Φ3.5×13M闭路水泥磨(传动及进出料部件)设计正文

盐城工学院本科生毕业设计说明书201011前言水泥生产为制备生料粉、煤粉和水泥,都需要进行粉磨作业。常用于粉磨的设备有以冲击研磨为主的球磨机。磨机在水泥生产中，仍然是不可以完全替代的主要粉磨设备。改善和提高产品的质量和数量,减少动力消耗,降低生产成本,即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。水泥厂中粉磨设备的用电量约占全厂的三分之二,可见磨机传动装置设计是否正确,制造质量如何,安装、检修和维护的好坏,对磨机的正常运转和电耗都有极大的影响。此设计的技术经济指标高低对于水泥企业具有十分重要的意义。目前，主要传动方案有边缘传动与中心传动，设计时须对各种传动方式按具体情况,从加工制造工艺,设备造价,传动效率和电耗的大小,使用和维修等多方面进行综合分析和对比,最后确定传动方案。我国水泥行业有13000多台磨机和管磨机，其中95%以上采用边缘传动，发电、选矿行业的球磨机、自磨机等几乎都采用边缘传动[8]。国外边缘单传动磨机功率以达4000KW以上，边缘双传动总功率达9000KW，美国大型磨机基本都采用边缘传动，德国大功率磨机80%左右也采用边缘传动，我国已设计出2000KW的单边缘传动磨机，1000KW的单边缘传动磨机已投入运行。回转窑、烘干机广泛用于水泥、冶金、化工等行业。边缘传动的大小齿轮装置占机器本体造价的10-30%，是关系设备运行状态及大型化的主要因素。本课题是Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计，本人主要进行球磨机主传动部分和进出料部分，回转大齿轮、传动小齿轮以及齿轮轴等主要零件的设计，完成联轴器、电机的合理选型，调整磨机转速，优化齿轮设计，增加磨机运转的平稳性和使用寿命,满足生产工艺和生产纲领要求，各零部件尽可能选用通用件和新型材料，以提高粉磨效率，最大幅度达到低能耗运转，保证产品质量设备在技术上先进，经济上合理，设备具有良好的可操作性和可靠性，以满足球磨机的生产需要，提高粉磨效率。Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计22总体方案设计2．1球磨机的工作原理物料经过破碎设备破碎后的粒度大多在20mm左右，如要达到生产设备的细度，还必须经过粉磨设备的磨细。粉磨是许多工业生产中的一个重要过程，其中使用面广、使用量大的一种粉磨机械是球磨机。它在水泥生产中用来粉磨生料、煤及水泥。球磨机的主要部件有进出料装置、筒体、传动装置等。主体是由钢板卷制而成的回转筒体。筒体两端装有带空心轴的端盖，筒体内壁装有衬板，磨内装有不同规格的研磨体。如图2-1,当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着料面差能强制物料流动，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，另磨内气流运动也帮助物料流动。图2-1研磨体层运动及受力分析2．2磨机传动方式的确定磨机的传动方式有两种:其一为传动轴轴心线与磨机中心线平行,通过该轴上的齿轮带动筒体端盖上的大齿圈进行传动的边缘传动形式,它用于功率1000～4800KW的磨机;其二为传动轴轴心线与磨机中心线一致的中心传动形式,它多用于功率1000KW的磨机,最大的磨机功率已达8000～10000KW。它可分为由电动机经减速器减速后驱动磨机和由低速变频同步环形马达直接驱动磨机的两种形式。边缘传动与中心传动的比较a.边缘传动磨机的大齿轮直径比较大,制造困难,占地多,但精度要求较低;中心传动结构紧凑,占地面积小,但制造精度要求较高,对材质和热处理的要求高;b.后者较前者总质量要小些,加工精度高,因此,后者的造价要高些;c.