高压辊磨机毕业设计论文.doc

GM1200550W型高压辊磨机的总体设计院 系机电工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级学 号姓 名指导教师负责教师沈阳航空工业学院2008年6月沈阳航空工业学院毕业设计（论文）摘 要高压辊磨机作为一种高效、节能的粉磨设备在水泥行业中已得到了广泛应用，并正在向金属矿山选矿行业拓展，其巨大的发展潜力促使其形成产业化、系列化的生产趋势。为解决实际开发设计和系列化定型设计中的关键技术问题，本论文采用基于3D特征的CAD技术，对高压辊磨机进行三维模型设计，实现以先进的科技手段解决关键性技术问题，而且为高压辊磨机设计的产业化、系列化发展，加速该设备在金属选矿行业推广应用的进程奠定了技术基础。本论文主要叙述了高压辊磨机的总体设计与三维建模分析。主要内容如下：1.总体方案设计与规划。首先根据经验公式，设计完成给定任务量所需的高压辊磨机的各部分参数，如辊径，辊宽、辊磨力，功率等参数。然后是结构设计和整体规划。最后进行非标准件的尺寸确定与标准件的选型。2.从基于特征的零件建模和装配技术的探讨出发，通过实体建模、虚拟装配设计完成辊磨机的结构设计；通过对装配体进行静态干涉检查，以检验结构设计的合理性。本论文从工程实用角度出发，不但缩短了产品的开发设计周期，提高产品设计质量，降低设计成本，而且为高压辊磨机整个设备的设计提供了有效的解决途径。关键词：高压辊磨机；组合辊；特征造型；虚拟装配设计AbstractHigh-Pressure Grinding Roller(HPGR)，as a kind high-efficiency and energy-saving equipment，has been widely applied in cement industry， and is extending to the domain of metal ore mining and beneficiation，the industrialization and series trend will be formed for its tremendous development potential. In this thesis， HPGR are designed and dynamic simulation with CAD technology based on feature 3D solid modeling， to solve the important technical problems in term of development and design of the equipment， but also lays a technical base for furthering the development progress of industrialized and serial equipment，accelerate the application of equipment in metal mining for crushing hard ironstone.This thesis mainly introduces the normal design and 3D solid modeling on the High-Pressure Grinding Roller. The main contents are as follows:1.The design of the total drawing: First， the calculation of the parameters of HPGR to finish the task of giving，such as rolling diameter， rolling width，grind force， driving power，then，the structure and programming design，last，the design for the abnormal part and the selection of the normal part.2. The structure of HPGR is designed through solid modeling and virtual assemble， meanwhile，the structure rationality is tested by checking the static intervention among parts of HPGR.Stating from engineering application，its enforcement not only shortens the