3主机结构设计

1、第三节第三节 高压辊磨机主机设计高压辊磨机主机设计1、主机构成、主机构成2、挤压辊设计、挤压辊设计3、机架设计、机架设计1、主机构成、主机构成 高压辊磨机主机构成：动辊组件、定高压辊磨机主机构成：动辊组件、定辊组件、机架、进料装置、主油缸、付辊组件、机架、进料装置、主油缸、付油缸、限位装置、外壳等组成。油缸、限位装置、外壳等组成。 动辊组件和定辊组件完全相同，因此动辊组件和定辊组件完全相同，因此都称为挤压辊。都称为挤压辊。我校研制的高压辊磨机主机图我校研制的高压辊磨机主机图高压辊磨机主机图三维图高压辊磨机主机图三维图2、挤压辊设计、挤压辊设计 挤压辊是高压辊磨机最重要的部件，由于挤压辊是高压辊

2、磨机最重要的部件，由于挤压辊辊面与物料直接接触，直接影响到高压挤压辊辊面与物料直接接触，直接影响到高压辊磨机的工作能力与生产效率，而其他部件都辊磨机的工作能力与生产效率，而其他部件都是为保证挤压辊正常运转服务的。是为保证挤压辊正常运转服务的。 挤压辊必须具备寿命长、结构简单、装卸挤压辊必须具备寿命长、结构简单、装卸和维修方便等特点。和维修方便等特点。挤压辊组件结构图挤压辊组件结构图 两个相向旋转的挤压辊是辊压机的核心部件，它由挤压辊、轴承、两个相向旋转的挤压辊是辊压机的核心部件，它由挤压辊、轴承、轴承座、密封圈等件组成，挤压辊也是辊压机制造周期最长、工艺轴承座、密封圈等件组成，挤压辊也是辊压机

3、制造周期最长、工艺难度最大的零件。难度最大的零件。挤压辊组件图挤压辊技术挤压辊技术 挤压辊技术包括以下三个方面：挤压辊技术包括以下三个方面： 一、辊面技术。一、辊面技术。 二、挤压辊结构。二、挤压辊结构。 三、圆锥配合组合辊技术三、圆锥配合组合辊技术一、辊面技术一、辊面技术 辊套和压辊（整体）必须采用最好的材料（优质合辊套和压辊（整体）必须采用最好的材料（优质合金钢），而且必须进行复杂的热处理和准确的探伤检金钢），而且必须进行复杂的热处理和准确的探伤检查，以确保各项质量指标达到要求。查，以确保各项质量指标达到要求。 挤压辊不论采用哪种结构，因为受力极大，挤压辊挤压辊不论采用哪种结构，因为受力极

4、大，挤压辊的表面都需要堆焊一层高硬耐磨的硬质合金，焊后表的表面都需要堆焊一层高硬耐磨的硬质合金，焊后表面不加工，硬度可达面不加工，硬度可达HRC55，能使用，能使用60008000小时小时，相当于一年左右。，相当于一年左右。 辊面技术大致经历了光滑辊面、堆焊花纹和镶嵌辊面技术大致经历了光滑辊面、堆焊花纹和镶嵌硬质合金柱钉辊面等发展阶段。硬质合金柱钉辊面等发展阶段。光滑辊面技术光滑辊面技术 光滑面挤压辊具有制造简单，维修方光滑面挤压辊具有制造简单，维修方便，辊面蚀点易修复等优点，但它的主便，辊面蚀点易修复等优点，但它的主要缺点是：要缺点是： 当喂料不稳定时，出料流量也随之波当喂料不稳定时，出料流

5、量也随之波动。容易引起压辊负荷波动超限，产生动。容易引起压辊负荷波动超限，产生振动和冲击，进而影响辊压机的安全稳振动和冲击，进而影响辊压机的安全稳定运转。定运转。 光滑辊面的咬合角小，挤压后的料饼光滑辊面的咬合角小，挤压后的料饼较薄，相同规格的辊压机产量降低。较薄，相同规格的辊压机产量降低。 焊接辊面焊接辊面 焊接辊面结构有：螺旋线形堆焊层、人字形堆焊层、焊接辊面结构有：螺旋线形堆焊层、人字形堆焊层、倾斜交叉堆焊层。倾斜交叉堆焊层。 焊接辊面都是通过堆焊来实现，此种结构由于堆焊层焊接辊面都是通过堆焊来实现，此种结构由于堆焊层根部有强度较弱的热影响区，致使堆焊层容易剥落。根部有强度较弱的热影响区

