焊接加工成圓筒狀。焊后筒體進行整體熱處理退火，消除鋼板的卷板應力和焊接應力。此種加工能有效地提高筒體疲勞強度，防止筒體疲勞開裂，保證筒體的使用年限。 4.1.2 給料機的選擇 給料機采用螺旋給料機，具體結構性狀可參考資料。 4.1.3 端蓋的設計和加工方法 兩端端蓋的結構如圖4-2、圖4-3： 圖4-3 端蓋的加工方法為整體鑄造，材料為ZG230. 4.2 筒體襯板的設計 4.2.1 襯板的作用和選用原則 （1）襯板固定在筒體和端蓋的內側，作用是保護筒體和端蓋，使之免受粉磨介質和物料的磨損，也具有改善介質運動的作用。 （2） 襯板的選用原則： 適合粉磨過程要求，使介質運動具有良好的運動狀態(tài)； 具有較好的耐磨性能和較長的使用壽命； 使用成本較低； 安裝、維護和拆卸方便； 對設備運轉和工藝過程更加有利，起碼沒有不利影響。 4.2.2 襯板材料的選擇 材料是影響襯板耐磨性和壽命的重要因素，主要有金屬、非金屬、磁性襯板和復合襯板四類。比較成熟的金屬襯板和非金屬襯板，復合襯板有一定的發(fā)展趨勢。 金屬襯板材料有高碳高錳耐磨鋼、抗磨白口鑄鐵和空冷貝氏體鋼等，金屬襯板有高的硬度和耐磨性，但是抗沖擊性能較差，且成本較高，造成整機重量很大。 本潤磨機采用橡膠襯板。橡膠是一種高分子材料，是最常用的非金屬襯板材料，具有耐磨、耐腐蝕、質量輕、隔音等特點。因而具有壽命長，適用于酸堿性條件工作，節(jié)能、降低噪聲，容易安裝、不產(chǎn)生金屬污染等優(yōu)點。 筒體采用橡膠襯板，既降低了工作噪聲，又使電耗大幅度下降。橡膠襯板親水性較差，具有良好的彈性，當鋼球沖擊襯板時，由于彈力的反作用，開始已粘附在襯板上的物料被彈起而脫落，故使用橡膠襯板不易粘料。 4.2.3 襯板的組成及其結構的設計 4.2.3.1 橡膠襯板的組成 橡膠襯板是由襯板、壓條及螺栓固定等組成。 4.2.3.2 襯板的結構設計 筒體采用平襯板，結構如圖4-4所示： 圖4-4 襯板的設計主要考慮選用合適的厚度、寬度和長度。襯板厚度，對于80～90的鋼球來說，一般為50毫米。厚度過小，會產(chǎn)生鋼球沖擊后“擊穿”破壞；厚度過大，則會減少筒體有效容積從而影響磨機的生產(chǎn)能力。襯板寬度由壓條間距決定。襯板長度不宜過短，以便減少分塊和接縫，為了使襯板相互擠緊避免物料滲透，實際長度應比筒體長度長1.5%。襯板采用撓性螺栓固定在筒體上。 端蓋襯板因承受沖擊較小，故厚度可稍小。 本潤磨機的端蓋襯板采用平襯板，又因為端蓋承受的沖擊不大，故端蓋襯板的固定方式可用膠粘結到端蓋上。 4.2.3.3 壓條的結構設計 圖4-5 壓條的結構設計如圖4-5 壓條具有固定襯板，保護緊固螺栓，同時起提升鋼球和物料的作用，其斷面形狀設計是根絕提升效果、耐磨損程度等因素決定，本潤磨機采用了如圖4-3所示形狀的壓條，其提升面是K字形和圓弧的組合曲線，它基本符合壓條磨損后的自然形狀，其提升能力較好，破碎能力也較好，而摩擦物料的效果較強，它屬于非對稱型壓條，不能掉頭使用。 此外，壓條的設計中還應該詳細考慮壓條的高度H和間距L之間的關系。壓條高度H主要影響鋼球提升高度，而間距L過大會使提升效果變差，鋼球和物料對襯板表面滑動較大，使襯板磨損嚴重。L過小則鋼球和物料容易填滿間隙，使磨機內形成平滑表面，造成壓條表面磨損過大。一般濕法磨機推薦L/H=3～5，本潤磨機取L/H=5。 4.2.3.4 壓條與襯板的固定方式 潤磨機的壓條與襯板固定方式采用“撓性”螺栓固定方式。其結構如圖4-7所示。 