前者较后者的零件分散,供油点多,检查点多,操作及检查不方便,磨损快,寿命短;盐城工学院本科生毕业设计说明书20103综上,中心传动较为先进,功率小于2500KW时,两种形式均可采用;若大于2500KW,尽可能选用中心传动方式。从加工制造,机重造价,传动效率和电耗的大小,使用和维修等多方面进行综合分析和对比，结合我国的国情，本课题采用边缘传动。传动方案如图2-2所示：图2-2传动方案1-主电动机；2-主减速器；3-辅助减速器；4-辅助电动机；5-小齿轮；6-大齿轮；7-磨机筒体2.3磨机的重要参数计算[1]2.3.1筒体有效内径a.平衬板厚度h的确定磨机的粉磨能力与其筒体的有效内径成正比，衬板过厚等于减小了磨机的有效内径，降低粉磨效率。规格越小的磨机，衬板厚度对其粉磨效率的影响越大。所以，在保证强度和足够磨损量的前提下，衬板厚度越薄对提高粉磨效率越有利。一般可设计成40～70mm厚，即：h=40～70（mm）对大磨取大值，小磨取小值，具体可按表2—1选取。表2—1衬板厚度推荐表磨机规格直径D(m)衬板厚度(mm)磨机规格直径D(m)衬板厚度(mm)≤Φ1.835～40＞Φ3.2～Φ3.860～65＞Φ1.8～Φ2.440～50＞Φ3.8～Φ4.565～75＞Φ2.4～Φ3.250～60＞Φ4.575～90联系本课题，选择衬板的厚度h=60mm。b.磨机筒体有效内径的确定筒体的规格直径减去衬板的厚度所得到的实际内径称之为筒体的有效内径，具体计算如下：Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计4D0=D–2h(2-1)将D=3.5m，h=60mm代入得D0=3.38m。2.3.2磨机的转速a.临界转速0n临界转速0n是指磨内最外层研磨体刚好贴随磨机筒体内壁作圆周运动时的这一瞬间的磨机转速。此时研磨体处于磨机筒体圆断面的顶点，即脱离角=0°。将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速0.442.9290DRn（2-2）式中0D——磨机筒体有效直径,m。将0D=3.38代入计算得：0.442.9290DRn=23.06（/minr）以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。b.磨机的理论适宜转速使研磨体产生最大冲击粉碎功的磨机转速称为理论适宜转速。当靠近筒壁研磨体层的脱离角=54°44′时,研磨体具有最大的降落高度,对物料产生粉碎功最大。将=54°44′代入式cos≥9002Rn，可得理论适宜转速022.832.2nRD（2-3）将0D=3.38代入计算得：51.172.328.220DRn（/minr）c.转速比球磨机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比，即00032.20.7642.4DnnD上式说明理论适宜转速为临界转速的76%。一般磨机的实际转速为临界转速的70～80%。d.磨机的工作转速盐城工学院本科生毕业设计说明书20105以上适宜转速是在一定假设前提下推导出来的，而粉磨作业的实际情况很复杂，应该考虑的因素很多。一般认为，对于大直径的磨机，由于其直径大，研磨体冲击能力强，转速可以低些；对于小直径的磨机，研磨体冲击能力较差，加之一般工厂的入磨粒度相差不大，所以转速可以高些。国内干法磨机的工作转速多用下列公式计算：当0.2Dm时032.20.2gnDD（2-4）当1.8mD≤2.0m时032.2gnD（2-5）当D≤1.8m032.2(11.5)gnD～（2-6）式中gn——磨机的实际工作转速，r/min；0D——磨机的有效内径，m；D——磨机规格直径，m。本课题选用公式（2-4））（minr/81.165.32.038.32.322.02.320DDng2.3.3磨机的功率a.研磨体的装填量对提高磨机产量，降低单位产品的电耗，研磨体的装填量和级配等是个值得注意的问题。但目前这方面还没有比较成熟的理论根据，都是依靠生产实践中积累的经验来解决的。