桨叶式搅拌机的设计

1、1前言建材产品的生产,从原料、燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨,其目的是使物料的表面积增加,以提高物理作用的效果及化学反应的速度,如促进均匀混合,提高物料的流动性,便于贮存和运输,提高产量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品,其磨碎的粒度越细,表面积越大,则水泥的标号就越高。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,对达到优质、高产、低消耗具有重要意义。机械冲击粉碎是建材行业材料破碎的主要手段，其设备效率是重要的技术和经济指标。目前在搅拌机的设计研究中，主要集中在耐磨材料和常规设计的改进。在水泥行业、选矿电力等工业领域中广泛使用粉磨机械，但各类粉磨机械都有生产效率低，能耗高的缺点

2、。当前的发展趋势是“以破代磨”，借助加强粉磨机前的粉碎，降低入料粒度，可大幅度提高粉磨机产量，降低综合能耗。本课题是结合市场上所使用的各类型号的搅拌机及由厂家在使用过程中所反馈的信息,分析其问题的来源,并相互比较综合各类搅拌机的优点,经师生讨论而确定的。设计要求:a、最大进料粒度：150mm；b、出料粒度：10mm；c、生产能力：25-30t/h。使用范围：桨叶式搅拌机既可以用于生料的破碎,又可以用于熟料的破碎。它适用于粉碎水泥熟料、粒状高炉矿渣、石灰石、砂岩、页岩、煤矸石、煤块、铝块石、金矿石、钼矿石等多种物料。它广泛应用于：建材、化工、冶金、电力、煤炭、矿山等工业部门。技术要求：机械设计应

3、保证其功能良好、使用可靠、维护方便；零件结构设计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好的工艺性。设计方法：采用二维CAD绘制图纸和在UG平台上创建三维模型相结合的方法，更加直观地将所要设计的结构表达出来。本课题着重解决如何将反击式搅拌机和锤式搅拌机的优点结合、锤头磨损问题和机体平衡问题、搅拌机在工作过程中的粉尘泄露问题及搅拌机的各工作参数的优化确定方法等。本设计具有很强的实用价值。因为采用了很多新的结构，大大降低了制造和维护的费用，减少了机器调整的次数，保证了生产的连续性。2概述2.1 水泥装备的发展趋势11水泥生产的机械装备是生产水泥的重要工具，是提高劳动生产率

4、、降低水泥成本、减轻劳动强度的重要手段。综观目前国内外水泥行业发展状况可知，水泥装备的发展趋势大致可分为三个方面： a.向大型化方向发展近年来，世界水泥工业发展的动向之一是大型化。各国都在致力于开发大型化的设备及其应用技术，因为大型水泥厂能降低生产成本，减少能耗，提高劳动生产率，特别是日产5000t熟料的水泥厂经济效益特别显著。b.向自动化方向发展水泥厂的自动化程度是衡量水泥工业现代化的标志之一，自动化技术的应用利用提高主机产量和设备运转率，降低热耗，提高劳动生产率。c.向节能化方向发展从生产工艺上看，这种能源消耗可分为两部分：一部分是消耗燃料多的熟料烧成系统；一部分是消耗电能多的原料和熟料的

5、粉磨系统。因此，各国都在积极开发节能降耗的水泥成套设备。磨前破碎正是向节能方向发展的一个重要路口，也正是水泥设备发展的必经之路。2.2 设计要求及分析课题物料在经过粗碎、中碎以后，一般粒径为30100mm，而进入磨机的粒径一般为30mm左右，由于进入磨机的粒径仍很大，且不均衡，不但增加了磨机的负荷，而且也增加了磨机的功耗，根据邦德理论，粉碎物料所消耗的能量，与物料产生的裂缝长度成正比，而裂缝又与物料粒径的平方根成反比。即：w=k(1/-1/),d为进料粒径，D为出料粒径，因此，设计的要求是经过一级破碎的物料进入球磨机之前增加一级破碎，以均衡和降低物料的入料粒度，从而显著地降低功耗，达到节能降耗

6、的目的。锤式搅拌机的结构由锤头转子篦条筛内壁衬板机架等组成；它是通过物料进入搅拌机中,受到高速回转的锤头冲击而破碎,物料从锤头处获得动能,以高速冲向破碎板进行第二次破碎,粒度小的从篦条筛中排出,粒度大的物料在篦条筛上再经过锤头的冲击研磨铣削而破碎,合格粒度由篦条筛排出。反击式搅拌机的结构由反击板打击板转子组成；它将物料反复地冲击,同时,物料之间也互相撞击而得到破碎。桨叶式搅拌机的结构由机体主轴转子衬板进出料口组成；物料进入第一破碎腔,受高速回转的转子上的板锤的冲击破碎,获得动能的料块抛击到筒体的衬板上进一步破碎,料块群在机腔中互相撞击而得到第一次破碎；物料进入第二破碎腔受第二转子的挤压冲击,把

