管磨机的总体和结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

本科毕业设计（论文）通过答辩 管磨机动态特性及系统的测试分析 摘要 ： 磨机是发电、选矿、化工和建材等重工业领域中最广泛采用的粉磨机械，其主要机件有传动装置、支承装置、回转筒体。 本文建立了边缘传动式磨机系统的“小齿轮 传动轴 减速机大齿轮”横向振动的模型，分析计算了系统横向振动的动态特性，对系统的载荷进行了测试分析，同时，还建立了磨机系统的扭转振动模型，利用递推计算法对系统进行了扭转振动动态特性分析，验证了递推计算法的通用性。最后，对 13m 的磨机系统进行了动态特性的实例分析。 研究边缘传动磨机系统的动态特 性，对避免由于激励频率接近或等于系统的固有频率而导致共振及设备的失效，预测系统在可能激励下的响应特性，优化系统结构等等都具有很重要的意义。 用传递矩阵法及通用计算程序可以简便地分析边缘传动磨机系统横向振动的固有特性，以及计算不同激励情况下系统的响应，为研究边缘传动磨机系统横向振动的动态特性提供了一个方便有效的方法。 边缘传动磨机系统是一个模态偶合较紧的系统，因此，在磨机系统的设计、运行中，应注意使激励频率避开系统的固有频率，以免发生设备的早期失效。 边缘传动式磨机系统的传动轴的设计是合理的。 系统阻尼对系统 的动态特性影响很大，是系统的一个重要性能参数。 边缘传动磨机系统，可以通过实测低速轴的扭矩来确定系统中减速机的负载状况。 关键词 ： 振动 载荷 响应特性 扭矩 指导老师签名 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of 05802446 is of of in to n in of is of is of in is is by is of is so of of is in of It is of to so is a of be by of In of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 引言 . 4 2 磨机的总体设计 . 5 路循环系统与开流粉磨系统 . 5 机的通风方式和水冷却 . 6 内温升原因及危害 . 6 磨机通风方式 . 6 机的水冷却 . 7 机各仓长度的确定 . 8 磨体的装载量 . 8 内研磨体运动状态分析 . 13 磨体运动状态的三种基本情况 . 13 . 14 体运动脱离点的轨迹 . 14 . 14 磨体动态作用力： . 15 3 球磨机主要参数的确定 1 . 15 机工作转数的确定 . 15 机功率的计算 . 17 . 17 响磨机生产率的因素 . 17 机生产率的计算 . 17 4 磨机主要机件的设计和计算 1 . 18 机筒体部分 . 18 . 18 . 18 . 20 空轴的结构设计 . 20 . 20 空轴的结构设计 . 20 板 . 24 板的作用 . 24 板材料的选择 . 24 . 25 仓板 . 27 . 27 仓板的结构设计 . 27 5 提高磨机产量的途径 . 28 用助磨剂 . 28 内喷水 . 28 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 29 别粉磨 . 29 制并缩小入磨物料的粒度 . 29 理选择磨机衬板 . 29 路粉磨改为闭路粉磨 . 30 结 论 . 31 参考文献 . 32 致 谢 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 管磨机的总体和结构设计 1 引言 我国是水泥大国 ,而水泥粉磨技术又直接影响到水泥工业的振兴和发展。显而易见，提高水泥厂粉磨工艺水平对企业综合效益的影响是十分显著的。降低能源消耗、减轻工人劳动强度以及延长球磨机的工作运转时间等问题是目前和今后研究和从事水泥生产工作者的首要任务。 显然，全面增强节能意识、优质意识和环保意识已成为广大水泥企业的当务之急。随着体制的改革，企业内部的经济搞活，各部门对水泥的需求量在逐渐增多。由于建材行业起步较晚、历 史较晚，无论是水泥的质量，还是水泥的产量，都一时难以满足广大社会的需要。为此，就影响提高水泥的产量、降低能源消耗、减轻工人劳动强度的因素很多，一般可分为工艺因素和机械因素两大类： 1 影响球磨机产质量的工艺因素 a 入磨物料粒度 b 入磨物料水分 c 入磨物料的特征与易磨性 d 粉磨工艺流程 e 对粉磨成品的比表面积要求 2 影响磨机产质量的机械因素 a 磨机筒体内的通风 b 磨内结构 c 研磨体级配和填充率 。 