1、GM1200550W型高壓輥磨機的總體設計院 系機電工程學院專 業機械設計制造及其自動化班 級學 號姓 名指導教師負責教師沈陽航空工業學院2008年6月摘要高壓輥磨機作為一種高效、節能的粉磨設備在水泥行業中已得到了廣泛應用，并正在向金屬礦山選礦行業拓展，其巨大的發展潛力促使其形成產業化、系列化的生產趨勢。為解決實際開發設計和系列化定型設計中的關鍵技術問題，本論文采用基于3D特征的CAD技術，對高壓輥磨機進行三維模型設計，實現以先進的科技手段解決關鍵性技術問題，而且為高壓輥磨機設計的產業化、系列化發展，加速該設備在金屬選礦行業推廣應用的進程奠定了技術基礎。本論文主要敘述了高壓輥磨機的總體設計與三

2、維建模分析。主要內容如下：1.總體方案設計與規劃。首先根據經驗公式，設計完成給定任務量所需的高壓輥磨機的各部分參數，如輥徑，輥寬、輥磨力，功率等參數。然后是結構設計和整體規劃。最后進行非標準件的尺寸確定與標準件的選型。2.從基于特征的零件建模和裝配技術的探討出發，通過實體建模、虛擬裝配設計完成輥磨機的結構設計；通過對裝配體進行靜態干涉檢查，以檢驗結構設計的合理性。本論文從工程實用角度出發，不但縮短了產品的開發設計周期，提高產品設計質量，降低設計成本，而且為高壓輥磨機整個設備的設計提供了有效的解決途徑。關鍵詞：高壓輥磨機；組合輥；特征造型；虛擬裝配設計AbstractHigh-Pressure

3、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，

4、 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 equipmen

5、t，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

6、 of HPGR to finish the task of giving，such as rolling diameter， rolling width，grind force， driving power，then，the structure and programmingdesign，last，the design for the abnormal part andthe selection of the normal part.2. The structure of HPGR is designed through solid modeling and virtual assemble

7、， 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

8、 base for furthering the development progress of industrialized and serial equipments，hastens the equipmentsapplication in metal mining for crushing hard ironstone.Keywords:High-Pressure Grinding Rollers；Assembled grinding rollers；Solid modeling based on feature；Virtual assemble design目 錄1 概述11.1 輥磨

9、機的發展過程11.2 輥磨機的與傳統破碎設備的區別21.3 輥磨機的發展趨勢21.4 本課題的提出22 設備的工作原理及參數的設計計算42.1 設備的工作原理及粉碎過程4 工作原理4 粉碎過程42.2 設備的組成52.3 設備的主要參數的設計計算6 工藝參數的計算6 動力參數的選擇10 運動參數的設計計算12 生產能力的估算132.4 設備的主要技術參數133 總體方案的設計153.1 傳動方案的設計153.2 擠壓方案的設計153.3 壓輥支承方案的設計153.4 動、靜輥組件定位方案的設計153.5 設備的總體框架153.6 軸承類型的選擇及潤滑方式163.7 液壓推力系統163.8 設備

10、的密封及防塵裝置的設計163.9 設備的總體布局設計184 動輥組件的設計與計算194.1 動輥軸的設計與計算19 動輥軸的材料選用19 初估動輥軸軸徑21 動輥軸的結構分析與設計21 軸承的選擇與校核22 動輥軸的校核234.2 減速器的選擇與校核25 減速器的介紹25 減速器的選擇26 減速器的校核264.3 聯軸器的選用27 選擇聯軸器的類型27 十字軸式萬向聯軸器的校核284.4 液壓系統設計計算28 液壓缸的設計計算28 液壓泵的選擇32 液壓系統工作原理圖32 蓄能器的選擇與充氣及使用維護規程335 高壓輥磨機的三維設計365.1 軟件簡介365.1.1 CAD技術綜述36 三維軟