7、料层压紧而变密实,随着挤压冲击力的上升,当应力超过颗粒所承受的强度时,物料被粉碎。本课题设计的搅拌机是兼以上三者之优点进行破碎,因此,确定为桨叶式搅拌机。2.3 桨叶式搅拌机的工作原理简介搅拌机体内研磨介质运动状态分为二部分，其一为在筒体内旋转，其二为带到一定高度后抛落，即抛落运动状态。前者粉碎的主要形式为研磨，而后者为冲击。磨内物料随着研磨和冲击的综合作用而使物料粉碎。桨叶式搅拌机的破碎部分主要由锤击部分和反击部分两部分组成，物料由进料口进入破碎腔，经过锤头的冲击、剪切、劈碎、折断，使得物料粒径降低，然后再经过反击破碎，通过反击破碎中反击板的冲击、剪切和物料的自撞破碎，进一步降低和均衡物料的

8、粒径，从而实现了物料粉碎的目的。2.4 桨叶式搅拌机的构造桨叶式搅拌机由筒体、转子、机盖附件、底座等部分组成，筒体由机壳、门、隔板、反击板组成，各部件分别用焊接螺栓、螺钉连结成一体；转子由主轴、锤架组成。锤架上偏心销轴将锤头分4排悬挂在锤架之间，为了防止锤架和锤头的轴向窜动，锤架一端用轴套轴向固定，一端用止退垫圈和锁紧螺母固定，转子支承在三个滚动轴承上，机壳内部有反击板，反击板磨损后可以更换，机盖与轴之间漏灰现象严重，为了防止漏灰，设有轴封。主轴是搅拌机支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求主轴的材质具有较高的硬度和韧性，如用45钢。主轴断面为圆形，锤架用36mm宽的平键与轴连接，锤

9、架是用来安装锤头的，但搅拌机在逆转时，锤架与物料接触，易造成磨损，所以选择的材料要具有一定的耐磨性。该锤架的销轴孔都为6个孔，可以在销轴孔磨损后，把锤头安装在另一个位置，在锤架中，上面一个圆盘用以减少偏心销轴的磨损程度。锤头的质量、形状和材质对搅拌机的生产能力有很大的影响。锤头动能的大小与锤头质量成正比，动能越大，即锤头质量越大，破碎效率愈高，但能耗佷大。因此，应根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。锤头耐磨性是其主要质量指标之一，提高锤头的耐磨性，可以缩短搅拌机的检修停车时间，就能大大的提高桨叶式搅拌机的利用率和减少检修费用。机盖部件由机盖、滚动轴承、圆锥套、上轴承盖、上密封环、圆螺母以及

10、直通式油杯组成，用螺栓连接在一起，轴承盖用于轴承的外圆定位，轴承盖内的内油毡槽用以安装油毡起密封油的作用，轴承盖外面有凸起的环体，挡住外面的灰尘进入轴承盖内，圆螺母和止退垫圈使轴承的内圈得以定位，上密封环挡住筒体内的灰尘进入到机盖内，即采用迷宫密封来挡灰。轴承的润滑采用直通式油杯油润滑，轴承间隙的调整可通过调整垫片得以实现。 底座部件由支承套、滚动轴承、下轴承盖、下密封环、轴套、垫片、注油装置、底座等组成，用螺栓连接在一起，底座用于整个转子轴的定位，支承套用来支承两个滚动轴承和下轴承盖，调心滚子轴承主要用来承受轴向力，推力调心滚子轴承主要承受径向力，在两个轴承之间增加一块垫片，隔开两轴承以避免

11、两轴承直接接触，影响两轴承的寿命。上轴承盖用来定位，推力调心滚子轴承的外圈定位，两轴承之间的垫片用于保证两轴承的内圈定位，轴承盖内毛毡用来保证润滑油的密封，下轴承盖和下密封环组成的环形密封用来挡住筒体内的灰尘进入到轴承中。 进料口由法兰、钢板焊接而成，用螺栓连接在机盖上。 出料口由法兰，钢板焊接而成，用螺栓连接在底座的加强筋上。机盖部分与筒体,筒体与底座均用螺栓连接在一起，转子与底座之间用轴承来支承。桨叶式搅拌机结构模型如图2-1所示图2-1 桨叶式搅拌机结构模型图3 总体方案论证3.1 机型的确定桨叶式搅拌机结构如图3-1所示 图3-1 桨叶式搅拌机结构图1-机械传动部分，2-反击破碎部分，