同时它存在着下列一些问题： a 当磨机结构一定时，转速不变的情况下，同层物料之脱离角不变，物 料在磨内被搅动，效果差，粉磨效率受到影响 ; b 磨内增设隔仓板。它不仅减少了粉磨空间，而且隔仓板附近粉磨效率很低，加剧了隔仓板的磨损 ; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 c 由于研磨体运动单调性，粉磨效率较低，装载磨体量大，而且球径也大，这样功能大大地增加 ; d 一般开流磨机被广泛地应用而存在欠粉磨现象，不仅降低了粉磨效率，增加电耗，而且产品质量不稳定。 本次毕业设计是参照徐州力大集团的生产情况，得到张晓荣老师与其他同学的大力支持，在此一并致谢。 2 磨机的总体设计 2 1 闭路循环系统与开流粉磨系统 对于开流系统 ，其流程简单、投资省、操作简便，但物料必须全部达到成品细度后才能出磨，因此要求产品细度较细时，已被磨细的物料将会产生过粉磨现象，并在磨内形成缓冲层，妨碍粗料进一步磨细。有时甚至出现细粉包球现象，从而降低粉磨效率，提高了电耗，采用闭路系统可以消除过粉磨现象，使磨机的产量提高、电耗降低，同时闭路系统的产品粒度均匀，尤其是生料粉颗粒均匀，对煅烧熟料有利。 在闭路系统粉磨时，由于要求出磨物料的细度较粗，一般采用球磨或中长磨与分级设备组成闭路系统，与二台球磨机组成闭路时，称为二级闭路系统。 粉磨系统的 选择应考虑入磨物料的性能产品种类、产品细度、产量、电耗、投资以及是否便于操作与维修等因素。对长径比 L/D=4据工厂经验，选用开流水泥磨，我们设计的水泥磨规格为 13,根据经验选用圈流水泥磨。 圈流系统流程图如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2圈流系统流程图 磨机的通风方式和水冷却 内温升原因及危害 对于干法原料磨及水泥磨而言，由于磨机在运转过程中，冲击和研磨物料的同时，大部分的电耗 转换为热能，必然要引起磨机本身研磨体及物料温度的升高，一般可使温度升高几十度。对于没有冷却措施的干法磨机内的物料出磨温度可达 ，其危害如下： a 对机械设备来说，由于磨机在运转过程中和停止运转时温差很大，可使磨机产生显著的热变形及热应力，引起机体的损伤，如：衬板的几何变形、衬板螺栓的折断、主轴承维护要求要易烧毁等。 b 物料的易磨性随温度的升高而降低，因为随着温度的升高 ,细小微粒的静电作用增强，使之易于凝聚和粘附，造成糊球现象严重，并使水泥质量降低（易造成水泥的速凝）。 为了降低 磨温，提高粉磨效率减少电耗、提高产品质量，通常采用加强磨内通风或磨内喷水冷却措施，均可提高磨机产量 5 15%。 磨机通风方式 A 磨机的通风方式有三种： a 自然通风 内风速（常指磨机最后一仓的风速，一般 求入磨物料含水 b 强力通风 现磨内的强力通风，以除去磨内的水蒸气，改善粉磨条件，降低磨内温度，提高效率，一般来说其风速 该方案可以人为的形成各仓间的料位高差，使之由进料端向出料端递减，以加快买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 料流速度，且不易返料，可避免过粉磨现象，但由于各仓填充率较小，故段与段之间不易滚动，堆积紧密，以引起较大的偏心力矩，故粉磨效率受到一定的影响，而该方案对于圈流中长管磨机亦是经常采用的。 b 磨机进料端到出料端，各仓研磨体填充率递减的方案，即 1 2 3； 该方案具有限制磨内物料流速的缺点，且由于后仓料位高 于前仓料面，必须带有扬料板的双仓层隔仓板，对于难磨的物料，细度要求较高的产品或磨机长径比较小时（ L/D=2 这类磨机上比较成熟的经验是：水泥磨二仓比一仓高 2生料磨二仓比一仓高 1%或两仓相等。这一方案也使用于强力通风的圈流磨机。 本设计磨 用第一种方案，即 1 2 3。 查管磨机毕业设计参考资料 ,取 1 = 2 =3= 2 磨内研磨体的装载量 G G= 4 （ 2 式中： T； m； m； 研磨体容重，一般可取 G= ( 13 ) 3 磨内研磨体的级配与补充 （ 1）研磨体的级配 在磨机的同一仓中，为了减少研磨体之间的空隙率，增加对物料的粉磨机 会，限制物料的流速不致过快，常采用不同规格的研磨体按比例配合使用，几种规格的研磨体的配合比例，叫做研磨体 的级配。 