11、件Solidworks的綜述365.2 三維建模技術37 基于特征的建模技術37 參數化建模38 實體建模385.3 高壓輥磨機的建模及虛擬裝配技術38 高壓輥磨機的建模38 高壓輥磨機的虛擬裝配技術416 技術經濟性分析466.1 高壓輥磨機的技術經濟效果466.2 本課題的技術經濟性分析466.3 總結47參考文獻48致謝491 概述由于世界能源的緊缺，粉碎過程中的能耗越來越引起人們的重視。高壓輥磨機問世十年來，主要應用在水泥行業及個別有色金屬礦山，水泥界從這種節能、節鋼耗的高效設備中得到了較高的效益。冶金礦業粉碎礦石的數量也相當可觀，且金屬礦石大都堅硬難磨，而目前球磨機的能耗、鋼耗和效率

12、的問題都比較突出，礦物回收率受粉磨方式的影響也比較嚴重。能否將高壓輥磨機普遍應用到冶金礦業，一直是行內人關心的問題。1.1 輥磨機的發展過程八十年代，德國Clausthal大學礦物工程學院蕭納特教授和東北大學巖石破碎專家徐小荷教授幾乎在同一時代不同的實驗室內作出了礦巖靜壓粉碎后入球磨可節省粉碎綜合能耗的結論。該結論說明礦石在對壓輥的高壓載荷作用下，內部受到極大的創傷并產生眾多的微裂紋，甚至直接被擠壓成餅狀或更細粒度，從而大幅度減少了使后續磨礦的工作量。八十年代末，德國洪堡公司(KDH)依據德國Clausthal大學礦物工程學院蕭納特的理論研究成果，研制開發出第一臺高壓輥磨機，又稱輥壓機。輥磨機

13、開始普遍應用于水泥行業，其應用技術也達到一定水平，趨于成熟，為水泥行業提高生產效率、降低生產成本起到了關鍵作用。由于金屬礦山行業的礦巖硬度高、成分復雜等原因，輥磨機在冶金礦山應用和推廣較水泥行業發展速度慢，但是輥磨機高效、節能的優點，使國內外業內科研工作者從未放棄對其的研究工作，經過二十多年的不懈努力，用于礦巖粉碎的輥磨機技術和設備在結構上不斷改進、完善，并最終在金屬礦山行業應用方面取得了突破性進展，如德國洪堡公司(KDH)的鐵礦石輥磨機、美國BH、DH系列型煤輥壓機等。其中德國洪堡公司(KDH)在鐵礦石輥壓機的研制開發上取得了卓越的成就，該公司生產的鐵礦石輥壓機已經開始應用于世界各國的有色金

14、屬冶金礦山行業，并有3臺設備已經成功用于鐵礦石的粉碎。高壓輥磨機在國外普遍應用到冶金行業，該機在國內冶金行業立即受到了普遍的關注。經過高壓輥磨機輥壓后的物料在粒度分布上明顯不同于傳統的粉碎設備。在我國，天津水泥設計院較早地開展了輥磨機在水泥超細碎中的應用研究；中南礦冶大學開展了輥磨機在有色金屬礦超細碎中應用研究；東北大學結合國家“九五”重點科技攻關計劃項目，開展了輥磨機超細碎鐵礦石的應用研究，研制開發出GM系列鐵礦石高壓輥磨機樣機，并成功地對黑鷹山鐵礦、棒磨山鐵礦、姑山鐵礦進行了工業化粉碎應用試驗。目前，國產化的高壓輥磨機已大量投入生產。1.2 輥磨機的與傳統破碎設備的區別高壓輥磨機在形式上很