exploratory period of the new product，enhances its design quality，and reduces its research cost，but also lays a technical base for furthering the development progress of industrialized and serial equipments，hastens the equipments application in metal mining for crushing hard ironstone.Keywords: High-Pressure Grinding Rollers；Assembled grinding rollers；Solid modeling based on feature；Virtual assemble design目 录1 概述11.1 辊磨机的发展过程11.2 辊磨机的与传统破碎设备的区别21.3 辊磨机的发展趋势21.4 本课题的提出22 设备的工作原理及参数的设计计算42.1 设备的工作原理及粉碎过程42.1.1 工作原理42.1.2 粉碎过程42.2 设备的组成52.3 设备的主要参数的设计计算62.3.1 工艺参数的计算62.3.2 动力参数的选择102.3.3 运动参数的设计计算122.3.4 生产能力的估算132.4 设备的主要技术参数133 总体方案的设计153.1 传动方案的设计153.2 挤压方案的设计153.3 压辊支承方案的设计153.4 动、静辊组件定位方案的设计153.5 设备的总体框架153.6 轴承类型的选择及润滑方式163.7 液压推力系统163.8 设备的密封及防尘装置的设计163.9 设备的总体布局设计184 动辊组件的设计与计算194.1 动辊轴的设计与计算194.1.1 动辊轴的材料选用194.1.2 初估动辊轴轴径214.1.3 动辊轴的结构分析与设计214.1.4 轴承的选择与校核224.1.5 动辊轴的校核234.2 减速器的选择与校核254.2.1 减速器的介绍254.2.2 减速器的选择264.2.3 减速器的校核264.3 联轴器的选用274.3.1 选择联轴器的类型274.3.2 十字轴式万向联轴器的校核284.4 液压系统设计计算284.4.1 液压缸的设计计算284.4.2 液压泵的选择324.4.3 液压系统工作原理图324.4.4 蓄能器的选择与充气及使用维护规程335 高压辊磨机的三维设计365.1 软件简介365.1.1 CAD技术综述365.1.2 三维软件Solidworks的综述365.2 三维建模技术375.2.1 基于特征的建模技术375.2.2 参数化建模385.2.3 实体建模385.3 高压辊磨机的建模及虚拟装配技术385.3.1 高压辊磨机的建模385.3.2 高压辊磨机的虚拟装配技术416 技术经济性分析466.1 高压辊磨机的技术经济效果466.2 本课题的技术经济性分析466.3 总结47参考文献48致 谢49V沈阳航空工业学院毕业设计（论文）1 概述由于世界能源的紧缺，粉碎过程中的能耗越来越引起人们的重视。高压辊磨机问世十年来，主要应用在水泥行业及个别有色金属矿山，水泥界从这种节能、节钢耗的高效设备中得到了较高的效益。冶金矿业粉碎矿石的数量也相当可观，且金属矿石大都坚硬难磨，而目前球磨机的能耗、钢耗和效率的问题都比较突出，矿物回收率受粉磨方式的影响也比较严重。能否将高压辊磨机普遍应用到冶金矿业，一直是行内人关心的问题。1.1 辊磨机的发展过程八十年代，德国Clausthal大学矿物工程学院萧纳特教授和东北大学岩石破碎专家徐小荷教授几乎在同一时代不同的实验室内作出了矿岩静压粉碎后入球磨可节省粉碎综合能耗的结论。该结论说明矿石在对压辊的高压载荷作用下，内部受到极大的创伤并产生众多的微裂纹，甚至直接被挤压成饼状或更细粒度，从而大幅度减少了使后续磨矿的工作量。八十年代末，德国洪堡公司(KDH)依据德国Clausthal大学矿物工程学院萧纳特的理论研究成果，研制开发出第一台高压辊磨机，又称辊压机。辊磨机开始普遍应用于水泥行业，其应用技术也达到一定水平，趋于成熟，为水泥行业提高生产效率、降低生产成本起到了关键作用。由于金属矿山行业的矿岩硬度高、成分复杂等原因，辊磨机在冶金矿山应用和推广较水泥行业发展速度慢，但是辊磨机高效、节能的优点，使国内外业内科研工作者从未放弃对其的研究工作，经过二十多年的不懈努力，用于矿岩粉碎的辊磨机技术和设备在结构上不断改进、完善，并最终在金属矿山行业应用方面取得了突破性进展，如德国洪堡公司(KDH)的铁矿石辊磨机、美国BH、DH系列型煤辊压机等。其中德国洪堡公司(KDH)在铁矿石辊压机的研制开发上取得了卓越的成就，该公司生产的铁矿石辊压机已经开始应用于世界各国的有色金属冶金矿山行业，并有3台设备已经成功用于铁矿石的粉碎。