6、，致使堆焊层容易剥落。 焊接辊面结构焊接辊面结构 为了改善辊磨性能，为了改善辊磨性能，丹麦史密斯公司研制了丹麦史密斯公司研制了三层堆焊工艺，其结构三层堆焊工艺，其结构为：为： 在辊芯表面首先堆焊在辊芯表面首先堆焊一层缓冲层，然后在缓一层缓冲层，然后在缓冲层表面再堆焊一层过冲层表面再堆焊一层过渡层，最后再外表面堆渡层，最后再外表面堆焊成硬度为焊成硬度为HRC60的倾的倾斜交叉纹理的表面耐磨斜交叉纹理的表面耐磨层。层。合金柱钉辊面合金柱钉辊面 20世纪世纪90年代中期，辊面结构发展成为：以硬质合金小年代中期，辊面结构发展成为：以硬质合金小圆柱纵横交错排列镶嵌在辊面上，辊面寿命由原有的圆柱纵横交错排

7、列镶嵌在辊面上，辊面寿命由原有的3764h提高到提高到17000h。带有料衬的两种辊面结构带有料衬的两种辊面结构1、侧面安装护板、侧面安装护板2、侧面焊接耐磨材料、侧面焊接耐磨材料堆焊侧面磨损保护层组成示意图堆焊侧面磨损保护层组成示意图1.0、辊体、辊体2.0、辊钉、辊钉 3.0、堆焊侧面磨、堆焊侧面磨损保护层损保护层堆焊侧面磨损保护层组成示意图堆焊侧面磨损保护层组成示意图1.0、辊体、辊体2.0、辊钉、辊钉3.2.1、侧面磨损保、侧面磨损保护层部分螺栓护层部分螺栓3.2.2、内六角螺钉、内六角螺钉3.2.3、螺母锁紧垫、螺母锁紧垫圈圈3.2.4、螺栓防护罩、螺栓防护罩堆焊侧面磨损保护层组成示

8、意图堆焊侧面磨损保护层组成示意图1.0、辊体、辊体2.0、辊钉、辊钉3.3.1、硬质合金属、硬质合金属保护保护3.3.2、侧面硬质合、侧面硬质合金保护板金保护板3.3.3、插头焊及耐、插头焊及耐磨焊层磨焊层硬质合金辊钉辊面特点硬质合金辊钉辊面特点 特点：特点：1、硬质合金合辊、硬质合金合辊钉辊面在工作时，其表面钉辊面在工作时，其表面会由被挤压物料颗粒形成会由被挤压物料颗粒形成自生式保护层，该保护层自生式保护层，该保护层能避免物料颗粒与辊面直能避免物料颗粒与辊面直接接触，减缓辊面磨损的接接触，减缓辊面磨损的优点。优点。 2、硬质合金合辊钉辊面、硬质合金合辊钉辊面还具有提高设备处理能力还具有提高设

9、备处理能力，维修方便等优点。，维修方便等优点。 由于具备上述特点，硬由于具备上述特点，硬质合金合辊钉辊面成为了质合金合辊钉辊面成为了高压辊磨机迅速在冶金矿高压辊磨机迅速在冶金矿业推广应用的转折点。业推广应用的转折点。二、挤压辊结构二、挤压辊结构 1、整体式、整体式 2、分块式、分块式 3、组合式、组合式整体式挤压辊整体式挤压辊 整体式挤压辊结构：整体铸造式整体式挤压辊结构：整体铸造式和整体锻造式。通常在整体式挤压辊和整体锻造式。通常在整体式挤压辊的辊面表层堆焊耐磨花纹护层，以增的辊面表层堆焊耐磨花纹护层，以增加辊面耐磨性和使用寿命。加辊面耐磨性和使用寿命。 由于整体铸造式挤压辊的使用效由于整体