15、像傳統的對輥破碎機，但在實質上有兩點不同。其一是高壓輥磨機實施的是準靜壓粉碎，它與沖擊粉碎方式相比，節省能耗約30%；其二，它對物料實施的是料層粉碎，是物料與物料之間的相互粉碎，粉碎效率高，物料之間的擠壓應力可通過輥子壓力來調節。兩個輥子相向轉動，一個固定輥，另一個是可調距離的（調整方式有兩大類，一類是滑動式，另一類是擺動式動輥。）輥間壓力一般可達15003000個大氣壓，破碎產品可達2mm，不僅可實現“多碎少磨”，還很可能成為以碎代磨的新型粉碎設備。由于它具有強大的作用力，不僅使物料粉碎，還可使物料顆粒內部結構產生裂紋，從而使磨礦能力大幅度提高。1.3 輥磨機的發展趨勢針對目前市場對鋼材的需

16、求增加和礦山選礦對大型設備的需求情況，高壓輥磨設備向大型化、全自動控制方向發展，例如某大型高壓輥磨機，其設備技術參數為：最大入料粒度：150 mm；最大處理能力：1800 t/h（粉碎銅礦）；最大裝機容量：4500kW；最大設備自重：2500t。從設備應用范圍上向多種類金屬礦石的粉碎方向發展，其中包括：非金屬礦（頁巖、硫礦石、陶瓷材料、金伯利巖等）、有色金屬礦（銅礦、鉛鋅礦、鉬礦、鋁礬土、鉛礦、鉻礦、鎳礦等）、金礦、鐵礦、高爐礦渣等。總之，高壓輥磨機的引進和開發大大的降低了生產成本節約了能源、提高了效率，并逐步的在我國的水泥工業、冶金行業占有了重要的地位。1.4 本課題的提出近年來，高壓輥磨機

17、在部分鐵礦工業化試用的成功，標志著我國礦產粉碎行業進入了高速發展的階段，而高壓輥磨機則在其中扮演著領軍任務的角色。國產化高壓輥磨機的系列化已成為一個急需解決的問題，已成為整個行業關注的焦點。本課題主要內容是完成GM1200550W型高壓輥磨機的工藝參數、動力參數、運動參數的計算及總體設計，來完成前期的設計圖紙；在前期完成的設計圖紙基礎上應用三維CAD和虛擬裝配技術進行總體設計，并進行干涉檢查等內容，來保證最終的二維圖紙的合理性與可執行性。2 設備的工作原理及參數的設計計算2.1 設備的工作原理及粉碎過程2.1.1 工作原理高壓輥磨機的工作原理是基于靜壓粉碎原理對輥碾壓方式(見圖2.1所示)，由

18、一對相向同步轉動的壓輥組成，其中一個為定輥，另一個為動輥（可水平方向移動）。物料從壓輥上方進料口進入，通過壓輥轉動帶入壓輥間，受到強力擠壓后形成酥松料餅從機下排出。排出的料餅不僅含有大比例的細粒，而且在顆粒內部產生大量裂紋，從而改善物料后續球磨的可磨性，增加球磨系統的生產能力，并大幅度降低球磨電耗和鋼耗。圖2.1 輥磨機工作原理圖2.1.2 粉碎過程如圖2.2所示，物料是在兩個輥徑相同、線速度相同、相向旋轉的輥子之間，由液壓系統提供給料層的巨大壓力下被粉碎的。第一粉碎區段 第二粉碎區段第三粉碎區段 第四粉碎區段圖2.2 高壓輥磨機工作原理示意圖具體的粉碎過程如下：當符合高壓輥磨機粒度要求的物料

19、喂入料斗后形成一個料柱，物料在轉動壓輥的擠壓力作用下進入第一粉碎區段。在該區段內，較小的顆粒順著物料間的間隙靠重力下落，較大的顆粒在兩輥的受擠壓力和剪切力作用下，發生點破碎。破碎后的物料在兩輥的帶動下，加上自身的重力、慣性向下運動，進入第二粉碎區。由于兩輥間的容積越來越小，物料在向下運動的過程中受到的擠壓力逐漸增大，當壓應力超過物料的抗壓強度時，便發生破碎或內部損傷。隨著物料粒度的減小，顆粒間的位移趨于零，物料密度迅速增大，構成料層。當料層進入高壓粉碎區段，即第三區段時，其速度已達到甚至超過輥面的線速度，同時壓力持續增大，最小間隙處壓力達到最大值。此時料層內部的顆粒已是傷痕累累，只是徒有其表面