高压辊磨机在国外普遍应用到冶金行业，该机在国内冶金行业立即受到了普遍的关注。经过高压辊磨机辊压后的物料在粒度分布上明显不同于传统的粉碎设备。在我国，天津水泥设计院较早地开展了辊磨机在水泥超细碎中的应用研究；中南矿冶大学开展了辊磨机在有色金属矿超细碎中应用研究；东北大学结合国家“九五”重点科技攻关计划项目，开展了辊磨机超细碎铁矿石的应用研究，研制开发出GM系列铁矿石高压辊磨机样机，并成功地对黑鹰山铁矿、棒磨山铁矿、姑山铁矿进行了工业化粉碎应用试验。目前，国产化的高压辊磨机已大量投入生产。1.2 辊磨机的与传统破碎设备的区别高压辊磨机在形式上很像传统的对辊破碎机，但在实质上有两点不同。其一是高压辊磨机实施的是准静压粉碎，它与冲击粉碎方式相比，节省能耗约30%；其二，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，物料之间的挤压应力可通过辊子压力来调节。两个辊子相向转动，一个固定辊，另一个是可调距离的（调整方式有两大类，一类是滑动式，另一类是摆动式动辊。）辊间压力一般可达15003000个大气压，破碎产品可达2mm，不仅可实现“多碎少磨”，还很可能成为以碎代磨的新型粉碎设备。由于它具有强大的作用力，不仅使物料粉碎，还可使物料颗粒内部结构产生裂纹，从而使磨矿能力大幅度提高。1.3 辊磨机的发展趋势针对目前市场对钢材的需求增加和矿山选矿对大型设备的需求情况，高压辊磨设备向大型化、全自动控制方向发展，例如某大型高压辊磨机，其设备技术参数为：最大入料粒度：150 mm；最大处理能力：1800 t/h（粉碎铜矿）；最大装机容量：4500kW；最大设备自重：2500t。从设备应用范围上向多种类金属矿石的粉碎方向发展，其中包括：非金属矿（页岩、硫矿石、陶瓷材料、金伯利岩等）、有色金属矿（铜矿、铅锌矿、钼矿、铝矾土、铅矿、铬矿、镍矿等）、金矿、铁矿、高炉矿渣等。总之，高压辊磨机的引进和开发大大的降低了生产成本节约了能源、提高了效率，并逐步的在我国的水泥工业、冶金行业占有了重要的地位。1.4 本课题的提出近年来，高压辊磨机在部分铁矿工业化试用的成功，标志着我国矿产粉碎行业进入了高速发展的阶段，而高压辊磨机则在其中扮演着领军任务的角色。国产化高压辊磨机的系列化已成为一个急需解决的问题，已成为整个行业关注的焦点。本课题主要内容是完成GM1200550W型高压辊磨机的工艺参数、动力参数、运动参数的计算及总体设计，来完成前期的设计图纸；在前期完成的设计图纸基础上应用三维CAD和虚拟装配技术进行总体设计，并进行干涉检查等内容，来保证最终的二维图纸的合理性与可执行性。2 设备的工作原理及参数的设计计算2.1 设备的工作原理及粉碎过程2.1.1 工作原理高压辊磨机的工作原理是基于静压粉碎原理对辊碾压方式(见图2.1所示)，由一对相向同步转动的压辊组成，其中一个为定辊，另一个为动辊（可水平方向移动）。物料从压辊上方进料口进入，通过压辊转动带入压辊间，受到强力挤压后形成酥松料饼从机下排出。排出的料饼不仅含有大比例的细粒，而且在颗粒内部产生大量裂纹，从而改善物料后续球磨的可磨性，增加球磨系统的生产能力，并大幅度降低球磨电耗和钢耗。图2.1 辊磨机工作原理图2.1.2 粉碎过程如图2.2所示，物料是在两个辊径相同、线速度相同、相向旋转的辊子之间，由液压系统提供给料层的巨大压力下被粉碎的。第一粉碎区段 第二粉碎区段第三粉碎区段 第四粉碎区段图2.2 高压辊磨机工作原理示意图具体的粉碎过程如下：当符合高压辊磨机粒度要求的物料喂入料斗后形成一个料柱，物料在转动压辊的挤压力作用下进入第一粉碎区段。在该区段内，较小的颗粒顺着物料间的间隙靠重力下落，较大的颗粒在两辊的受挤压力和剪切力作用下，发生点破碎。破碎后的物料在两辊的带动下，加上自身的重力、惯性向下运动，进入第二粉碎区。由于两辊间的容积越来越小，物料在向下运动的过程中受到的挤压力逐渐增大，当压应力超过物料的抗压强度时，便发生破碎或内部损伤。随着物料粒度的减小，颗粒间的位移趋于零，物料密度迅速增大，构成料层。当料层进入高压粉碎区段，即第三区段时，其速度已达到甚至超过辊面的线速度，同时压力持续增大，最小间隙处压力达到最大值。此时料层内部的颗粒已是伤痕累累，只是徒有其表面而不堪一击。同时，物料在高压作用下，颗粒间发生粘聚现象，形成料饼，最后从辊隙间排除，进入第四区段。由于压力的减小，料饼微微膨胀。 由此可见，在第一区段内的少量大颗粒的粉碎属于单颗粒高压粉碎。在第二、三区段的物料的粉碎属于高压料层粉碎。由于高压直接作用于颗粒上，物料与压辊表面几乎没有相对运动，所以能耗、钢耗小。2.2 设备的组成高压辊磨机由给料装置、挡料装置、驱动装置、加载装置、支撑装置、动静辊组件等组成。详细结构见三维总装配体。