圖 4-7 1-壓板； 2-橡膠套筒；3-橡膠墊圈 采用“撓性”固定可以大大緩沖鋼球對襯板的沖擊力，使其磨損減少。 5.筒體的受力分析和校核 5.1 筒體各部分重力的計算 由前面設計可得： 鋼球重：=3.6； 物料重：=0.75； 筒體的重量的計算 基本公式： （5-1） 式中： ——理論重量，； ——鋼板的截面積，； ——長度，; ——鋼板密度，。 理論重量和實際重量有一定的出入，只作為估算時參考。 鋼板斷面積的計算公式： (5-2) 式中： ——鋼板的截面積，； —— 鋼板的邊寬，； —— 鋼板的厚度，mm，本潤磨機筒體的厚度取為16mm; 綜合公式6-1和6-2可得鋼板的理論估算重量： = 3768×16×4.5×7.85×1/1000=2.13 襯板、壓條和螺栓等重量粗略估算為1 ; 大齒輪重量 約為：0.52； 左端蓋約為：0.5 ; 右端蓋約為：0.5 ; 筒體所受的力中、、、 可簡化為均布力分析： =（ ）×1000×9.8/4.5≈1.63× 其他各部分轉化為重力： =4900 N =4900 N =5096 N 大齒輪受力可分解為徑向力、圓周力，軸向力； 又 式中P為電動機輸送到筒體上功率，經(jīng)計算得P=15.8KW；n為潤磨機實際轉速，n=13r/min; 則： 為大齒輪分度圓直徑，=0.672m 則： 筒體的受力可簡化成下圖5-1表示： 圖5-1 對圖5-1進行受力分析可得下圖5-2； 圖5-2 由材料力學知識，對圖5-2進行分析計算，可畫出筒體簡化成的簡支梁所受的扭矩圖5-3、剪力圖5-4和彎矩圖5-5。 圖5-3 圖5-5 5.2 筒體強度的校核 潤磨機裝載后，通?？山频恼J為筒體是承受均勻分布載荷的梁，受力如上節(jié)所分析，據(jù)材料力學知識可知，筒體在離左軸承中心點2627mm處產(chǎn)生最大彎矩 故在此處產(chǎn)生最大彎曲應力，計算公式為 = （5-3） 式中： —— 筒體所受的最大彎曲應力，； ——筒體所受的最大彎矩，； ——圓柱體的抗彎截面系數(shù), ; 的計算公式為： = （5-4） ·式中： ——圓柱體的抗彎截面系數(shù), ; ——筒體的外徑，m； ——筒體的有效內徑,m. 代入數(shù)據(jù)可得： =0.0196 ; 筒體所受的最大彎矩由水平方向的最大彎矩和垂直方向的彎矩組成： 故 = ==5.523 筒體由Q235-A等塑性材料滾彎后焊接成形，用第四強度理論進行強度計算校核： 校核公式為 = （5-5） 式中： —— 筒體所受的最大彎曲應力，； ——筒體所受的最大彎矩，； ——筒體所受的最大扭矩，。 所以代入相關數(shù)據(jù)可得： = 故可知強度遠遠滿足要求。 5.3 筒體剛度的校核 筒體的撓度可用疊加法分解求得，可分為由均布力所引起的撓度、齒輪重力和徑向力所引起的撓度和兩端端蓋所引起的撓度。 5.3.1 均布力所引起的撓度的計算 均布力作用下，簡支梁的受力簡圖和變形如下圖5-6： 圖5-6 根據(jù)材料力學知識，可知此種受力情況，最大撓度發(fā)生在中點處，由手冊可查的計算公式： == （5-6） 式中： = =; ； 為均布力的作用長度，c=4.5m; ——兩支點之間的距離，; ——彈性模量，196； ; 為梁的抗彎剛度。 所以： == 5.3.2 齒輪重力和徑向力所引起的撓度的計算 齒輪重力和徑向力作用下，簡支梁的受力簡圖和受力變形如下圖5-7： 圖5-7 由材料力學知識，該受力情況的梁，最大撓度是由撓度和疊加而成的。 