20、而不堪一擊。同時，物料在高壓作用下，顆粒間發生粘聚現象，形成料餅，最后從輥隙間排除，進入第四區段。由于壓力的減小，料餅微微膨脹。 由此可見，在第一區段內的少量大顆粒的粉碎屬于單顆粒高壓粉碎。在第二、三區段的物料的粉碎屬于高壓料層粉碎。由于高壓直接作用于顆粒上，物料與壓輥表面幾乎沒有相對運動，所以能耗、鋼耗小。2.2 設備的組成高壓輥磨機由給料裝置、擋料裝置、驅動裝置、加載裝置、支撐裝置、動靜輥組件等組成。詳細結構見三維總裝配體。2.3 設備的主要參數的設計計算課題給定的參量有：生產能力Q=120150t/h，入料粒度X=055mm，壓輥額定最大推力F=5000kN，液壓系統壓力P=1020MP

21、a。2.3.1 工藝參數的計算1. 最小輥隙的確定最小輥隙的大小與物料的可壓縮程度料餅的緊密度、要求的產量、喂料粒度、壓輥直徑有關。物料的可壓縮性好，料餅較緊密，最小輥隙應選小些。要求的產量高，最小輥隙就應適當放寬。但必須有足夠大的壓力，否則粉碎率會降低。一般喂料粒度大，最小輥隙應適當加大，否則物料會不易被咬住，反彈傾向增大。這樣不但會降低粉碎效率，而且還會使輥面磨損加大。再此引入粉碎系數，（理論上應控制3.54）。最大入料粒度，故12.5mm14.3mm。根據實際工況要求，在此取 。當料層厚度相同時，物料粉碎的越細，消耗的功率越大。由此可見，對每一臺具體的輥壓機而言，最小輥隙難以準確的確定。

22、為了使輥壓機能在最佳工況下運轉，把最小輥隙設計成可調的。根據輥壓機的具體工作情況和物料性質的不同，在生產調試時調整到比較合適的尺寸。2. 壓輥直徑D的確定為了獲得最低功率的消耗，采用兩個直徑相同的壓輥。這樣，不僅能夠降低單位功耗，而且使輥壓機的設計工作量大大的減小，制造和維修以及配件的儲備都方便和容易得多，成本也會隨著降低。輥壓機的輥徑D主要由喂料中額定最大顆粒 所決定，同時也受最小輥隙 影響。圖2.3 壓輥受力分析圖如圖2.3所示，a為兩輥中心距，為最大入料粒度，為兩輥間的最小輥隙，為物料中心與輥子中心的連線與水平線所成的夾角，=2為嚙角，圖中各力是左邊輥子作用在物料上的力。物料主要受徑向力

23、的作用，將沿水平、垂直方向分解為兩個力為：水平分力：（2.1）垂直分力：（2.2）由于兩個壓輥相向向內轉動，于是產生一個摩擦力，其方向與物料相對速度方向相反，向右下方作用。將分解為沿水平、垂直方向分解為兩個力為：水平分力： （2.3）垂直分力： （2.4）因為摩擦力等于摩擦系數與正壓力的乘積，即：，代入到公式（3）、（4）中得：（2.5）（2.6）可以看出，物料顆粒被帶入輥間的條件為：（2.7）因為，為物料與輥子表面的摩擦角，代入到公司（7）中整理后得： （2.8） 即：（2.9）通常將。即：，這就是說，最大物料顆粒被壓輥咬入的條件是：。 摩擦角由摩擦系數決定，物料與輥面間的摩擦系數與輥面狀態