钢球级配与填充率一样，直接影响到磨机产量，产品的质量和研磨体的磨损，钢球级配的合理选择，主要根据被粉磨物料的物理化学性能，磨机构造以及需求的产品细度等因素来确定。 物料在粉磨过程中，一方面受冲击作用，另一方面受研磨作用，在研磨体装载量不变的情况下，小钢球比大钢球的总面积大，与物料的接触机会多，故增加小钢球的数量有助于提高粉磨能力，但从另一方面需要将大块的物料击碎才能进行有效的粉磨，此所以就必须增大钢球的直径，提高破碎效率。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 所以，钢球的分配从进料端向出料端球径逐渐递减，磨机的最 大钢球直径 参考建材部水泥工业技校发行的粉磨工艺与设备拉珠费夫经验公式 8 3 （ 2 式中： d 进料物料的最大粒径，根据要求 0以 8 3 28 310 =整取 0各级钢球的比例：可按二头小中间大的原则配合。在满足物料粒度要求的前提下，平均球径应该小些，以增加接触面积，提高粉磨效率，前仓的最小球径等于后仓的最大球径。物料经过长期的研磨后，研磨体的级配组合如下图 2 图 2使用后的钢球级配组合 未使用过的研磨体加入球磨机前的形状如下图 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2新研磨体级配组合 根据研磨体在各仓内的大小组合情况，级配分配如下： 第一仓 0仓 : 钢球 70 60 50 级配 25% 40% 35% 二仓 : 钢球 50 40 30 级配 30% 40% 30% 三仓 : 钢球 30 20 10 级配 30% 40% 30% 磨机有效容积 V = （ 2 = ( 13/4 = 各仓有效容积 : 一仓 :3= 二仓 :v 2=3= 三仓 :3= 一仓钢球重量 : 1 =) （ 2 各级球重 : 70: 25%=) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 60: 35%=) 50: 40%=) 一仓平均球径 : D= (2 (2 + （ 2 =(70 0 0 ( =58.5(二仓钢球重量 : G= v 2 2 =0(T) 各级球重 : 50: 20 30%=6(T) 40: 20 40%=8(T) 30: 20 30%=6(T) 二仓平均球径 : D= (2 (2 +(50 6+40 8+30 6)/20 =40(三仓钢球重量 : G= 2(T) 各级球重 : 30: 32 30%=) 20: 32 40%=) 10: 32 30%=) 三仓平均球径 : D= (2 (2 +=(30 0 0 32 =20(（ 2）研磨体的补充 磨机中运行的研磨体被逐渐磨损，体积减小，形状变异，研磨体的装载量和级配都发生了变化。为了维持正确合理的级配和装载量，保持较高的粉磨效率，就得定期补充和更换研磨体，清仓和补球时间应视研磨体的机械性能（形状、硬度和韧性、物料的物理机械性能、易 磨性、温度水分等）和磨机的运行状况而定。例如，钢球比钢锻消耗快，比钢棒也消耗大些，磨水泥比磨生料消耗快，而磨生料的钢锻消耗却大于磨水泥的钢锻消耗。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 按我国经验，对水泥磨来说：第一仓通常 5次补球量约为该仓球量的 1一般只补入大球），第二仓每隔 10充量约为 2%，每次补球的数量应结合具体情况而酌情确定。一般每粉磨一吨的物料，研磨体的消耗大致如表（ 2示： 表 2粉磨一吨物料研磨体的消耗量 同时由于研磨体长期使用磨损，所以必须对钢球进行处理，大 体清仓时间可参照下列时间而定： 粉磨矿渣水泥：一、二仓钢球每月清理一次 生料磨：二仓钢球每两个月清理一次 重新配球时，表面被磨光、尺寸变小的研磨体可选作相应规格磨体继续使用。 内研磨体运动状态分析 磨体运动状态的三种基本情况 a 泻落式运动状态 当筒体的转速过低，且研磨体太少时，研磨体顺筒体旋转一定的角度。当研磨体超过自然休止角时，则象雪崩一样泻落下来，这样不断地反复循环，研磨体被提升的高度不高，只有滚动和滑动，基本上没有冲击作用，因而粉磨效果不佳。 b 抛落式运动状态 当筒体的转速 适宜时，由于离心力作用的影响，研磨体贴附在筒体内壁上，与筒体作圆弧上升运动，并被带到适宜的高度，然后象抛射体一样降落，研磨体呈瀑布状态以最大冲击力将物料击碎，同时在筒体回转的过程中，研磨体的滚动和滑动也对物料起到研磨作用。 