10、铸造式挤压辊的使用效果远不如整体锻造式，逐渐被淘汰。果远不如整体锻造式，逐渐被淘汰。 整体式挤压辊优点：结构紧凑，整体式挤压辊优点：结构紧凑，制造简单。制造简单。 整体式挤压辊缺点：辊面磨损后整体式挤压辊缺点：辊面磨损后修复工序复杂，当挤压辊某处损伤较修复工序复杂，当挤压辊某处损伤较为严重时，则需更换整个挤压辊，相为严重时，则需更换整个挤压辊，相对成本较高，因而整体式挤压辊多用对成本较高，因而整体式挤压辊多用于中小型高压辊磨机，主要粉碎硬性于中小型高压辊磨机，主要粉碎硬性较低且冲击较小的原料。较低且冲击较小的原料。整体式挤压辊有限元分析整体式挤压辊有限元分析分块式挤压辊分块式挤压辊 分块式挤压

11、辊的特点：挤压辊由块状辊面和组装而成，因此，拆分块式挤压辊的特点：挤压辊由块状辊面和组装而成，因此，拆装方便，维修时间短，辊面耐磨硬层如有局部损坏，可现场拆下进装方便，维修时间短，辊面耐磨硬层如有局部损坏，可现场拆下进行手工电弧焊焊补，或送回公司补焊。行手工电弧焊焊补，或送回公司补焊。 分块式挤压辊的缺点：分块式挤压辊安全性受辊面单位应力和喂分块式挤压辊的缺点：分块式挤压辊安全性受辊面单位应力和喂料温度影响较大，且对加工尺寸精度要求严格，由于分块式挤压辊料温度影响较大，且对加工尺寸精度要求严格，由于分块式挤压辊辊身由多块拼凑而成，容易导致辊面受力不合理，只适合于低压力辊身由多块拼凑而成，容易导

12、致辊面受力不合理，只适合于低压力粉磨任务，如粘土、石灰石等物料的粉磨。粉磨任务，如粘土、石灰石等物料的粉磨。组合式挤压辊组合式挤压辊 结构结构：组合式挤压辊由辊轴、辊套和圆柱销等组装而成，辊轴和辊组合式挤压辊由辊轴、辊套和圆柱销等组装而成，辊轴和辊套可采用圆柱过盈联接，在两端的配合界面加装圆柱销以增加定位和套可采用圆柱过盈联接，在两端的配合界面加装圆柱销以增加定位和传动的可靠性示。传动的可靠性示。 缺点：由于拆装困难、承载能力不足等问题，后期逐渐由圆柱过盈缺点：由于拆装困难、承载能力不足等问题，后期逐渐由圆柱过盈联接演变成圆锥过盈联接。联接演变成圆锥过盈联接。 圆锥过盈联接式组合挤压辊圆锥过盈

13、联接式组合挤压辊 优点：采用圆锥过盈联接的组合辊，具有结构简单、定心性好、承优点：采用圆锥过盈联接的组合辊，具有结构简单、定心性好、承载能力高和承受载荷与冲击性能好等优点，明显改进了挤压辊的使用载能力高和承受载荷与冲击性能好等优点，明显改进了挤压辊的使用寿命和可靠性，成为了挤压辊的首选结构。寿命和可靠性，成为了挤压辊的首选结构。圆锥过盈联接特点圆锥过盈联接特点 由于圆锥过盈联接拆装时相比圆柱过盈联由于圆锥过盈联接拆装时相比圆柱过盈联接具有周向推力小，压合距离短，结合面不易接具有周向推力小，压合距离短，结合面不易擦伤和多次装拆而不影响联接强度等优点，主擦伤和多次装拆而不影响联接强度等优点，主要装

14、配方法有压入法、涨缩法和液压拆装法。要装配方法有压入法、涨缩法和液压拆装法。 液压拆装法多用于传递较大转矩，可承受液压拆装法多用于传递较大转矩，可承受冲击和振动载荷，配合处不加紧固件即可达到冲击和振动载荷，配合处不加紧固件即可达到十分牢固的连接。十分牢固的连接。圆锥过盈联接式组合挤压辊结构圆锥过盈联接式组合挤压辊结构1.2、 辊轴辊轴1.3、 锻造辊面锻造辊面1.5 、辊钉、辊钉1.6 、侧面耐磨、侧面耐磨损保护层损保护层1.10、键、键圆锥过盈联接式组合挤压辊装配过程圆锥过盈联接式组合挤压辊装配过程 1、首先将组合辊首先将组合辊辊套平放在支撑架上辊套平放在支撑架上，然后将辊轴竖直缓，然后将辊