24、和物料性質有關。取=0.3，則=1642，嚙角。 由圖中三角關系得出下列關系： （2.10）整理后，得： （2.11）公式中為理論壓輥的外徑，即臨界直徑。考慮到可靠性，實際設計的壓輥直徑要比大。由最大物料顆粒被壓輥咬入的條件知，=1642，現取=16。則：（mm）通常情況下，輥徑的選用原則都采用大輥徑原則，大輥徑有以下的優點：（1）大塊物料容易嚙入，且反彈情況少。（2）粉碎作用線長度大，受壓面積大。（3）慣性大。飛輪慣量J=GD，這表明飛輪慣量與輥子直徑的平方成正比。輥子直徑大，飛輪慣量就大，運轉就比較平穩，受顆粒尺寸的影響也越小，保證料餅比較均勻。（4）軸承受力好。輥子直徑大，有較大的空間，

25、可以選用較大的軸承，使用壽命長，改善其受力狀態，同時也方便于安裝和維修。介于大輥徑原則和要求較高的生產能力，故取=1200mm。3. 輥寬B的確定輥寬的確定采用下面公式：（2.12）式中為輥寬系數，即輥子的寬徑比。從理論上分析，寬型輥壓機有以下優缺點：（1）輥寬大，邊界效應小。在壓輥兩端靠近邊緣處存在壓力衰減區，有部分物料未經充分粉碎而逸出。輥寬大，兩端的壓力衰減和漏料量對處理效果的不利影響較小。（2）輥寬大，單位壓力增大。輥寬大，相對地意味著輥徑小。這樣在相同粉碎力作用下，較小的輥徑對物料產生的單位壓力較高，更有利于物料的粉碎。（3）輥寬大，對料層厚度的均勻性有不良影響。（4）輥寬大，輥面壓

26、力分布不易均勻。大顆粒物料容易打滑，導致磨損嚴重，運轉不平穩，噪音也會增大。（5）輥寬大，輥面的彈性變形大。輥壓機是一種高壓粉碎設備，壓輥受力相當大，可達到300噸以上。輥寬大，雖然所受的粉碎力較小，但由于運轉時彎曲變形大，將引起壓力分布不均，粉碎效果較低，加速輥面磨損，縮短其使用壽命。因為料層愈均勻，料層粉碎的效果就愈顯著。綜上所述，輥子的幾何參數直接關系著機器的性能和運轉率，此外對制造的難易和機重的大小都有密切關系，在設計時應結合實際情況，綜合考慮、慎重確定。經過一些廠家的實際選用經驗，的取值范圍在0.1791.2之間為宜，結合實際情況及性能的綜合分析，現取=0.458，故B=550mm。

27、4. 輥壓力一定的輥壓力是輥壓機實現料層粉碎的必要條件之一。輥壓力太小，不能充分發揮料層粉碎的優勢，影響粉碎效率，甚至會破壞料層粉碎的機理，不能形成料層粉碎的條件，這樣就與傳統的破碎機無異。但是輥壓力又不能太大，因為這樣會無謂地浪費能量，加劇輥面的磨損，加上軸承的負荷，縮短其壽命，影響輥壓機的正常運轉。由于國外幾家生產廠家在水泥行業的高壓輥磨機的輥壓力值一般在150180MPa之間，因此可以確定粉碎金屬礦石時的輥壓力在150180MPa之間。平均單位壓力F的確定：F=PBH （2.13）其中輥壓力P=200MPa；有效輥寬B=550；H為破碎作用線長度。因為物料的尺寸及料餅厚度相對于輥徑來說很

