高压辊磨机工作机构的设计

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章绪论 3\o"CurrentDocument"1.1引言 3\o"CurrentDocument"1.2高压辊磨机的发展历程 3\o"CurrentDocument"1.3高压辊磨机工作原理 5\o"CurrentDocument"1.4高压辊磨机的应用特点 5\o"CurrentDocument"1.5高压辊磨机存在的问题及发展前景 6\o"CurrentDocument"1.5.1存在的问题 6\o"CurrentDocument"1.5.2发展前景 7\o"CurrentDocument"1.6本课题的提出及研究的主要内容 7\o"CurrentDocument"第2章高压辊磨机主要工作参数的确定 8\o"CurrentDocument"最小辊隙Smin的确定 8\o"CurrentDocument"最大喂料粒度dmax的确定 8\o"CurrentDocument"2.3比压力与工作推力的确定 92.3.1比压力的确定 92.3.2工作推力F的确定 9\o"CurrentDocument"2.4辊子圆周线速度v及角速度n的确定 10\o"CurrentDocument"2.5处理量Q的确定 10\o"CurrentDocument"2.6物料湿度的控制 11\o"CurrentDocument"2.7物料尺寸的确定 11\o"CurrentDocument"2.8功率的确定 11\o"CurrentDocument"2.9其他参数的确定及汇总 11\o"CurrentDocument"第3章高压辊磨机工作机构总体方案的确定 13\o"CurrentDocument"3.1高压辊磨机工作机构方案的拟定 13\o"CurrentDocument"3.2高压辊磨机挤压辊的选型 13\o"CurrentDocument"3.3联轴器的选择与校核 14\o"CurrentDocument"3.3.1联轴器类型的选择 143.3.2联轴器选型计算 153.4高压辊磨机下料装置的设计 153.4.1料斗的设计 153.4.2侧挡板的设计 17\o"CurrentDocument"第4章高压辊磨机工作辊的设计及计算 17\o"CurrentDocument"4.1挤压辊的粉碎机理 17\o"CurrentDocument"4.2挤压辊的辊面材料及类型的选择 17\o"CurrentDocument"4.3挤压辊辊轴的设计与计算 18\o"CurrentDocument"4.4挤压辊的受力分析 21\o"CurrentDocument"4.5挤压辊的强度校核 22\o"CurrentDocument"4.6连接键的强度校核 23\o"CurrentDocument"第5章高压辊磨机轴承的选型及校核 25\o"CurrentDocument"5.1轴承的选型 25\o"CurrentDocument"5.2轴承的校核 25第6章结论 27第1章绪论1.1引言我们知道，矿石在提炼出所需要的金属之前必须要经过粉碎，长期以来，承担此类粉碎任务的设备主要是筒式磨机，效率低下。在经济的高速发展的时代，粉磨效率的底下导致了能源的大量消耗，选矿处理的原矿由于“贫、细、杂”等更加难选。粉磨方式能耗高，效率低切易污染环境，改善矿石粉碎过程，提高选矿回收率，最终提高我国矿产资源的利用效率是亟待解决的问题。因此我们非常需要研究一种新型粉碎设备来更新现有的粉碎技术问题。在我国矿石中，金属矿石的种类复杂，而且大多不集中，矿石含金量低，金属种类多样化，一般概括为贫、杂、细。由于这些问题我国国内矿山企业在金属冶炼方面面临着很大的考验，尤其是金属矿的分类与加工，金属矿不纯，含量低，直接导致了冶炼前的加工流程的复杂性加大，导致我国的矿山企业加工成本高，过程复杂，资金短缺。众多为了寻求解决的办法，积极在国内外探索，高压辊磨机应运而生。高压辊磨机采用的粉碎理论为高压料层粉碎，主要是通过物料与物料之间的挤压产生二次破碎，压碎物料。和先前的粉碎技术比较可知，高压辊磨机有如下优点：1、 HPGR实施的是准静压粉碎，最高生产量可以达到1000吨/小时，实践表明，准静压粉碎比其他传统粉碎方式更加节省能耗；2、 HPGR对物料的粉碎是通过物料与物料之间的相互挤压实现的，物料之间挤压应力可以通过辊子压力来调节。通过料层粉碎的粉碎效率明显高于传统的破碎技术，这样就可大大降低辊子的磨损，增加辊子的使用寿命。现阶段，高压辊磨机主要适用于：松散物料的中碎、细磨碎和超细磨碎。