2.3 设备的主要参数的设计计算课题给定的参量有：生产能力Q=120150t/h，入料粒度X=055mm，压辊额定最大推力F=5000kN，液压系统压力P=1020MPa。2.3.1 工艺参数的计算1. 最小辊隙的确定最小辊隙的大小与物料的可压缩程度料饼的紧密度、要求的产量、喂料粒度、压辊直径有关。物料的可压缩性好，料饼较紧密，最小辊隙应选小些。要求的产量高，最小辊隙就应适当放宽。但必须有足够大的压力，否则粉碎率会降低。一般喂料粒度大，最小辊隙应适当加大，否则物料会不易被咬住，反弹倾向增大。这样不但会降低粉碎效率，而且还会使辊面磨损加大。再此引入粉碎系数，（理论上应控制3.54）。最大入料粒度，故 12.5mm14.3mm。根据实际工况要求，在此取 。当料层厚度相同时，物料粉碎的越细，消耗的功率越大。由此可见，对每一台具体的辊压机而言，最小辊隙难以准确的确定。为了使辊压机能在最佳工况下运转，把最小辊隙设计成可调的。根据辊压机的具体工作情况和物料性质的不同，在生产调试时调整到比较合适的尺寸。2. 压辊直径D的确定为了获得最低功率的消耗，采用两个直径相同的压辊。这样，不仅能够降低单位功耗，而且使辊压机的设计工作量大大的减小，制造和维修以及配件的储备都方便和容易得多，成本也会随着降低。辊压机的辊径D主要由喂料中额定最大颗粒 所决定，同时也受最小辊隙 影响。图2.3 压辊受力分析图如图2.3所示，a为两辊中心距，为最大入料粒度，为两辊间的最小辊隙，为物料中心与辊子中心的连线与水平线所成的夹角，=2为啮角，图中各力是左边辊子作用在物料上的力。物料主要受径向力的作用，将沿水平、垂直方向分解为两个力为：水平分力： （2.1）垂直分力： （2.2）由于两个压辊相向向内转动，于是产生一个摩擦力，其方向与物料相对速度方向相反，向右下方作用。将分解为沿水平、垂直方向分解为两个力为：水平分力： （2.3）垂直分力： （2.4）因为摩擦力等于摩擦系数与正压力的乘积，即：，代入到公式（3）、（4）中得： （2.5） （2.6）可以看出，物料颗粒被带入辊间的条件为： （2.7）因为，为物料与辊子表面的摩擦角，代入到公司（7）中整理后得： （2.8） 即： （2.9）通常将。即：，这就是说，最大物料颗粒被压辊咬入的条件是：。 摩擦角由摩擦系数决定，物料与辊面间的摩擦系数与辊面状态和物料性质有关。取=0.3，则=1642，啮角。 由图中三角关系得出下列关系： （2.10）整理后，得： （2.11）公式中为理论压辊的外径，即临界直径。考虑到可靠性，实际设计的压辊直径要比大。由最大物料颗粒被压辊咬入的条件知，=1642，现取=16。则：（mm）通常情况下，辊径的选用原则都采用大辊径原则，大辊径有以下的优点：（1）大块物料容易啮入，且反弹情况少。（2）粉碎作用线长度大，受压面积大。（3）惯性大。飞轮惯量J=GD，这表明飞轮惯量与辊子直径的平方成正比。辊子直径大，飞轮惯量就大，运转就比较平稳，受颗粒尺寸的影响也越小，保证料饼比较均匀。（4）轴承受力好。辊子直径大，有较大的空间，可以选用较大的轴承，使用寿命长，改善其受力状态，同时也方便于安装和维修。介于大辊径原则和要求较高的生产能力，故取=1200mm。3. 辊宽B的确定辊宽的确定采用下面公式： （2.12）式中为辊宽系数，即辊子的宽径比。从理论上分析，宽型辊压机有以下优缺点：（1）辊宽大，边界效应小。在压辊两端靠近边缘处存在压力衰减区，有部分物料未经充分粉碎而逸出。辊宽大，两端的压力衰减和漏料量对处理效果的不利影响较小。（2）辊宽大，单位压力增大。辊宽大，相对地意味着辊径小。这样在相同粉碎力作用下，较小的辊径对物料产生的单位压力较高，更有利于物料的粉碎。（3）辊宽大，对料层厚度的均匀性有不良影响。（4）辊宽大，辊面压力分布不易均匀。大颗粒物料容易打滑，导致磨损严重，运转不平稳，噪音也会增大。（5）辊宽大，辊面的弹性变形大。辊压机是一种高压粉碎设备，压辊受力相当大，可达到300吨以上。辊宽大，虽然所受的粉碎力较小，但由于运转时弯曲变形大，将引起压力分布不均，粉碎效果较低，加速辊面磨损，缩短其使用寿命。因为料层愈均匀，料层粉碎的效果就愈显著。综上所述，辊子的几何参数直接关系着机器的性能和运转率，此外对制造的难易和机重的大小都有密切关系，在设计时应结合实际情况，综合考虑、慎重确定。经过一些厂家的实际选用经验，的取值范围在0.1791.2之间为宜，结合实际情况及性能的综合分析，现取=0.458，故B=550mm。4. 辊压力一定的辊压力是辊压机实现料层粉碎的必要条件之一。辊压力太小，不能充分发挥料层粉碎的优势，影响粉碎效率，甚至会破坏料层粉碎的机理，不能形成料层粉碎的条件，这样就与传统的破碎机无异。但是辊压力又不能太大，因为这样会无谓地浪费能量，加剧辊面的磨损，加上轴承的负荷，缩短其寿命，影响辊压机的正常运转。