28、小，所以忽略不計，得出破碎作用線長度的公式：H= （2.14）式中：為工作壓力角，根據實測和經驗得知，工作壓力角一般為，即：當=時，H=52.3mm當=時，H=83.5mm故：當=時，F=5753kN當=時，F=9185kN根據實際設計情況等條件，粗取F=9000kN。2.3.2 動力參數的選擇1. 電動機選擇應考慮的問題（1）根據機械的負荷性質和生產工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調速等要求，選擇電動機的類型。（2）根據負荷轉矩、轉速變化范圍和啟動頻繁程度的要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉矩，選擇電動機的容量，并確定冷卻通風方式，所選電動機容量應留有余量，負荷率一般取0.80.9

29、.過大的備用容量會使電動機的效率降低，對于感應電動機，其功率因數將變低、并使按電動機最大轉矩校驗強度的機械造價提高。（3）根據使用場所的環境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、腐蝕、和易燃易爆氣體等，考慮必要的保護方式，選擇電動機的結構。同時，根據企業的電網電壓標準和對功率因數的要求，確定電動機的電壓等級和類型。（4）根據生產機械的最高轉速和對電力傳動調速系統的過渡過程性能的要求，以及機械減速機構的復雜程度，選擇電動機的額定轉速。此外，選擇電動機還必須負荷節能要求，考慮運行可靠性、設備的供貨情況、備用備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產品價格、建設費用及考慮生產過程中前后電動機容量變壞等因素。2.

30、 電動機的轉速選擇電動機額定轉速是根據生產機械的要求而選定的。在確定電動機額定轉速時，必須考慮減速裝置的傳動比，兩者相互配合，經過技術、經濟全面比較才能確定。通常，電動機的轉速不低于500r/min，因為當功率一定時，電動機的轉速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，而且效率也較低。如選用高轉速電動機，勢必加大機械減速裝置的傳動比，致使機械傳動部分復雜起來。介于本設備輥速比較小的實際情況，有減速器來減速，所以電動機按一般常用的型號來選取，在9601500之間。3. 電機功率的確定兩輥所需的功率為： N=M（2.15）式中：M連個輥子的轉矩，M= kN；物料受壓區合力作用角，一般取；壓輥的角速度，。公式

31、（16）經整理得，（2.16）當=時，N=290001.1346kW當=時，N=290001.11037kW為了設計和計算的需要，粗取N值為630kW，由于系統是用兩套電動機來帶動，為了設計和選擇的方便，所以電動機功率取為315kW。4. 電動機的選擇Y 系列（IP23）電機特點及用途：該系列為一般用途防護式籠型電動機。符合國標防護等級要求。能防止手指接觸及機殼內帶電體或轉動部分；防止直徑大于12mm的小固體異物進入，并防止沿垂直線成60度角或小于60度角的淋水對電機的影響。該系列電動機具有效率高、起動性能好、噪音低、體積小、重量輕等優點。取Y系列（IP44）三相異步電動機：該系列電動機為封閉

32、自扇冷式鼠籠型三相異步電動機，效率高、噪音低、振動小，運行安全可靠。能防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電機內部；具有與Y系列（IP23）相同的用途外，還能適用于灰塵多、水土飛濺的場所，如球磨機、碾米機、磨粉機、脫谷機及其他農業機械、食品機械、礦山機械等。其防護等級為IP44。使用條件及工作方式：1）海拔不超過1000m；2）環境溫度不高于+40 ；3）額定高壓380V允許偏差5；4）額定頻率50Hz；允許頻率偏差 1%；5）3kW及以下為Y接法，4kW及以上為 接法；6）絕緣等級:B級；7）工作方式:連接(SI)；8）安裝型式分為:B3，機座帶底腳，端蓋上無凸緣；B5，機座不帶底腳，端蓋上有凸緣；