12、3-锤击破碎部分该机由三个主要部分组成：（1）机械传动部分（2）反击破碎部分（3）锤击破碎部分。起主要作用的是锤击破碎部分和反击破碎部分，皮带传动部分传递所需的动力。该机采用桨叶式上下安置，充分利用物料自身的重量。减少物料运输过程所消耗的动力。通过反击破碎和圆锥破碎，从而达到降低粒径的目的。32 产品的确定该机的产量需满足下列要求a.年产10万吨以上；b.不是全日制工作，每年工作为300天，每天工作816小时。在此基础上，该机的设计产量为2530t/h。 4 传动装置的总体设计4.1 电动机的选择10411桨叶式搅拌机的设计参数 进料粒径150出料粒径10412 功率的确定由邦德理论 N=k(

13、1/1/) （4-1）式中：d出料粒径，um；D进料粒径，um；Q产量，t/h；得 N=185(1/1/)X40=57kw由电机功率,查手册:选电机型号为Y280M-6 功率为55kw 转速为980r/min 外形尺寸为1198555640(长宽高)。42 传动部分的设计10 确定计算功率Pca考虑到载荷的性质、原动机的不同和每天工作时间的长短等，计算功率Pca比要求传递的功率P略大，即 （4-2）式中： KA工作情况系数， 选择V带型号1根据计算功率由机械设计手册图12-1-1确定选用D型带。4.2.3 确定带轮直径dd1，dd2a) 参考机械设计手册带传动设计部分，选取小带轮直径=355。

14、b) 验算带的转速 （4-3）bb截面左右侧的弯矩、扭矩相同。弯曲应力 切应力 ，由附表10-2查得圆角引起的有效应力集中系数，由附表10-4查得绝对尺寸系数。则显然，故bb截面左侧安全。以上计算表明：轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足够的。 转子的设计本设计参阅了国内市场上对搅拌机的研究资料,结合各类型搅拌机转子的不同结构 ,锤头排列分布方式如图5-3所示。图5-3 转子的安装结构1-键；2-轴套；3-上圆盘；4-中圆盘；5-锤头；6-下圆盘；7-转子隔套；8、9-偏心销轴；10-键；11-轴套；12-主轴由图5-3可知, 锤头在两隔板之间是按60的间隔布置着六个锤头,即着六个锤头中心线处在一个

15、平面上。设计时适当调整锤头间隔套尺寸,保持锤头总数不变，而如此排布锤头在破碎腔空间上有效利用了锤头的“空间打击”能力，能够显著提高破碎效率，降低了能耗。.1 锤头的设计11锤头是锤式破碎的主要工作零件。锤头的质量、形状和材质对搅拌机的生产能力有很大的影响。锤头动能的大小与锤头的质量成正比，动能越大，即锤头的质量愈大，破碎效率越高，能耗也愈大。因此，要根据不同的进料块尺寸来选择适当的锤头质量。锤头的耐磨性是其主要质量指标，提高锤头的耐磨性，可缩短搅拌机的检修停车时间。从而，提高搅拌机的利用率和减少维护费用。传统的锤头一般是用高碳钢锻造或铸造，也有用高锰钢铸造的。近来有的用高铬铸铁锤头复合铸造，即

16、锤柄采用ZG310570钢，而锤头采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。现在锤头的设计已经由传统的整体式设计转变为组合式的结构设计。另外，新型材料的研制，特别是高硬度耐磨材料的研制成功也为锤头的设计及锤头性能的提高提供了保证条件，也为本课题提供了较大的选择余地。在综合考虑了本课题的技术要求和工作要求后，我们决定采用新型的组合式锤头结构设计（如图5-4所示）。图5-4 组合式锤头 安装3转子与主轴之间的配合为间隙配合，配合为D8/H8。5.4 轴承和键的选用8 轴承的选用和润滑a轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择滚动轴承的主要依据。上端选： GB/T288-1994 1536622型调