c 离心力运动状态 当筒体转速过高时，由于离心力作用的影响，研磨体贴附在筒体内壁上与筒体一起回转，而不降落则研磨体不发挥冲击和研磨作用，也就不能粉磨物料。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 磨机中研磨体的运动分析 球磨机的粉磨作用主要是研磨体对于物料的冲击和研磨。为了确定磨机的主要工作参数，必须对研磨体的运动 状态加以分析。 研磨体运动的实际状态是很复杂的，为了使分析问题简化，作如下基本假设： a 磨机在正常操作时，研磨体在筒体内按其所在位置是一层一层地进行循环运动。在轴向各个不同的横断面上，研磨体的运动状况完全相似。 种是一层层地以磨机筒体横断面的几何中心为圆心，按同心圆弧轨迹随着筒体回转作向上运动，另一种是一层层地按抛物线轨迹降落下来。 忽略。 取紧贴筒体衬板内壁的最外层研磨体作为研究对象，研磨体在随筒体作圆弧向上运动过程中，当达到某一位置时，其离心力 于或等于本身重力的径向分力，研磨体就开始离开圆弧轨迹，作抛射体运动，即按抛物线轨迹运动。由此可见，研磨体在脱离点开始脱离应具备的条件为： 900 （ 2 以上的公式为研磨体运动的基本方程式，研磨体的脱离角与筒体的转速和有效半径有关，而与研磨体的质量无关。 体运 动脱离点的轨迹 当磨机在一定的转速下进行操作时，研磨体的基本方程式代表任一层脱离点诸因素之间的关系，它有着普遍意义，把上式改写为： R=900 （ 2 此式即为脱离点轨迹的曲线方程，它是一段圆弧。 内层研磨体的半径 若要求各层研磨体恒在同一轨迹上做循环回转运动而又不产生互相干涉，就必须确定最内层研磨体的半径 则就会使上升和下落的研磨体在中途相碰而互相干买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 涉其运动规律，只要降落 点处于极限位置，此处即为由降落曲线求得的横坐标 据代数公式解得 =73 44 与此脱离角相当的最内层研磨体的半径为： R=900 / 252/ 因此在确定研磨体的装载量时，务必使最内层研磨体的半径比 252/大，否则研磨体 在降落时会互相干扰、碰撞，损失其能量，降低粉磨效率。 磨体动态作用力： 磨机在正常运转时，研磨体所产生的动态作用力有以下三个方面： a 与筒体一起回转上升部分研磨体产生的离心力 Pc b 与筒体一起回转上升的那部分研磨体的重力 G c 作抛落运动那部分研磨体产生的冲击力 球磨机主要参数的确定 1 机工作转数的确定 1磨机的临界转速 外层钢球产生临界运转时的理论 临界转数公式 : 0D ( （ 3 式中： ( (m)； 故 2 球磨机的理论 适宜转数 n 最外层钢球具有最大降落高度时的理论最适宜转数公式 (即为列文松公式 )： n =0D = 20.2( （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中： =n/ ( 3球磨机的实际工作转速 与衬板形状、研磨体的装载量，被磨物料的物理性质磨机的生产工艺流程等均有着密切的关系，且直接影响到提高磨机产量，降低电耗和减少钢球和衬板的损耗磨机的工作转数有三种工作制度： （ 1）高转数的工作制度 超或大些）理论临界转速 磨机可以超过理论临界转数运行而不发生临界现象，即使最外层钢球接近或超过临界运行时，其各层钢球仍能正常运行，且由于转速的提高， 研磨体的周转率提高，故粉磨效率提高。 （ 2）低转速工作制度 使用于湿法生产溢流卸流的二级磨机 （ 3）中等转数的工作制度 对中等转数适用范围等二种不同意见： a 当球磨机工作转数为 机效率最高，也就是比生产效率高（每一马力吨 /小时 ） ，而工作转数为临界转速的 68%，绝对生产率提高，但电耗比前者大 2经济观点出发，推荐采用 产率随转数的增加功率并不快，为提高磨机生产率可以采用 确定磨机实际工作转数原则：当 D20D 设计为 机，所以 0D （ 3 = 取 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 机功率的计算 磨内研磨体呈瀑布状态，工作时的功率计算磨机需用功率可用下式计算： ) ( （ 3 式中： G 65 ( (5) (=327 (磨机电机功率可用下式计算 : N = k1 0=327=467.6( （ 3 故取 N = 470( 响磨机生产率的因素 a 粉磨物料的种类 它的物理性质（水分、温度、易磨性等）入磨前的粘度，欲磨细的程度； b 磨机的形式：长度、直径、仓数、各不见形状； c 研磨体的种类、装载量和级配； d 被粉磨物料的加料均匀程度、喂料量大小及助磨剂的应用等。 