33、B35，機座帶底腳，端蓋上有凸緣。本次設計取的是Y系列IP44三相異步電動機型號是Y4003-6，額定功率為315kW，轉速為985r/min，額定電壓為6000V。故采用的安裝型式為B3。2.3.3 運動參數的設計計算1. 輥子的線速度的確定輥子的圓周線速度v是輥壓機的一個重要操作參數。它與產量、功率消耗以及運行的平穩性有著密切的關系，對輥面的磨損也有重大的影響，必須慎重確定。輥速太高，產量相對降低，功率卻以線性增大，使輥面磨損嚴重，產生顆粒等級變化較小，故在滿足條件下，應盡量采用較低的輥速。理論和實踐證明，輥速宜在1.0m/s1.5m/s之間選定。在此，取=1.25m/s。2. 輥子轉速的

34、確定輥子線速度：（2.17）整理得輥子轉速：（2.18）故 19.9r/min3. 減速器減速級數的確定已知電動機轉速=985r/mim，輥子轉速=19.9r/mim。故減速器減速級數：492.3.4 生產能力的估算（2.19）式中：輥轉速（r/min）；D壓輥外徑（m）；B壓輥寬度（m）；P物料堆積密度（T/m）約3.5T/m；S壓輥工作時的實際間隙（m）。一般情況下通過改變壓輥轉速或初始間隙或調整料斗料口大小，即可改變設備單位小時處理礦石的產量，過分增大壓輥初始間隙或降低輥壓力對輥磨效果不利。2.4 設備的主要技術參數（1）壓輥直徑 D=1200mm（2）壓輥寬度 B=550mm（3）壓輥

35、線速度 v=1.25m/s（4）壓輥轉速 n=19.9r/min（5）壓輥工作間隙 S=050mm（6）驅動電機功率 P=315kW（7）生產能力（鐵礦石） Q=120150t/h （8）液壓系統壓力 P=1020MPa（9）壓輥額定最大推力 F=5000kN（10）入料粒度 X=055mm 3 總體方案的設計3.1 傳動方案的設計通過液壓系統給兩個連續轉動的壓輥（均為電機獨立驅動，其中一個為定輥，一個為動輥）施加載荷。通過液壓缸和液壓缸同步驅動機構，以及兩級蓄能保壓系統，確保壓輥對物料的連續恒壓施載。經過第二章的參數計算，可以初步確定電機、減速器、輥軸之間采用聯軸器聯接。3.2 擠壓方案的設

36、計采用轉速相同，方向相反的一個動輥和一個靜輥作為執行件。其中動輥通過四個液壓缸的液壓系統來推動，使動靜輥之間產生壓力，擠壓粉碎區域的物料，以實現物料的破碎。3.3 壓輥支承方案的設計壓輥支承采用內圈帶錐度的調心滾子軸承來支承。允許壓輥軸相對軸承座孔中心左右偏擺13，以適應壓輥在較大的經向壓力作用下非均勻受力工況。3.4 動、靜輥組件定位方案的設計動靜壓輥組件主要包括壓輥軸、軸承座、軸承和軸承密封、溫度監測及其潤滑裝置。動輥組件與液壓缸連接。在液壓缸推力作用下，可沿導軌作往復位移。 定輥組件與后支承座采用固定連接方式；同時，在接觸面墊有一橡膠耐磨版，以吸收和減緩作用在定輥上的輥磨沖擊力。允許壓輥

37、軸相對軸承座孔中心左右偏擺13，以適應壓輥在較大的徑向壓力作用下非均勻受力工況。3.5 設備的總體框架總體框架由底座組件、上橫梁組件和前后支撐組件組成。其結構如圖3.1所示。各部分組件均為焊接結構，并需經過消除內應力處理。底座組件和上橫梁組件均有兩條平行導軌，由復合聚四氟乙烯耐磨版與底座體通過螺紋連接組成；同時，底座和上橫梁中都設有擋鐵裝置來限制動靜輥沿導軌方向的移動。圖3.1 總體框架圖3.6 軸承類型的選擇及潤滑方式由于要求的生產能力為150t/h，液壓推力達到5000kN。因此，選用承受較大徑向載荷的調心滾子軸承，同時還可以起到一定的緩沖作用。潤滑方式采用干油潤滑，每個軸承座設置兩個注油