高压辊磨机作为一种超细碎设备具有设备作业率高、占地面积少、破碎产品粒度均匀、单位钢耗低、单位破碎能耗低、单位处理能力大等特点，受到国内外采矿企业的广泛欢迎。1.2高压辊磨机的发展历程20世纪70年代末，德国Kausthal技术大学的K.schonert教授提出了料层粉碎原理，并设计出高压辊磨机。1977年KtnppPolgsnts公司从K.schonert教授处获准制造高压辊磨机，并于1985年生产出第一台产品，1986年用于Lenuen水泥厂，随即在水泥行业得到迅速推广应用，取得了节能降耗的效果，但同时也暴露出了一些问题。20世纪90年代以来经过不断的研究改进，解决了辊而磨损和主轴承损坏问题，使高压辊磨机的应用开始驶向金属矿石粉碎领域。1991年对高压辊磨机粉磨细粒物料的技术、经济进行了分析，并将其与球磨机、辊碗式磨机进行了比较，得出高压辊磨机具有破碎比大、噪音低、能耗低、安装尺寸小、产品粒度均匀、生产费用低、使用简单等特点，被用于矿渣、耐火材料、陶瓷原料、充填材料、化学药品、磨蚀剂等的破碎。1992年采用实验室型高压辊磨机在挤满给矿条件下对赤铁矿、石灰石、白云石、石英四种矿石进行了破碎试验，得到的产品粒度曲线与球磨机延长磨矿时间所得的产品粒度曲线非常相似，一次破碎后，大块物料基本已经全部消失，而且能耗比传统情况下降低了很多。粗料破碎后，物料细粒级含量的不断提高，中间粒级含量呈直线下降。实验利用模型准确地描述了产品粒度分布与输入能量的关系。通过这此破碎实验为高压辊磨机应用于工业领域进一步奠定了基础。1993年分析了高压辊磨机的转速、压力、给料粒度和含水量、物料成分等工艺因素与粉碎率、粉碎能耗等粉碎指标的关系，对其工艺因素进行了较系统的研究，这对于设计研究的高压辊磨机与生产运用领域的高压辊磨机有着理论性和实践性意义。1995年对高压辊磨机的应用研究进入了水泥行业领域。并对预粉碎、半终粉磨、终粉磨、混合粉磨四种系统作了分析，在不同程度上体现为：节能7—15%，增产2既左右。同时对影响高压辊磨机工作可靠性的三个因素:轴承、辊子及操作问题等进行了探讨，提出了相应的解决方法。并与常规磨机相比较，讨论了高压辊磨机的主要破碎特性。1997年对高压辊磨机系统及结构中存在的进料称重的设置、进料粒度、出料返料、挤压辊、传动系统及机架等问题作了改进，并对高压辊磨机的粉碎流程进行了研究，为其在我国得以成功地应用，并向大型化发展奠定了基础。1998年随着料层粉碎的力学理论、粉碎的能耗规律等粉碎理论的不断发展，提出可采用统计细观损伤力学来研究料层粉碎的动力学过程。高压辊磨机在氧化铝生产中的应用进一步盖上，使原料料浆产量有较大提高，解决了因料浆不足影响氧化铝产量的问题，而且起到了很好的节能、减排作用。1999年对高压辊磨机的辊面形状作研究，表明嵌钉辊高压辊磨机与光滑辊高压辊磨机相比前者的处理能力更大，单位能耗更低，破碎效率更高，磨损也较低，这使得装机容量和破碎压力也相应提高。高压辊磨机的大量节能降耗引起了国际水泥界的极大兴趣和关注，但是国内在高压辊磨机对坚硬物料粉碎的实践领域还存在一定的问题。2000年对高压辊磨机辊面磨损机理的分析和对国内外常见辊面耐磨材料的对比试验及高压辊磨机辊面磨损的测定结果表明：在不考虑焊接应力造成的辊面局部的脱落磨损前提下，导致辊面磨损快的主要原因是磨粒的微切削作用；提高辊面耐磨层硬质点的显微硬度和含量成为解决高压辊磨机辊面磨损问题的主要途径。高压辊磨机作为一种新型高效粉磨设备，随着相关科技成果的不断完善也在不断的升级革新，进一步的适合工业生产实践的需要，在磨粉机械领域中不断地发展创新。1.3高压辊磨机工作原理高压辊磨机的工作原理如“图1.3”所示，物料在磨矿力F的作用下，以拉入角a连续通过间隙最窄的部位；压缩过程中，物料被拉入两辊子之间，逐渐进入最小辊隙处，此时物料中的空气被挤出，物料中空间逐渐减少，而空气则通过侧翼逃逸，完成物料的压缩过程。高压辊磨机工作性优异，可用于粉碎软、中硬等各种不同硬度的脆性物料。据了解，高压辊磨机可广泛用于石灰石、高炉炉渣、水泥生料和熟料等一些脆性物料粉碎，亦可用于硬度较高的铁矿石、锰矿石、铅锌矿石及多金属矿石的粉碎。德国AlPine公司制造的高压辊磨机与ATP涡式超细分级机构成闭路，可用于石灰石、菱镁矿等的细粉碎及超细粉碎加工。物料通过重力或预压螺旋给料机给入，在相向旋转的两个辊子之间，物料与物料相互挤压产生破碎，并在两辊子挤压力的作用下结成饼状小块，进一步经过分散处理后可得到细粒产品。高压辊磨机的粉碎一般经过加速、压缩、释放3个阶段：.