机生产率的计算 建筑材料机械设计介绍的常用的球磨机产量计算公式如下： = m/v)8.0 k （ 3 = 65 (5)文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 =t/h) 由上式可知 ,磨机产量在 42t/满足设计要求。 4 磨机主要机件的设计和计算 1 如前所述，磨机总体设计中，着重从工艺方面考虑，主要是如何提高粉磨效率和降低电耗，而 磨机机件的设计，则是保证上述条件下，如何提高机械制造和降低原材料的消耗，为此，磨机各机件的结构设计既要有足够的强度，又要加工工艺性好，重量轻坚固耐用。 机筒体部分 磨机筒体部分是磨机的主体，包括磨机筒体，筒体端盖，中空轴，磨内的衬板，隔仓板及扬料板等。 体和筒体端盖的结构设计 筒体和筒体端盖有整体结构两部分组成，端盖分焊接和铸造两种结构，焊接的端盖是将钢板直接焊在筒体上，再经车削加工出端面及安装中空轴出口，这样能够保证端盖与筒体的同心度及端盖的端面与筒体中心线的垂直度。 筒体和端盖目前 广泛采用钢板焊接结构，它在制造方面具有下列优点： a 机件的制造工艺程度简单，没有车间工种间的反复和交错 b 切削加工工序及切削加工面积少 c 避免了大型整体铸造产生的缺陷，材料消耗少 d 加工容易，无特殊设备要求 筒体是用钢板卷削焊接而成的薄壁件，两端焊有相同材料钢板制成的端盖，筒体是承受重载，交变动载荷是处于低速长期运行的机件，它是筒体的主要零件，故设计时要求它是不更换零件，以保证它在工作中安全可靠，长期使用，且在使用过程中，亦必须保证质量，对于磨机的寿命一般要求大于 25年。 钢板材质的选择：制造筒体的 材料有普通结构钢 炉钢板 20g、 20 号优质结构钢，和 16年来，广泛采用低合金高强度钢 16类钢易于施焊，韧性较好，而 16焊性综合机械性能如耐磨性、耐疲劳性，腐蚀性及切削加工均化比 好，故应优先采用，本设计 筒体设计结构中的注意事项 a 必须满足工艺提出的磨机规格要求的净空长度，为此，筒体的内径 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 D = p（ 4 般取p=体的长度： L = 1 + 2 +3（ 4 1 2 3分别为隔仓板、磨头衬板、出料端扬料装置等的厚度。 b 筒体钢板排列拼凑原则 排列筒体钢板时，应充分地选用标准规格的钢板，避免余料或接长现象，力求降低边角料的消耗，拼凑排列钢板时应尽可能的减少筒体焊缝数目，使筒体上的纵环焊缝最少，且应避免在筒体中出现环的焊缝。 根据经验，磨机钢板的厚度约为磨机直径的 本规格磨可取 =30m。 筒体的纵向焊缝最多不超过 4条，各每节的焊缝应交错 90 度以上，避免“十”字 形接缝，每节间纵向焊缝应按衬板宽度的整数倍错开。 c 筒体上固定的衬板与隔仓板的螺钉孔应根据衬板尺寸等距开设、纵横成行，以便于统一衬板规格和便于调整隔仓板位置，衬板螺孔距筒体焊缝距筒体焊缝距离这是因为焊缝附近有较大的应力集中，同时也便于衬板螺钉的固定。 d 筒体上的人空应避免开设在筒体的中央，而且又应尽量开设仓室的中部这样对调整隔仓板的位置有较大的余量，同时也便于装卸研磨体和更换磨损零件，如衬板隔仓板等，人孔的开设应在保证人能进出筒体的前提下，越小越好，尽量减少筒体强度的削弱， 且人孔形状应使筒体产生最小的应力集中，使筒体断面模数削弱最小，还要尽可能减少衬板的种类。 为增强筒体人孔周围应设置整块的加强板，加强板面不得压缩筒体焊缝，加强板与筒体结合采用铆接较可靠，加强板厚度 S 取 S 30=33孔的开设有沿筒体母线方向单向开设和交错开设 ,单向开设时会由于人孔强板等重的离心、惯性力，增加筒体动载荷，但对装卸研磨体有利，错开开设时，刚好相反。本设计采用的格式如图 4 图 4人孔交错开设 本设计采用矩形，人孔 口尺寸为 309 510圆角半径为 孔开设宜用机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 械加工方法，而不宜用任何火焰气割，因为火焰气割会产生较大的热应力，若不得以用气割则最好采用退火处理。 体端盖设计中的注意事项 a 平面端盖的钢板厚度根据计算决定，一般可按下式计算选取d=（ 30=45般根据实际经验，取d=50焊的端盖，其焊缝应避免与筒体焊缝重合，也要避免它与筒体焊缝重合也要避免与