由于国外几家生产厂家在水泥行业的高压辊磨机的辊压力值一般在150180MPa之间，因此可以确定粉碎金属矿石时的辊压力在150180MPa之间。平均单位压力F的确定： F=PBH （2.13）其中辊压力P=200MPa；有效辊宽B=550；H为破碎作用线长度。因为物料的尺寸及料饼厚度相对于辊径来说很小，所以忽略不计，得出破碎作用线长度的公式： H= （2.14）式中：为工作压力角，根据实测和经验得知，工作压力角一般为，即：当=时，H=52.3mm当=时，H=83.5mm故：当=时，F=5753 kN当=时，F=9185kN根据实际设计情况等条件，粗取F=9000kN。2.3.2 动力参数的选择1. 电动机选择应考虑的问题（1）根据机械的负荷性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机的类型。（2）根据负荷转矩、转速变化范围和启动频繁程度的要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机的容量，并确定冷却通风方式，所选电动机容量应留有余量，负荷率一般取0.80.9.过大的备用容量会使电动机的效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变低、并使按电动机最大转矩校验强度的机械造价提高。（3）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、腐蚀、和易燃易爆气体等，考虑必要的保护方式，选择电动机的结构。同时，根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型。（4）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速。此外，选择电动机还必须负荷节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备用备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用及考虑生产过程中前后电动机容量变坏等因素。2. 电动机的转速选择电动机额定转速是根据生产机械的要求而选定的。在确定电动机额定转速时，必须考虑减速装置的传动比，两者相互配合，经过技术、经济全面比较才能确定。通常，电动机的转速不低于500r/min，因为当功率一定时，电动机的转速愈低，则其尺寸愈大，价格愈贵，而且效率也较低。如选用高转速电动机，势必加大机械减速装置的传动比，致使机械传动部分复杂起来。介于本设备辊速比较小的实际情况，有减速器来减速，所以电动机按一般常用的型号来选取，在9601500之间。3. 电机功率的确定两辊所需的功率为： N=M （2.15）式中：M连个辊子的转矩，M= kN ； 物料受压区合力作用角，一般取；压辊的角速度，。公式（16）经整理得， （2.16）当=时，N=290001.1346kW当=时，N=290001.11037kW为了设计和计算的需要，粗取N值为630kW，由于系统是用两套电动机来带动，为了设计和选择的方便，所以电动机功率取为315kW。4. 电动机的选择Y 系列（IP23）电机特点及用途：该系列为一般用途防护式笼型电动机。符合国标防护等级要求。能防止手指接触及机壳内带电体或转动部分；防止直径大于12mm的小固体异物进入，并防止沿垂直线成60度角或小于60度角的淋水对电机的影响。该系列电动机具有效率高、起动性能好、噪音低、体积小、重量轻等优点。取Y系列（IP44）三相异步电动机：该系列电动机为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，效率高、噪音低、振动小，运行安全可靠。能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部；具有与Y系列（IP23）相同的用途外，还能适用于灰尘多、水土飞溅的场所，如球磨机、碾米机、磨粉机、脱谷机及其他农业机械、食品机械、矿山机械等。其防护等级为IP44。使用条件及工作方式：1）海拔不超过1000m；2）环境温度不高于+40 ；3）额定高压380V允许偏差5；4）额定频率50Hz；允许频率偏差 1%；5）3kW及以下为Y接法，4kW及以上为 接法；6）绝缘等级:B级；7）工作方式:连接(SI)；8）安装型式分为:B3，机座带底脚，端盖上无凸缘；B5，机座不带底脚，端盖上有凸缘；B35，机座带底脚，端盖上有凸缘。本次设计取的是Y系列IP44三相异步电动机型号是Y4003-6，额定功率为315kW，转速为985r/min，额定电压为6000V。故采用的安装型式为B3。2.3.3 运动参数的设计计算1. 辊子的线速度的确定辊子的圆周线速度v是辊压机的一个重要操作参数。