17、心滚子轴承下端选： GB/T288-1994 153622型调心滚子轴承 GB5801-1994 9039430型推力调心滚子轴承b校核轴承的使用寿命根据 （5-31）对于153662型轴承，假定其寿命为3年查手册 该轴承符合要求。c轴承润滑方式选用油管润滑。 键的选用a键分别选平键 2816104 （GB1095-86） 3620848 （GB1095-86）b平键的校核 根据 （5-32）T 转矩，；d 轴的直径，；h 键的高度，； 键的工作长度，；许用挤压应力，由机械手册表3.1查得=3045。键一：2816104 符合要求。键二：3620848符合要求。6 相关零件的设计6.1反击板的

18、设计反击板的作用是承受被板锤击出的物料在其上冲击破碎，将破碎后的物料重新弹回破碎区，再次进行冲击破碎。设计的要求是，被板锤冲击后的物料经反击后的位置刚好为该板锤旋转以后的位置，以利用再次进行冲击破碎。反击板结构如图6-1所示。 图6-1 反击板结构图搅拌机反击板经各种表面积形状实验比较,采用棱条结构效果最好。因为棱条尖角部分铸造质量和热处理后硬度高, 抗磨损能力强。而且抗磨面是逐渐加大，磨损尺寸逐渐减缓。反击板材质采用耐磨合金钢，这些措施都有利于反击板寿命的延长。反击板的安装方式为从侧面推入铰接件，再由紧固螺栓压紧。6.2 门的设计在物料破碎过程中，难免有难破碎的大块物料，落在反击板与转子之间

19、。由于物料粒径较大，难以从下料口排出，易引起物料阻塞。为清除阻塞物料,保证机构的正常运行，所以开设防护门。门的结构如图6-2所示6-2 门的结构防护门为组焊件，门材料为45钢。耳环焊接在门上面，接头形式为角焊接。7 辅助零件的设计7.1 注油管对滑动轴承采用油润滑，须用到注油管。注油管可用两端有螺纹的钢管。一端固定在机盖上，一端用螺母固定在机座上。7.2 密封装置的选择本设计中的密封方式选用毡圈式密封，利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用、获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。8 结论 本次设计总体来说较为成功。在分析目前市场上的各类型的搅拌机的结构特点、

20、技术特点以及使用情况后，我们确定了设计一种新型的搅拌机的课题，就是将锤式搅拌机和反击式搅拌机的优点结合起来。在这个指导思想下，设计过程中，我们特别注意吸收各种新的技术，新的设计方法，并将之尽量融入到我们的设计中，使这种新型搅拌机的各项性能都能够达到一个较高的水平。同时我们自始至终贯彻机器设计的经济性要求，尽量降低搅拌机的生产成本和维护费用等，因此，本设计具有很大的实用性。本设计的主要特点有：a反击式破碎的板锤和转子是刚性联结的，利用整个转子的惯性对物料进行冲击，使其不仅破碎而且可以获得较大的速度和动能。b破碎腔较大，使物料有一定的活动空间，物料受到冲击作用，经过多次反复打击而得到充分破碎。c破

21、碎效率高、能量消耗低。d破碎比大，可达到1520mm左右，这样，可以减少破碎段数，简化生产流程，节省投资、降低生产成本。e设备的构造简单，便于制造，操作维修也较方便。本设计的创新点主要有：a采用新型的转子设计结构（反击式破碎的钢盘结构和锤式破碎的锤盘交错布置结构），有效增强了搅拌机的工作性能。b新型锤头结构设计。锤头抛弃传统的整体式结构设计，而采用组合式结构设计，大大提高了锤头的使用寿命，有效降低了生产费用和减少了设备的调整次数。本设计是在结合反击式搅拌机和锤式搅拌机的优点，并在此基础上再融入了各种新技术、新思想的条件下成型的。因此，设计中也存在一些不足之处，有待进一步的设计改造。总体来说，其

22、存在的主要问题有：a 两级转子的空间位置有待进一步的研究。它们的相互位置如何优化设计，才能更加充分发挥两种破碎方式的优点。b 反击板的安装方式较为繁琐，安装时需花费较多的时间。 c机体的结构设计不够简便，维护调整时的拆装要花费一些时间。d各参数的选择有待进一步探讨。这些问题都是在以后的设计改进中应该加以重视的。参考文献1 濮良贵,胡综武,张邻康机械设计M沈阳：西北工业大学，1992.2 许林发.建筑材料机械设计M.武汉：武汉工业大学出版社，1997.3 王伯平互换性与测量技术基础M北京：机械工业出版社，2000.4 吴宗泽.机械结构设计M.北京：机械工业出版社，1988.5 洛阳建材工业学校.复鹗式搅拌机毕业设计参考手