加速区:最上端A区域为加速区，物料在这个区域受到了颗粒自身的重量、颗粒与颗粒之间的摩擦力和颗粒与挤压辊之间的摩擦力，使得物料加速下降，逐渐加速到或者接近于挤压辊的辊面速度。大部分较大的颗粒先被粉碎，并重新排列，颗粒间被细粒填充。.压缩区：中间B区域为压缩区，在挤压辊轴平面的倾角区域，压缩区内的物料受到较高的挤压力，每个颗粒都受到周边颗粒的挤压，挤压力在该区域达到峰值。.释放区:最下端C区域，在挤压力达到峰值以后，迅速下降为0并进入该区域。压缩区和释放区存在一个临界挤压角。图1.3高压辊磨机工作原理示意图1.4高压辊磨机的应用特点X艺流程简单高压辊磨机单位时间的生产量大、破碎性能高，一般可达到9倍左右，随着所承担的辊磨任务的增多，后面工艺的配置系统宽度和工艺流程的长度会减小。作业范围广高压辊磨机的作业范围广泛，主要体现在：小的方面，可对细碎产品进行预粉磨(产品粒度＜3mm,-0.074mm占25%以上)；大的方面，也可对较大矿石块产品进行破碎，同时也可完成常规细碎与超细碎任务(产品粒度＜6mm)。此外，高压辊磨机对传统细碎作业不易通过的水分较高、粘稠稀软的粘性矿石也能完成作业，所以说，高压辊磨机的作业半径是很大的。作业环境优良高压辊磨机作业环境优良首先表现在其轴承等转动部件规格大，抗压、抗磨损能力强,使用寿命长;第二与物料接触件少、易磨损部位耐磨性处理的好，不易损坏;第三，自动化程度高，可实现人机对话，，并可实现自动控制、自动保护与自动检测，具备先进的预警预报系统;第四，工作时两辊间是通过物料与物料之间的挤压产生破碎，辊子之间的距离大于物料最大粒度，使辊面所受的磨损降低。所以说，高压辊磨机的作业环境是安全、高效、可控制的优良作业环境。实现了“多碎少磨”物料与物料之间的相互破碎，减少了与棍套的摩擦。占地面积不大高压辊磨机设计时结构紧凑、除去主要的工作部件基本们有太多外壳，相对来说尺寸小。辊子工作时破碎作用发生在两个辊子间，且产生的挤压力可被机架吸收，无动载荷，无需额外添加支撑设备，占地面积小。环保高压辊磨机工作时，给料、排料、破碎都在相对密闭的系统内完成，而且工作量大，所需设备数量少。便于除尘，减少粉尘污染，对环境保护起到一定的作用。1.5高压辊磨机存在的问题及发展前景1.5.1存在的问题轴承寿命问题高压辊磨机破碎物料所需的挤压力是通过高压油缸加载到动辊两端的轴承座上，高压油缸所提供的力可达数十万牛顿，使得滚动轴承容易出现点蚀或疲劳等破坏，影响轴承的使用寿命。挤压辊磨损与修复问题一般的挤压辊辊面是采用堆焊制造而成的，频繁焊接会产生局部应力集中，这样的辊面在运行中会出现裂纹或者脱落现象，更为严重的甚至会造成断轴。目前，堆焊耐磨材料的压辊结构仍为大多数高压辊磨机所使用。边缘效应问题边缘效应就是挤压辊工作时受到自身结构特征及两侧挡料板磨损的影响，一些未经破碎的物料会伴随着挤压形成的料饼而被运出。理论上来讲，压力在辊面宽度方向上是均匀分布的，但是许多试验证明，线压力的分布是中间大、两头小，原因是从侧边逃逸的物料使挤压辊线压力呈现不均匀分布。边缘效应就会造成挤压辊两侧边的磨损的加剧，无论是对机器还是对料饼的质量均造成不良的影响。1.5.2发展前景随着世界节能意识的加强，选矿企业逐渐趋于关注磨矿能耗的问题。据不完全统计，全世界每年碎磨能耗占世界总发电量的3%一4%，而其中绝大多数的能耗就来源于磨矿。经过多年研究与生产实践，多碎少磨、降低入磨粒度是有效的措施已取得共识。目前国内外开发出的各类超细粉碎设备中高压辊磨机在金属矿山选矿厂具有明显的应用优势。国内外生产实践表明，高压辊磨机具有较好的选择性粉碎效果，不仅产品中细粒级含量高，而且颗粒中易产生微裂纹，尤以粗粒级更加明显，高出常规破碎机的5倍;能量损失小，有效利用率高，且可大大改善可磨性;大量矿物实现初步解离，具备较好的分选条件，可实现多碎少磨，预选抛废，能抛早抛；设备适用能力强，在工艺流程中既可进行细碎，又可在三段破碎后进行加段超细碎；既可全开路破碎，也可在开路条件下进行粗粒返回破碎，并可以在自磨流程中破碎高硬度顽石，显著提高自磨机的磨矿效率和处理能力；工艺流程配置简单，设备结构紧凑，外形尺寸小，占地而积小破碎比大，粉碎效率高，处理能力大，承担碎磨工作量越多，系统流程的长度和后续工艺的配置宽度越小；易磨损的辊而耐磨处理技术先进，研制出粉末冶金耐磨辊而校用寿命达到18,000h)和柱钉自生式辊而校用寿命达到14,600h);轴承等转动部件规格大，抗压抗磨能力强，使用寿命长；自动控制、自动保护和预警预报系统的设置，使设备进入铁件等异物时不会造成损坏。因此，高压辊磨机运转平稳，安全，可靠性高，通常作业率达到95%以上，节能降耗显著。