它与产量、功率消耗以及运行的平稳性有着密切的关系，对辊面的磨损也有重大的影响，必须慎重确定。 辊速太高，产量相对降低，功率却以线性增大，使辊面磨损严重，产生颗粒等级变化较小，故在满足条件下，应尽量采用较低的辊速。理论和实践证明，辊速宜在1.0m/s1.5m/s之间选定。在此，取=1.25m/s。2. 辊子转速的确定辊子线速度： （2.17）整理得辊子转速： （2.18） 故 19.9 r/min3. 减速器减速级数的确定已知电动机转速=985r/mim，辊子转速=19.9r/mim。故减速器减速级数：492.3.4 生产能力的估算 （2.19）式中：辊转速（r/min）； D压辊外径（m）； B压辊宽度（m）； P物料堆积密度（T/m）约3.5T/m； S压辊工作时的实际间隙（m）。一般情况下通过改变压辊转速或初始间隙或调整料斗料口大小，即可改变设备单位小时处理矿石的产量，过分增大压辊初始间隙或降低辊压力对辊磨效果不利。2.4 设备的主要技术参数（1）压辊直径 D=1200mm（2）压辊宽度 B=550mm（3）压辊线速度 v=1.25m/s（4）压辊转速 n=19.9r/min（5）压辊工作间隙 S=050mm（6）驱动电机功率 P=315kW（7）生产能力（铁矿石） Q=120150t/h （8）液压系统压力 P=1020MPa（9）压辊额定最大推力 F=5000kN（10）入料粒度 X=055mm 3 总体方案的设计3.1 传动方案的设计通过液压系统给两个连续转动的压辊（均为电机独立驱动，其中一个为定辊，一个为动辊）施加载荷。通过液压缸和液压缸同步驱动机构，以及两级蓄能保压系统，确保压辊对物料的连续恒压施载。经过第二章的参数计算，可以初步确定电机、减速器、辊轴之间采用联轴器联接。3.2 挤压方案的设计采用转速相同，方向相反的一个动辊和一个静辊作为执行件。其中动辊通过四个液压缸的液压系统来推动，使动静辊之间产生压力，挤压粉碎区域的物料，以实现物料的破碎。3.3 压辊支承方案的设计压辊支承采用内圈带锥度的调心滚子轴承来支承。允许压辊轴相对轴承座孔中心左右偏摆13，以适应压辊在较大的经向压力作用下非均匀受力工况。3.4 动、静辊组件定位方案的设计动静压辊组件主要包括压辊轴、轴承座、轴承和轴承密封、温度监测及其润滑装置。动辊组件与液压缸连接。在液压缸推力作用下，可沿导轨作往复位移。 定辊组件与后支承座采用固定连接方式；同时，在接触面垫有一橡胶耐磨版，以吸收和减缓作用在定辊上的辊磨冲击力。允许压辊轴相对轴承座孔中心左右偏摆13，以适应压辊在较大的径向压力作用下非均匀受力工况。3.5 设备的总体框架总体框架由底座组件、上横梁组件和前后支撑组件组成。其结构如图3.1所示。各部分组件均为焊接结构，并需经过消除内应力处理。底座组件和上横梁组件均有两条平行导轨，由复合聚四氟乙烯耐磨版与底座体通过螺纹连接组成；同时，底座和上横梁中都设有挡铁装置来限制动静辊沿导轨方向的移动。图3.1 总体框架图3.6 轴承类型的选择及润滑方式由于要求的生产能力为150t/h，液压推力达到5000kN。因此，选用承受较大径向载荷的调心滚子轴承，同时还可以起到一定的缓冲作用。润滑方式采用干油润滑，每个轴承座设置两个注油点。一般在设备每次启动时，通过多点甘油润滑泵自动向轴承内注入一定量的润滑脂。在此，选用型号为75号的润滑脂。3.7 液压推力系统高压辊磨机所需要的强大压力是由液压系统提供的。在动辊轴承座的两端各设两个上下比邻的液压缸，以产生所需要的静压推力。推力的大小可根据粉碎物料的特性和实际工况及调节液压系统的压力来确定。液压缸的油压由液压站上的液压泵供给，液压泵为间歇式工作方式。虽然由一个液压站供油，但分两个系统驱动。这样，当喂料的物理性能不均匀而使动辊发生偏移时，它能使其尽快恢复到与固定辊保持平行的状态。为保持液压稳定和高压辊磨机的安全运转，在每个驱动系统中均设置两个充氮蓄能器，以增加系统的灵活性，更好的满足操作条件的需要。3.8 设备的密封及防尘装置的设计高压辊磨机的工作对象是块状铁矿石，这就要求应将物料准确的送至对辊工作表面，并将其局限在工作表面范围内而不能外溢，从而实现有效的破碎，此结构是由料斗机构和侧挡板机构来实现的，如图3.2所示。图3.2 料斗及防尘装置由图可以看出，当物料顺料斗下来后可有效的控制在图中所示的范围内，并在主轴图示方向的转动及侧挡板机构的作用下，实现物料在工作范围内的有效破碎。由于本设备在工作条件下会产生很大的灰尘，对工人的健康及设备本身，如液压系统及滑动导轨的保养等造成很大的损害，故在设计中必须考虑到防尘的装置，但它不是绝对的，由于微粒灰尘无孔不入，所以本设计中所指的防尘，只能是防止颗粒状态灰尘的外延，使其控制在空间工作内，它包括动静辊的整体封闭及对静动辊轴的封闭采用。对于动静辊的整体封闭采用薄钢板作为防尘罩，做成一个适当形状的整体壳罩在上面即可。