研磨体的装填量，可按下式计算24nmLPD0(2—7)式中：m-磨内研磨体装填量，t；L-磨机筒体有效长度，m；φ-磨内研磨体填充系数；Pn-研磨体容积密度。研磨体的密度，一般取34.5/tpmn填充率是磨机重要参数之一，它不但直截影响着粉磨过程的冲击次数及研磨面积，而且还影响着研磨体冲击高度，即对物料的冲击力。据国内各生产厂的经验，Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计6填充率的选择可按以下原则进行：当物料粒度大，硬度大，需要破碎功率大时，填充率应高些。若该仓排料差，料球比小，仓内存料较多时就不能过分增加填充率，因过高的填充率会使仓空间变小，研磨体冲击高度大大降低。则粉磨效率就低；当物料易磨性好时，为增加产量可提高填充率。但物料易磨性差时，就不能为了提高产量而猛增填充率，尤其时段仓，这样会降低粉磨效率；当产品细度放宽，而产量又要求高时则需增加喂料量，仓内料球比下降，需要增加填充率；磨机转速高时，衬板对研磨体的提升能力强，研磨体带得高，并且松散，填充率可选低些；对于易，二仓间用单层隔仓板的磨机，因第一仓排料受第二仓的影响，第一仓的填充率不能低于第二仓。根据生产经验对于开流多仓磨机的平均填充率为%28~%25;对圈流球磨：%40；对圈流中长磨：%32~%30；对烘干兼粉磨的磨机要兼顾烘干溶积的要求，一般填充率均小于%28~%25。各仓之间的关系，则为适当递减或基本相等。本课题选用填充率%30研磨体的装填量24nmLPD0）（t7.142.5430.03.6128.3342b.磨机的功率研究球磨机功率计算的目的是为了能够正确地选择电动机的规格,选择或计算减速装置以及对球磨机筒体进行强度计算等提供依据.球磨机运转时所需功率,其中一部分消耗在有益工作上,既提升研磨体和物料至一定高度,并使之具有一定速度抛射出去,按抛物线轨迹下落,进行冲击击碎物料;另一小部分则是克服机械摩擦阻力,如球磨机中空轴在主轴承中的摩擦,传动装置中的摩擦等消耗的功率,可用机械效率η来考虑,则球磨机所需功率N0为:N0=4×10-5GR1n/η(2—8)式中:N0—球磨机所需功率,kW;G—球磨机筒体内研磨体的总重量,N;η—球磨机的机械效率。中心传动球磨机η=0.92～0.94；边缘传动球磨机η=0.86～0.90。本课题选用η=0.88磨机所需功率0N=15410GnR）（KW18290.917.511.69.8910.714210435球磨机电动机的功率qN应在需要功率0N的基础上加大10%～15%，此备量用来克服球磨机启动时，研磨体的的惯性力和在工作时研磨体的可能过载。盐城工学院本科生毕业设计说明书201070(1.10~1.15)qNN=（1.10～1.15）×1829KW=2102～2103.5KW式中：qN球磨机电机功率，KW。根据实际电机功率为2000KW2.3.4磨机的生产能力磨机小时生产能力的计算影响磨机需用功率的因素很多，主要有以下几个方面：粉磨物料的种类、物理性质和产品细度；生产方法和流程；磨机及主要部件的性能；研磨体的填充率和级配；磨机的操作等。常用磨机生产能力经验计算式为,由[5]10000qNQ（2-9）式中:Q——磨机生产能力，t/h；0N——磨机所需功率，kW；q——单位功率生产能力，hkWkg/；——流程系数，开路取1.0；闭路1.15～1.5。代入公式（3-10）查表可知圈流系统q值为4310000qNQ110.1010001.4431829（t/h）符合设计要求。Φ3.5×13M闭路水泥磨（传动及进出料部件）设计83球磨机的传动部分设计3.1磨机电机的选择3.1.1磨机的负载特性a.磨机的工作转速是属于恒定的,故不需调速,其速比大;b.磨机的工作类型属重载,其传动功率从250KW～8000KW或更大,是水泥厂用电最大的设备,约占全厂生产用电的2/3;c.磨机在正常工作时负载基本稳定;d.磨机的启动转矩约