高压辊磨机料层粉碎为高效压应力粉碎，比以压应力和剪应力为主的球磨机效率高出很多，比球磨机能耗降低很多。而且其产品中细粒级含量多，且颗粒又带有微裂纹，作为球磨机给料降低了能耗和钢耗，相当于高压辊磨机承担了一部分由原来球磨机承担的磨矿任务，承担的磨矿任务的比例越高，节省能源潜力越大，是今后的发展方向。此外，它在相对密闭的系统内运转，除尘点少，易于降尘，生产环境整洁;设备零部件运输安装条件比自磨、半自磨机要求低等。因此，在碎磨系统中应用可为进一步提升选矿厂碎磨系统的处理能力创造条件，而且能带来显著的节能降耗和降低生产成本的效果，从而使其在金属矿山选矿厂迅速得到推广应用。1.6本课题的提出及研究的主要内容我国是矿产资源大国，资源丰富，品种齐全。但目前的金属矿山易选的富矿少;贫、细、杂、难磨难选共生矿多。随着工业化进程的提高，钢铁和有色金属需求量的增加，金属矿产资源供求矛盾日益突出。在开发贫矿石和难磨难选矿石的选矿实践中，高能耗、低效率、低生产能力的磨矿技术的矿物分离手段，使工艺流程复杂，管理粗放，自动化程度低，严重影响了我国金属矿山选矿厂精矿质量和有用矿物回收率的提高，影响了金属矿山选矿技术的进一步发展。高压辊磨机是采用料层粉碎理论，的破碎设备。高压辊磨机工作耗能低、效率高、环保等诸多优点非常适合在国内推广。本论文就是针对高压辊磨机的主要工作机构的设计。其主要包括对挤压辊、辊轴、轴承、下料装置以及减速器、联轴器等的设计与校核。第2章高压辊磨机主要工作参数的确定2.1最小辊隙Smin的确定顾名思义，GM500X300辊磨机，辊子直径为D=500mm;辊面宽度为B=300mm。其中，辊隙是指高压辊磨机两辊之间的距离。一般的，两辊之间的距离根据高压辊磨机具体的工作情况和物料性质的不同而不同，随着喂料尺寸的变化辊隙也应作出及时的调整。最小辊隙：指的是两辊中心连线上的辊隙，用Smin表示：Smin二Ks*D式中：Ks为最小辊隙系数，因物料不同而异，氧化球团Ks取0.02〜0.03,脆性矿石Ks取0.016~0.024。取：Ks=0.03，D为辊径，单位mm。则：Ks*D=0.03*500=15mm，取Smin=16mm；2.2最大喂料粒度dmax的确定我们知道，辊径D与喂料最大粒度之间存在如下关系：D=Kdmax式中：K为系数，通过查阅资料，我们取K=20；dmax为喂料最大粒度。我们设计的GM500X300辊磨机适合物料尺寸：D

d=_=25mm

maxK2.3比压力与工作推力的确定2.3.1比压力的确定一般的我们确定比压力的取值依据如下：较软物料：f=1~3N/mm2中硬物料：f=3~7N/mm2极硬物料：f=10N/mm2这里我们假定对黄铜矿进行辊磨作业，黄铜矿密度为4.1-4.3t/m2取中值4.2t/m2属于极硬物料，进而取比压力为：10N/mm22.3.2工作推力F的确定我们知道，在不考虑辊面边缘效应的前提下，工作推力是沿辊面宽度方向均匀分布的。工作推力二辊径*辊宽*比压力/1000(KN)即：F=D*B*f/1000，单位：kN。式中：「为工作推力，单位N。D为辊径，单位mm。B为辊宽，单位mm。求得：F=500*300*10/1000=1500kN。则理想情况下，取工作推力为F=1500kN。

2.4辊子圆周线速度v及角速度n的确定辊子的线速度关系到辊子单位时间的工作量大小，线速度快，产量就高，线速度慢，相对产量就会降低。但同时，线速度快，机器所消耗的功率也会增大，超过一定数值时还会增大辊子与物料之间的相对滑动，使辊子咬合不良，加剧辊面的磨损。资料显示，一般实验机的线速度为0.2〜0.3m/s,工业机的线速度为1~1.5m/s。或者按辊径，如果辊径为1.2m，则线速度取1.2m/s。线速度(单位：m/s)的确定公式如下：v<JK=0.48m/s。式中：K为因物料不同的系数，对黄铜矿K=115；D为辊子外径，500mm。则由公式：v=n*D*n/60,单位m/s转速(单位：r/min)的确定公式如下：n=60v/(n*D)式中：D为辊径，单位m。n为角速度，单位r/min。得出：n=60v/(n*D)=60*0.48/(3.14*0.5)=18.4r/min2.5处理量Q的确定Q=3600*B*v*Smin*P式中：B 辊宽，单位mv 辊子线速度，单位m/sSmin 最小辊隙，单位m则有:P——物料密度，取4.2t/m3则有:Q=3600*0.3*0.48*0.016*4.2=35t/h2.6物料湿度的控制一般的粉磨机器都需要对物料适度进行控制，同样，高压辊磨机根据其所辊压的物料的特性，都必须确定一个适当的进入高压辊磨机的物料湿度，如若控制不当容易引起料饼打散困难和产品中的水分超出标准等问题。