由計算公式可得： 式中： ——和的合力，N; ——兩支點之間的距離，m； 為F到右邊支點的距離；m, ——彈性模量，196； 為梁的橫截面對中性軸的慣性矩，=0.0113。 代入具體數(shù)值可得： =（5-7） 5.3.3 兩端端蓋重力所引起的撓度的計算 兩端端蓋作用下，簡支梁的受力簡圖和變形如下圖5-8： 圖5-8 由材料力學知識可知，最大撓度發(fā)生在梁的中間位置。 計算的公式為： === （5-8） 式中： ——作用在梁上如上圖的載荷，=，N； ——力的作用點的位置，m; 為比例因子，； ——軸承兩中心的距離，m; ——彈性模量，196； 為梁的橫截面對中性軸的慣性矩，=0.0113。 代入數(shù)值可得： =. 5.3.4 筒體剛度的校核 由以上計算可得，簡支梁的撓度； ==0.0736-0.001484+0.000776=0.0729mm 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，可得筒體撓度的最大安全值為0.2mm。 可知： < 故筒體的剛度滿足要求。 5.4 端蓋與筒體焊接處剪切應力的校核 5.4.1 左端蓋焊接處剪切應力的校核 由圖5-4可知，聯(lián)接處的剪力 由于采用電弧焊對接街頭 ，查機械設計手冊可知公式： 受剪： 式中： ——焊接處所受的剪力 ，。 為端蓋和筒體焊接時所接觸的實際長度，則 為端蓋厚度，。 則 （5-10） 又根據(jù)機械設計手冊可查： 可知： 所以，滿足焊接強度的要求。 5.4.2 右端蓋焊接處剪切應力的校核 由圖6-4可知，聯(lián)接處的剪力： 故同理可求得： 則： 所以，滿足焊接強度的要求。 結論 畢業(yè)設計，不僅是對大學四年所學知識的一個總體考察，更是我們畢業(yè)前很重要的一次理論和實踐的結合。所以，在做這次設計過程中，我不僅重視對以前所學的與課題相關的知識的溫習，更十分重視實踐的作用，用實踐的觀點去檢驗設計中存在的問題和不足。 經(jīng)過這幾個月緊張而有序的忙碌之后，在老師的熱情指導下和同學們的親切幫助下，我的畢業(yè)設計終于圓滿完成了。在做畢業(yè)設計的過程中，我通過查閱各種有關潤磨設備的資料，初步了解了非標準機械設計的一些基本思路，也對潤磨機的構造有了詳細的掌握。通過對潤磨機方案的分析和比較，最終確定了潤磨機的總機方案，順利完成了筒體的設計和受力分析，這些學習經(jīng)歷不但使自己的理論知識進一步加強，而且也積累了一定的實踐經(jīng)驗，為以后的工作和繼續(xù)學習打下了堅實的基礎。 當我拿到課題和設計任務書時，我感到設計這樣一個龐大的非標準礦山機械設備，對我來說有很大的難度，更何況大學期間并沒有接觸類似的這種設備，自己也沒有一個很好的感性認識。后來，通過自己的學習和老師同學的幫忙，使我順利完成了這次設計任務。 通過這次設計我學到了許多知識： （1） 學會并掌握了非標準機械設計的基本方法和步驟； （2） 學會了怎樣去查找相關的資料并篩選自己所要的資料； （3） 鞏固了大學四年的專業(yè)知識，將理論和實踐結合了起來； （4） 進一步熟練了AUTOCAD的操作。 在完成課題的過程中，我也遇到了很多的問題和麻煩，通過向老師的請教和同學們的熱情幫助，問題得到了圓滿的解決。其實，潤磨機的設計有很多靈活的地方，沒有必要恪守某些條條框框，特別是一些細節(jié)問題，可根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗靈活變換，只要是能達到生產(chǎn)要求，符合設計規(guī)范的方案我們都可以一試。 