同时要便于灰尘进一步到出料口，以防止灰尘淤积。对于封料板应用燕尾槽形的挡板。因为挡板磨损剧烈，需要经常更换。同时当料板比较重，导致拆卸安装比较的困难，需要用吊车。因此上面要有吊环，采用燕尾槽形式挡板，能使板受力均匀，密封性更好，消除了导向性，定位等有关问题。3.9 设备的总体布局设计（1）采用两套传动机构，由于电动机、减速器、动静辊之间采用联轴器联接，故在实际场地允许的条件下，三者均采用同侧布置，亦被称为卧式结构（如图3.3所示）；图3.3 卧式结构布局图（2）由于采用大功率电动机，减速器降速比较大，才用分离式布局电机减速器支承由另外的支承结构来支承；（3）两对液压缸布置在动辊轴承座左侧，其支承由筋板来实现；（4）动静辊之间有压力存在时机器整体在内部的剪切力由横梁与轴承座和支承座之间的剪切销来承受。4 动辊组件的设计与计算4.1 动辊轴的设计与计算轴是组成机械的一个重要零件。它支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架联结。所有轴上零件都围绕轴心线做回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体轴系部件。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。轴设计的特点是：在轴系零、部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用点和支点间的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能求出。因此，在轴的设计中，必须把轴的强度计算和轴系零、部件结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。通常，轴的设计程序是：1、根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的布置和装配；2、选择轴的合适材料；3、初步估算轴的直径；4、进行轴系零、部件的结构设计；5、进行强度计算；6、进行刚度计算；7、校验键的联接强度；8、验算轴承；9、根据计算结构修改设计；10、绘制轴的零件工作图；4.1.1 动辊轴的材料选用在机械工程领域所应用的材料，按用途的不同，可分为结构材料和功能材料两大类。结构材料通常是指工程上要求强度、韧性、塑料、硬度、耐磨性等机械性能的材料。功能材料是指具有电、光、声、热、磁等功能和效用的材料。按材料结合键的特点及性质，一般可分为金属材料、无机非金属材料和有机材料三大类其中金属材料是机械工程中最常用的材料，可分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料是铁基金属合金，包括碳钢、铸铁及各种合金钢。其余的金属材料都属于有色金属材料。合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入适量的一种或几种合金元素而形成的，它比碳素结构钢的综合性能要好，是合金钢中用量最大的一类钢，它广泛地用于制造各种重要的机器零件和各类工程结构。当零件的形状复杂、截面尺寸较大、机械性能较高、渗透性较好时，采用碳素结构钢常常难于满足要求，而合金结构钢由于合金元素的作用，能够明显地提高强度、韧性和耐磨性，并具有良好的淬透性。对于大型零件，由于合金结构钢淬透性较高，能够在零件整个大截面上淬透而得到均匀一致的良好的综合机械性能，既有高强度又有足够的韧性。因此，强度、韧性要求均高的重要零件或截面尺寸较大、形状复杂的零件采用合金结构钢制造比较理想。合金结构钢通常需热处理，以获得良好的综合机械性能，按其含碳量和热处理工艺的不同，可将合金钢分为合金调质与渗碳钢两类。合金调质钢含碳量在0.250.5%范围内，一般采用淬火和高温回火的调质处理，可以得到高强度和足够的韧性，为进一步提高零件表面的耐磨性，对某些中碳合金调质钢可在调质后再进行氮化处理。合金调质钢的淬透性直接影响调质处理后的综合机械性能，因此，选材时应当考虑其临界淬透性直径与工件的截面尺寸的协调。合金调质钢多用与制造高强度、高韧性、综合机械性能优良的重要机器零件，如齿轮、各种轴（发动机曲轴、机床主轴）及高强度连接螺栓。35CrMo特性高温下具有高的持久强度和蠕变强度，低温韧性较好，工作温度高温可达500，低温可至-110，并具有高的静强度、冲击韧性及较高的疲劳强度，淬透性良好，无过热倾向，淬火变形小，冷变形时塑性尚可，切削性能中等，但有第一类回火脆性，焊接性不好，如果需焊接用时，焊前预热至150400，焊后需消除应力处理。一般在调质处理后使用，也可以在高中频表面淬火或淬火加低中温回火后使用。