烘干还可能会引起进入高压辊磨机的温度过高的问题。这里，我们选定的物料湿度为3%〜8%。2.7物料尺寸的确定一般的，我们对每种规格的高压辊磨机都规定了物料的入料粒度，不同的高压辊磨机入料粒度是不同的。如果入料的粒度控制不当，将对高压辊磨机的寿命、使用和维护带来诸多危害如造成高压辊磨机的两辊间的辊缝不可控制，造成辊压成品的质量下降、高压辊磨机的振动加大、减速机和主轴承的寿命缩短，严重的造成高压辊磨机的频繁跳停，无法正常的生产造成辊面的非正常损坏。这里，我们确定的物料尺寸为不超过25mm2.8功率的确定根据经验公式，P=2*投影压力*规格潜能*3*1.15(kW)式中，投影压力==1500/500/300*106=10000(kN/m2)规格潜能二辊径*辊宽*辊子线速度/106=500*300*0.48/106=0.072(m3/s)带入公式，则有P=2*10000*0.072*0.049*1.15=2*40.572KW2.9其他参数的确定及汇总物料湿度 3〜8%物料尺寸W25mm成品尺寸70〜80%W3mm生产能力5.2m3/h能耗V3Kwh/t电机功率2X37Kw(YSP225S-4/380V)变频系统油压20MPa

减速机速比减速机型号减速机速比减速机型号辊子线速调整辊推力推动油缸轴承型号P2SAZ-10-80-B513(31KN.m)0.48m/s(18.4r/min)4X350KN6180X5023264CA(额定动负荷3850KN)6320/580X208第3章高压辊磨机工作机构总体方案的确定3.1高压辊磨机工作机构方案的拟定图3.1.1一种高压辊磨机高压辊磨机HPGR(HIGHPRESSUREGRINDINGROLL)如“图3.1.1”的工作机构主要由喂料、辊子、轴承等系统组成。工作原理是这样的，电机通过万向联轴器与减速机联接，通过减速后传动到轴承，轴承和辊子相互连接，然后通过两个直径相等、转速相同且相向转动的辊子实现辊磨过程，(其中一个辊子固定，另一个辊子可以移动)移动辊两端独立的液压系统将动辊推向定辊，进而产生破碎所需要的挤压力，两个辊轴承座之间有防止辊子接触的间距块，保障其顺利运转。另外，固定辊和移动辊的结构是一样的，互换与安装是比较方便的。压力则通过高压油缸加载到动辊两端的轴承座上。其工作机构示意图如“图3.1.2”。图3.1.2高压辊磨机工作机构示意图3.2高压辊磨机挤压辊的选型一般的，挤压辊有以下几种不同的结构:镶套式组合挤压辊图3.2.1镶套式组合挤压辊整体式挤压辊。图3.2.2整体式挤压辊这种结构是压辊的最初形式，主要优点是结构简单，制造方便，对热的适应性较好。但是，维修，更换困难。此类挤压辊在水泥行业应用较多。此种结构可承受较高压力，焊后表面不加工，硬度可达HRC52〜55。经磨损后的耐磨层，可以多次堆焊，为此一般配备一台堆焊用的电焊机，随设备一起提供，供修复辊面时使用。热装轮箍式挤压辊。图3.2.3热装轮箍式挤压辊这种结构是把耐磨轴套加热，把轴和辊套热压配合，其工作性能比单一材质的整体式挤压辊好一些。图中：1为轴；2为辊套；3为冷却孔道。由于镶套式组合挤压辊使用方便，易于更换与维修，因此本次设计我们选用镶套式组合挤压辊。如下“图3.2.4”、“图3.2.5”所示：轴衬分为上下两部分，通过键与辊轴连接，进行径向定位的同时，传递扭矩。而两侧利用盖板，普通螺栓将两半轴衬固定在辊轴上。此处的螺栓不用于传递扭矩，因此选用普通螺栓即可。盖板的作用有两个，一是使得两半轴衬紧密贴合，一是对轴衬进行轴向定位。如果有需要，可以根据情况，将轴衬分成更多部分，在保证强度条件及粉磨效果的前提下，当某一部分辊面因磨损过度需要更换时，更加方便和节省材料。图3.2.4 图3.2.53.3联轴器的选择与校核3.3.1联轴器类型的选择联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件，以传递运动和转矩，有时候也可以用做安全装置。高压辊磨机的一对辊子，一个是定辊，另一个是动辊。它们与减速机直连，根据减速机的型号，其连接是胀紧盘抱紧的方式，此处不需要对联轴器选型。而电机与减速机之间是通过联轴器传递运动和力的。电机的输出轴转速高，因此应选择平衡精度高的联轴器。而对于高压辊磨机，与其他机械设备不太相同的是，它有一个是动辊，与其相连的减速机会随动辊有一定的位移，而电机是固定的。因此，必须选用允许两轴有相对位移且有角位移的联轴器。综合考虑以上因素，最终选择的是可伸缩整体叉头十字轴式万向节联轴器。