總的來說，這次畢業(yè)設計的完成中，我認為還是比較成功的。它使我對潤磨機的設計開發(fā)有了一個比較深入的了解。當然由于本人的知識水平和能力有限錯誤在所難免，希望老師能夠多多指教。 致謝 本課題的設計是在王榮吉老師的悉心指導和大力支持下完成的，王老師在一些具體的設計方案的確定給了我很大的幫助。我所設計的潤磨機屬于非標注機械，很難找到相似的資料，王老師告誡我在設計過程中要敢于創(chuàng)新。這種工作方法不僅讓我明白了怎么樣才能標新立異，順利完成本次的設計工作，更讓我學到了很多設計方面的知識。同時，王老師那種高度的敬業(yè)精神、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L對我產(chǎn)生了重要的影響。我從王老師身上不僅僅是學到了怎樣把設計做好，更是學到了怎樣把工作做好、怎樣把人做好。 借此機會，向王老師致以誠摯的謝意，感謝王老師在百忙之中能抽出寶貴的時間來對我的設計進行耐心細致的指導，并指出了很多建設性的建議，同時，我想向我大學四年的專業(yè)課老師和在我設計過程中幫助過我的同學們致以最深的謝意，感謝我的任課老師們，感謝我的同學們，正是由于你們的無私奉獻和支持，我才能克服一個又一個的困難，直至順利完成設計。當然，我知道自己設計經(jīng)驗還很缺乏、自己的能力也有限，錯誤之處在所難免，懇請各位老師和同學加以批評指正，我將會感激不盡。 最后，再次對大學四年關心、幫助我的老師和同學們表示衷心地感謝！ 參考文獻 1.技術制圖與機械制圖 中國標準出版社 2.有色金屬冶煉設備 化學工業(yè)出版社 3.機械結構設計 化學工業(yè)出版社 2006 4.材料力學 第四版 劉鴻文 主編 高等教育出版社 5.濟鋼Ф3.2m×5.3m潤磨機的開發(fā)設計 劉華 《山東冶金》 1999年12月 第 21卷 6.球團工藝新設備-潤磨機，陳明 鄭可佩 《冶金設備》 2000年10月第5期 7.潤磨機的改制設計 張喬坤 《有色冶金設計與研究》 1999年3月第20卷 第 1期 8.機械設計 第七版 濮良貴 紀名剛 主編 高等教育出版社 9.粉體技術手冊 盧壽慈 主編 化學工業(yè)出版社 10.金屬材料 曾正明 主編 機械工業(yè)出版社 11.工程材料 第三版 朱張校 主編 清華大學出版社 12.畫法幾何及工程制圖 第五版 上海科學技術出版社 13.非標準機械設備設計手冊 胡宗武 徐履冰 石來德 主編 機械工業(yè)出版社 14.粉碎機械的理論與應用 周恩浦 等著 中南大學出版社 15.機械設計手冊 第四版 第一卷 成大先 主編 化學工業(yè)出版社 16.粉體的制備與處理 化學工業(yè)出版社 17.機械設計制造及其自動化英語教程 周志雄 孫宗禹 主編 湖南大學出版社 2000年9月 18.國外大型球磨機發(fā)展現(xiàn)狀 李文亮 楊濤 于向軍 吉林大學機械科學與工程 學院 19.化學工程手冊 第二卷 化學工程手冊編委會 化學工業(yè)出版社 1989年 20.提高磨機處理能力和能源利用率的研究 唐新民 礦山機械 21.滾筒式磨棒機的設計 張書輝 機械設計與制造 2000年6月 第三期 22.陶瓷工業(yè)機械與設備 張柏清 林云萬 編著 中國輕工業(yè)出版社 1999年 23.機械零件設計手冊 楊黎明 主編 國防工業(yè)出版社 1986年