15、轴竖直缓慢插入辊套内孔，辊慢插入辊套内孔，辊轴在重力的作用下会轴在重力的作用下会自动压合一段距离。自动压合一段距离。圆锥过盈联接式组合挤压辊装配过程圆锥过盈联接式组合挤压辊装配过程 2、然后安装并开启液然后安装并开启液压装卸系统，压装卸系统，1500bar高高压油将辊套的内孔扩开压油将辊套的内孔扩开，辊轴在重力的作用下，辊轴在重力的作用下继续向下移动继续向下移动 3、辊轴移动到位后，、辊轴移动到位后，保持保持2030分钟后，再缓分钟后，再缓慢卸载高压油，装配过慢卸载高压油，装配过程完成。程完成。 拆卸过程与上述过程相拆卸过程与上述过程相反。反。三、组合辊圆锥配合技术三、组合辊圆锥配合技术（1）

16、圆锥面过盈联接理论分析方法。）圆锥面过盈联接理论分析方法。（2）组合辊关键结构参量对承载扭矩的影）组合辊关键结构参量对承载扭矩的影响。响。（3）形状误差对组合辊承载扭矩的影响。）形状误差对组合辊承载扭矩的影响。（4）温度对组合辊圆锥配合承载扭矩的影）温度对组合辊圆锥配合承载扭矩的影响。响。圆锥面过盈联接理论分析方法圆锥面过盈联接理论分析方法 组合辊过盈联接接组合辊过盈联接接触分析属于非线性结触分析属于非线性结构静力分析的大变形构静力分析的大变形分析范畴，可采用有分析范畴，可采用有限元分析软件对其应限元分析软件对其应力分布情况进行仿真力分布情况进行仿真分析。分析。等效应力随过盈量的分布规律等效应

17、力随过盈量的分布规律 不同过盈量条件下，结合面的圆锥小端到圆锥大端的等效不同过盈量条件下，结合面的圆锥小端到圆锥大端的等效应力分布规律如下图应力分布规律如下图。 不同结合面长度随过盈量变化对最大不同结合面长度随过盈量变化对最大承载扭矩的影响承载扭矩的影响不同摩擦系数条件下结合面半径对组不同摩擦系数条件下结合面半径对组合辊最大承载扭矩的影响合辊最大承载扭矩的影响结合面锥度对组合辊承载扭矩的影响结合面锥度对组合辊承载扭矩的影响轴圆度误差对组合辊承载扭矩的影响轴圆度误差对组合辊承载扭矩的影响轴圆锥误差对组合辊承载扭矩的影响轴圆锥误差对组合辊承载扭矩的影响轴鼓形误差对组合辊承载扭矩的影响轴鼓形误差对组

18、合辊承载扭矩的影响轴承座设计轴承座设计轴承选择原则轴承选择原则 在每个挤压辊的两端都由滚动轴承支承。在每个挤压辊的两端都由滚动轴承支承。 辊磨机因工作负荷很大，且料层波动频繁，致使主轴辊磨机因工作负荷很大，且料层波动频繁，致使主轴承的负荷很大，两个挤压辊的平行度在工作过程中难承的负荷很大，两个挤压辊的平行度在工作过程中难以准确保证，所以一般都选用可调心的双列球面滚子以准确保证，所以一般都选用可调心的双列球面滚子轴承，且多选用加强型的，以适应挤压辊在使用过程轴承，且多选用加强型的，以适应挤压辊在使用过程中所产生的歪斜，并且对轴承的密封、润滑冷却均有中所产生的歪斜，并且对轴承的密封、润滑冷却均有较高的要求。较高的要求。 考虑到轴承的拆卸，选用锥孔轴承，因此，轴颈处考虑到轴承的拆卸，选用锥孔轴承，因此，轴颈处也应加工成园锥形。由于定位精度有严格要求，因此也应加工成园锥形。由于定位精度有严格要求，因此，对锥轴颈的锥度公差、直径尺寸和表面粗糙度均有，对锥轴颈的锥度公差、直径尺寸和表面粗糙度均有特别严格的要求。特别严格的要求。大型辊磨机轴承选择大型辊磨机轴承选择 对于大型辊磨机，轴承的负荷更大。为保证轴承体型小，承载能对于大型辊磨机，轴承的负荷更大。为保证轴承体型小，承载能力大，也可选用四列圆柱滚子轴承，这种轴承直径小，宽度大，力大