3.3.2联轴器选型计算联轴器的转矩：由于机器启动时的动载荷和运转中可能出现的过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩Tca.亨K& （2）式中，T——公称转矩，N•mKa——工作情况系数。查表可知，Ka=1.5将数据带入公式（2），得：TA=1.5x286x2.3=986.7N•m根据计算转矩及所选的联轴器类型，查阅手册，最终确定型号为SWC100BH-55*410，其[T]=1.25KNm>TA=986.7Nm。3.4高压辊磨机下料装置的设计3.4.1料斗的设计高压辊磨机是实现高压料层粉碎的设备，必须具备下列前提条件:喂入物料的体积必须超过卸出物料的体积。也就是说，两辊辊隙的上方必须充满物料，保证持续不断的喂入充足的物料。因为如果喂料间断或喂料不充足留有互不接触的间隔，那么高压辊磨机就不能体现出料层粉碎的优势，与传统的破碎机沦为一类。因此，为保重喂料充足，我们在喂料口上方设计一段一定高度的柱状料仓，这样还可以借助料柱的重力迫使物料进入辊隙之中，实现了料层粉碎。图3.4.1全充满阻塞式给矿为了调节高压辊磨机的喂料量，以与整个粉磨系统相匹配，进料斗可以设置一种可调节喂料量的“调节插板”。利用这种插板是控制高压辊磨机正常操作的一项重要措施，使高压辊磨机的适应能力大大提高。利用手轮和调节丝杠，即可使插板上下移动，进而改变进料斗的宽度。见下图：（1.进料斗2.调节插板）图3.4.1a料斗图图3.4.1a料斗3.4.2侧挡板的设计高压辊磨机对物料实施高压料层粉碎，在挤压辊两端的物料极易被挤出，落入粉碎好的物料中，影响物料粉碎粒度的均匀性。即使将这部分物料重新返回高压辊磨机再次挤压，这虽然可以解决大颗粒过多的问题，但却严重影响了高压辊磨机粉碎效率。为了解决这个问题，我们在辊端采用加侧挡板的办法，以减少因物料的侧面逃逸。第4章高压辊磨机工作辊的设计及计算4.1挤压辊的粉碎机理高压辊磨机的粉碎机理为高压料层粉碎，充分利用物料之间的相互挤压，通过调节辊子压力来直接或间接破碎物料，使物料相互挤压实施料层粉碎。挤压辊装置是高压辊磨机实施作业的关键部件。其粉碎机理如下：“图4.1.1”图4.1.1挤压辊粉碎机理4.2挤压辊的辊面材料及类型的选择高压辊磨机的辊面形式主要有以下几种:

（1）采用耐磨堆焊层形式。在挤压辊表面用耐磨堆焊材料堆焊（如Fe-Cr-B、Fe-Cr-W、Fe-Cr-C系等），焊接两层，内层为过渡层，外层为耐磨层。以提高挤压辊表面的硬度和耐磨性（其洛式硬度可达55-60），并采用这种方式对磨损辊面进行修复，其使用寿命有了一定的提高，但未从根本上解决辊面磨损和修复问题。图4.2.2六面形粉末冶金辊面 图4.2.3镶嵌粉末冶金耐磨柱钉辊面图4.2.1表面堆焊（2）采用粉末冶金方法。如德国科本公司生产的HEXADUR型辊磨机，采用粉末冶金方法、在高温高压条件下制造，利用分子扩散渗透使得辊胎基体和耐磨表面熔合为一体，提高了高价材料利用率，同时比较有效地克服了柱钉性脆易折、很难修复、边缘效应打、工作压力低等弱点，并具备一定的自我修复功能。但是受制造设备的限制，到目前为止，该种辊体直径未能超过1.5m。同时由于其辊面比较光滑，与下落物料的滑移磨损比较严重，大大降低了其使用寿命。（3）采用表面镶嵌耐磨材料形式。德国洪堡公司首先将硬质合金柱镶嵌于压辊表面，其洛氏硬度可达65-67或HRA85-93,有效地提高了挤压辊的使用寿命，彻底解决了辊面磨损快，维护更换不方便等难题。它是通过在辊体钻铰孔，镶嵌耐磨柱钉，制造工艺简单。在挤压过程中，柱钉之间被压实的物料形成自磨层，保护辊体。辊面侧面保护也从最初的堆焊发展到镶嵌粉磨冶金块模式。本次设计的辊磨机采用镶嵌硬质合金圆柱钉的辊面，如：“图4.2.4”图4.2.4镶嵌硬质合金圆柱钉的辊面4.3挤压辊辊轴的设计与计算（1）挤压辊上的功率、转速和转矩电机通过联轴器与减速机相连，减速机输出方式为空心轴收缩盘式，即与工作挤压辊之间相连。而挤压辊由一堆向心辊子轴承支承。因此，传动总效率门=门x^x门 （1）式中，n1为联轴器效率，0.99n2为减速机效率，0.93n3为轴承效率， 0.99将数据带入公式（1），得:n=0.91