42CrMo特性和35CrMo性能相近，由于碳和铬的含量增高，因此其强度和淬透性均优于35CrMo，调质后有较高的疲劳强度和抗多次冲击能力，低温冲击韧性好，且无明显的回火脆性，一般在调质后使用。一般用于制造比35CrMo强度更高、端面尺寸较大的重要零件，如轴、齿轮、连杆、变速箱齿轮、增压器齿轮、发动机汽缸、弹簧、弹簧夹、12002000mm石油钻杆接头、打捞工具以及代替含镍较高的调质钢使用。在此，选用42CrMo，调质处理，作为辊轴的材料。4.1.2 初估动辊轴轴径根据公式： mm (4.1)其中：P轴传递的功率 kW n轴的转速 r/min d所要计算的轴径 mm A与轴的材料及相应的许用扭剪应力有关的设计系数，由表6-1-3查得A取100=3150.990.990.950.99=290.36kW得，=243.95mm根据结构要求及实际工况，取最小轴径d=300mm。按理论上说，最小轴径越大，越能保证其强度要求，从而加大轴的安全系数。但轴径过大，会造成材料浪费、设备尺寸加大、设备成本增加，故满足轴本身的强度、其它轴系零部件的要求及实际工况等综合考虑的前提下，来确定最小轴径。4.1.3 动辊轴的结构分析与设计轴的结构决定于受载情况，轴上零件的布置和固定方式，轴承的类型和尺寸、轴的毛坯、制造和装配工艺及安装、运输等条件。轴的结构应是尽量减小应力集中，受力合理，有良好的工艺性，并使轴上零件定位可靠，装拆方便。对轴的结构决定于受载情况，轴上零件的布置和固定方式，轴承的类型与要求刚度大的轴，还应在结构上考虑减小轴的变形。由于影响轴的结构因素较多，故轴不可能有标准的结构形式，必须根据具体情况分析比较，确定方案。轴的破坏多数属于疲劳破坏。在轴的截面变化处(如轴肩、键槽、环槽等)，会产生应力集中，轴的疲劳破坏往往在此产生。因此在轴的结构设计中，应力求降低应力集中。由于轴的表面应力最大，提高轴的表面质量也是提高轴的疲劳强度的有力措施。在结构上为了保证轴的疲劳强度，在轴肩处的过渡圆角半径不应过小。提高轴的表面质量包括降低轴的表面粗糙度，对轴表面进行处理，如热处理、机械处理和化学处理等，都能达到提高轴的疲劳强度的目的。在前面的总体设计计算里，已确定辊径为1200mm。为防止矿石颗粒的外溢，应设有挡料装置；考虑到工作环境，应设有防尘装置；由于轴承的负荷很大，两个压辊的平行度难以保证，以及定位等要求，故采用内圈锥度为1：12的调心滚子轴承，以适应压辊在使用中产生的歪斜；另外辊轴需要紧固件及密封件等，其结构形状要适合这些元件的结构要求，设计成阶梯轴，即轴径尺寸从中间向两端逐渐减小。压辊轴的结构图如图4.1所示。图4.1 压辊轴的结构图4.1.4 轴承的选择与校核1. 轴承的选择前面已确定选用调心滚子轴承，根据轴的结构，确定轴承的具体型号为23280CAF3/W33调心滚子轴承。它的主要特点是承载能力里大，额定动载荷比2.3-5.2；主要承受径向载荷，也能承受任一方向的轴向载荷，适于在重载和振动载荷下工作，不能承受纯轴向载荷；轴的外壳的轴向位移限制在轴向游隙范围内；调心性好，能补偿同轴度误差；极限转速低，内空锥度1：12。在普通车床的主轴头部轴承亦采用这种轴承来保证主轴的各项精度要求，可见选用此类轴承的合理性。23280CAF3/W33的主要参数:dDB=400mm720mm256mm，基本额定静载荷=11300kN，基本额定动载荷=6150kN，e=0.33，锥度1:12，=2.1， =3.1， =3.0。径向当量动载荷： 当Fa/Fre时，Pr=Fr+Fa （4.2） 当Fa/Fre时，Pr=0.67Fr+Fa （4.3）2. 轴承寿命验算 （4.4）式中：用小时表示的轴承基本额定寿命 寿命指数（滚子轴承=10/3） n轴承内外圈的相对转速 r/min P当量动负荷 kN C基本额定动负荷 kN根据辊压设备的实际工作情况，轴承主要受液压系统的推力作用，故可以粗略的按下面的方法取用。径向载荷：Fr=F/2=2500kN轴向载荷：Fa=1/12 Fr=208.33 kN由于Fa/Fr=1/121年所以所选轴承合格。4.1.5 动辊轴的校核按此设备的结构设计安排，压辊外侧应与轴承座内侧留有足够的空间，用以完成防尘装置、端盖等的安装。根据实际设计要求及液压缸外径的限制，设计压辊外侧与轴承座内侧的距离A=240mm，轴承座宽度为350，由于轴承受力点一般选在轴承中间，故取C=175mm。则此轴所受弯矩的力臂长： L=B/2+A+C=550/2+240+175=690mm所受的扭矩：T=9550=9550=138647Nm考虑到整个设备的实际工况等条件，动辊轴的变形主要是由液压推力的作用产生的。故动辊轴的受力图、弯矩、扭矩图如图4.2所示。图4.2 动辊轴的受力图、弯矩、扭矩图 若按许用弯曲应力计算，则由于辊轴工作处轴径=710mm，轴径很大，而在辊轴两侧，轴径较小，所以计算时应选辊轴边缘计算。轴所受的弯矩为：水平方向：=172