又电机的额定功率为PN=45Kw，则传递到挤压辊上的功率为:P=PNXn式中，p——挤压辊功率，^^Pd——电机功率，K^门——总效率由公式（2），得：p=0.45x0.91=40.95Kw扭矩计算公式为：.9550xPT= w-（3）n（3）w将数据带入公式（3），得:T=9550X40.95=21.1kN・m18.5（2）初步估算辊轴的最小直径选取辊轴的材料为40Cr，调质处理，由《机械设计》P370表15-3，取A0=112,于是得：40.95=112x3 =145.9mm（4）318.5（4）辊轴的最小直径是与减速机胀紧盘相连接处的直径，根据减速机对工作机连接轴的要求，辊轴最小直径取为：D.=155mm<145.9mm满足强度条件。（3）拟定轴上零件的装配方案根据选择的挤压辊形式，可知，辊轴上需要安装的零件有：轴衬，盖板，挡板，轴承。以此选用如图4.3.1所示装配方案。h图宅3.1轴上零件装配方案 d根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：cbak e图4.3.2轴的各段直径和长度图4.3.2轴的各段直径和长度如图4.3.2所示，根据轴上零件的装配方案，依次可以确定出各段的直径和长度。从右至左，依次为a段、b段、c段直至j段。a段、b段为与行星减速机连接配合的部分，其直径和长度，根据行星减速器对工作机连接轴的要求设计，查阅手册得到：a=b=90mm，Da=155mm,Db=160mm。c段为过渡段。轴承端盖与此段共轴线，固定在机架上。由于轴承端盖的设计宽度为60mm，c段比其略长即可，取c=90mm。由于该段并不承受弯矩，因此直径只需比b段大一些即可。取Dc=200mm。从d段起往左，为完全对称的结构。（3） d段为与轴承配合部分。初步选择滚动轴承：一方面，轴衬承受巨大的径向力的作用，另一方面，由于动辊移动时，左右两端的位移可能不同，造成辊轴相对原先轴线有一定偏移，因此需要选用调心滚子轴承。它的特点是具有较大径向承载能力，允许内圈对外圈轴线偏移量小于1.5度至2.5度。然后参照工作要求，并根据以往已有的近似型号高压辊磨机的轴承选择，在轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的大型调心辊子轴承23248CC/W33（GB288-1994）。因此，d段的直径和长度都根据选定型号的轴承的内径和宽度确定了。即：d=160，D=240。（4） 轴承左端采用轴肩定位，查阅手册上轴承定位轴肩高度h=10mm。经过反复计算校核，e段的直径为310mm才满足要求。而轴承的定位轴肩不能过大。因此，将该段轴的设计成如图所示的形式，以倒角的形式使得轴由大直径过渡到小直径。（5） f段上安装挡盖。挡盖的宽度为50mm，f应该略大于其宽度，取f=60mm。（6） g段为安装挤压辊辊衬的部分。其尺寸是根据形式确定的。

4.4挤压辊的受力分析对挤压辊进行正确的受力分析，决定了强度校核的有效性。根据高压辊磨机的实际工作情况，可知其受力是比较复杂的。因为，不同性质的矿石有不同的硬度，即使是同一种类的矿石，因为其成分不尽相同，可能有的容易压碎，有的又比较难压碎。另外，矿石的粒度大小也会在很大程度上影响挤压辊的受力。由于时间和条件有限，下面将只对高压辊磨机某一瞬时静态受力情况作简化，进行受力分析。从手册中查取轴承的支点位置，为轴承的宽度方向上的中点。因此，作为简支梁的轴的支承跨距为940mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。（1）垂直方向根据辊轴的受力分析，垂直方向上，辊轴受自身的重力和物料对辊轴的挤压力的垂直分力。首先，估算重力。考虑到辊子所受水平推力高达1500KN，又辊轴为阶梯轴，取以轴的较大直径为直径的光轴来近似计算，取D=300。可得：=0.096m3兀D2XL 3.14X0.32X1.37=0.096m3V= = 4 4M=PV=7.8x0.096x1000=784kgG=Mg=748x10=7480N可见，重力远小于水平推力，因此，在轴的强度校核中，可以忽略不计。同样的，由于挤压辊的工作角才0.049rad，在校核轴的强度时，忽略其在垂直方向的分力。（2）水平方向水平方向上，辊轴受到两端轴承的推力，及辊轴中间部分物料对辊轴的反作用力，假设物料对辊轴的压力是均匀分布的。则其受力简图及弯矩图为：图4.4.1受力简图图4.4.3弯矩图4.5挤压辊的强度校核根据辊轴的受力分析，可知，辊轴在轴线方向上的扭矩是一样的。因为轴的最小直径是通过扭转强度的大小来确定的。因此，各个截面均无需校核。由弯矩图可以得知，截面A-A所受的弯矩最大，是危险截面，需要进行强度校核。另外B、C截面，虽然直径不是很小，但仍然承受着非常大的弯矩，因此有必要也进行校核。而D截面，弯矩虽然较小，但是由于其直径也比较小，也有可能是危险截面，因此也要对其进行校核。截面A：MA=750*470-75*5*150=296250NmTA=21.1KNmWA=0.1D3=0.1*4003=6400000mm3取a=0.6，轴的计算应力应为：、；M2+(aT)2 (2962502+(0.6*21.1*1000)2。ca= = 6400000/103 =46.3MPa已选定辊轴的材料为40Cr，查表可得[o-1]=70MPa。oca<[o-1]，故安全截面B：MB=750*320=240000NmTB=21.1KNmWB=0.1D3=0.1*3303=3593700mm3取a=0.6，轴的计算应力应为：> 』M;+(atb)2(2400002+(0.6*21.1*1000)2oca二 K= 3593700/103 =66.78MPa已选定辊轴的材料为40Cr，查表可得[。-1]=70MPa。oca<[o-1]，故安全截面C：Mc=750*260=195000Nm

Tc=21.1KNmWc=0.1D3=0.1*3103=2979100mm3取a=0.6，轴的计算应力应为：>脾C+(aTC)2'.'1950002+(0.6*21.1*1000)2oca= K= 2979100/103 =65.5MPa已选定辊轴的材料为40Cr，查表可得[。-1]=70MPa。oca<[o-1],故安全截面D：MD=750*80=60000NmTD=21.1KNmWD=0.1D3=0.1*2563=1677721.6mm3取a=0.6，轴的计算应力应为:双；+(atd)2 <600002+(0.6*21.1*1000)2r— Wr— W。ca=d二1677721.6/103=35.7MPa已选定辊轴的材料为40Cr，查表可得[。-1]=70MPa。oca<[o-1],故安全。4.6连接键的强度校核辊轴与辊衬通过平键连接，平键连接传递扭矩时，采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接（静联接），其主要失效形式是工作面被压溃。在没有严重过载的情况下，一般不会有键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。图5.3如图5.3为辊轴与辊衬配合处辊轴的断面图。辊轴与辊衬通过键连接来传递扭矩。假定载荷在键的工作面上的分布是均匀的，普通平键连接的强度条件为：。广哥（2）式中：T——传递的扭矩，Nmk——键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处h为键的高度，mmL——键的工作长度，mm，圆头平键l=L-b，这里L为键的工程长度，mm，b为键的宽度，mmd 轴的直径，mm；[°p]——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa。将数据带入上式，可得到：21.1X106°=18_i5IQ。~400=10.3MPaVkL60MPa21.1X106第5章高压辊磨机轴承的选型及校核5.1轴承的选型我们知道，与滑动轴承相比，滚动轴承的摩擦系数小，传动效率高。滚动轴承一般又包括圆柱棍子轴承、圆锥棍子轴承、调心滚子轴承等。由《机械设计》第八版P337表13-11，我们选择滚动轴承。高压辊磨机工作时辊子轴承主要承受径向载荷，而轴向载荷可以忽略不计，针对此特点，本次设计我们选择调心滚子轴承。根据轴的尺寸D=240，选择轴承型号为：23248CC/W33调心滚子轴承。5.2轴承的校核我们知道，滚动轴承的正常失效形式是点蚀破坏或塑性变形，轴承点蚀破坏后，表现为工作时通常会出现较大的发热、噪声以及较强烈的振动等现象。轴承的寿命与工作载荷的大小有关，其所受的载荷越大，发生点蚀破坏前所能经受的应力变化次数也就越少，轴承的寿命就会越短。已知型号为23248CC/W33轴承的额定动载荷为2490KN，单个轴承所受的径向力为750KN，再根据轴承寿命的计算公式：（1）L=火6(-)£60兀P（1）式中，C为基本额定动载荷，P为当量动载荷，对于球轴承，e=3；对于滚子轴承，e=10/3，L为寿命，单位为h。将数据带入式中，得到:1062490mL= (-—)103=147594h60兀750即：假如每天连续工作24h，一年工作360天，可以工作17年多。远远超过了使用要求。但是如果我们选择更小型号的轴承，虽然轴承的寿命可以满足使用要求，但是辊轴配合处的直径会变小，其本身的强度会下降，而且由于与后段直径相差较大，应力集中现象加剧，会使得该截面变成危险截面。通过前一章的辊轴强度校核，可知选择此型号的轴承是较为恰当的。因此，允许该轴承有这么大的寿命富