38、點。一般在設備每次啟動時，通過多點甘油潤滑泵自動向軸承內注入一定量的潤滑脂。在此，選用型號為75號的潤滑脂。3.7 液壓推力系統高壓輥磨機所需要的強大壓力是由液壓系統提供的。在動輥軸承座的兩端各設兩個上下比鄰的液壓缸，以產生所需要的靜壓推力。推力的大小可根據粉碎物料的特性和實際工況及調節液壓系統的壓力來確定。液壓缸的油壓由液壓站上的液壓泵供給，液壓泵為間歇式工作方式。雖然由一個液壓站供油，但分兩個系統驅動。這樣，當喂料的物理性能不均勻而使動輥發生偏移時，它能使其盡快恢復到與固定輥保持平行的狀態。為保持液壓穩定和高壓輥磨機的安全運轉，在每個驅動系統中均設置兩個充氮蓄能器，以增加系統的靈活性，更好

39、的滿足操作條件的需要。3.8 設備的密封及防塵裝置的設計高壓輥磨機的工作對象是塊狀鐵礦石，這就要求應將物料準確的送至對輥工作表面，并將其局限在工作表面范圍內而不能外溢，從而實現有效的破碎，此結構是由料斗機構和側擋板機構來實現的，如圖3.2所示。圖3.2 料斗及防塵裝置由圖可以看出，當物料順料斗下來后可有效的控制在圖中所示的范圍內，并在主軸圖示方向的轉動及側擋板機構的作用下，實現物料在工作范圍內的有效破碎。由于本設備在工作條件下會產生很大的灰塵，對工人的健康及設備本身，如液壓系統及滑動導軌的保養等造成很大的損害，故在設計中必須考慮到防塵的裝置，但它不是絕對的，由于微粒灰塵無孔不入，所以本設計中所

40、指的防塵，只能是防止顆粒狀態灰塵的外延，使其控制在空間工作內，它包括動靜輥的整體封閉及對靜動輥軸的封閉采用。對于動靜輥的整體封閉采用薄鋼板作為防塵罩，做成一個適當形狀的整體殼罩在上面即可。同時要便于灰塵進一步到出料口，以防止灰塵淤積。對于封料板應用燕尾槽形的擋板。因為擋板磨損劇烈，需要經常更換。同時當料板比較重，導致拆卸安裝比較的困難，需要用吊車。因此上面要有吊環，采用燕尾槽形式擋板，能使板受力均勻，密封性更好，消除了導向性，定位等有關問題。3.9 設備的總體布局設計（1）采用兩套傳動機構，由于電動機、減速器、動靜輥之間采用聯軸器聯接，故在實際場地允許的條件下，三者均采用同側布置，亦被稱為臥式

41、結構（如圖3.3所示）；圖3.3 臥式結構布局圖（2）由于采用大功率電動機，減速器降速比較大，才用分離式布局電機減速器支承由另外的支承結構來支承；（3）兩對液壓缸布置在動輥軸承座左側，其支承由筋板來實現；（4）動靜輥之間有壓力存在時機器整體在內部的剪切力由橫梁與軸承座和支承座之間的剪切銷來承受。4 動輥組件的設計與計算4.1 動輥軸的設計與計算軸是組成機械的一個重要零件。它支承著其他轉動件回轉并傳遞轉矩，同時它又通過軸承和機架聯結。所有軸上零件都圍繞軸心線做回轉運動，形成了一個以軸為基準的組合體軸系部件。所以，在軸的設計中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零、部件的整個結構密切聯系起來。軸設計的

42、特點是：在軸系零、部件的具體結構未確定之前，軸上力的作用點和支點間的跨距無法精確確定，故彎矩大小和分布情況不能求出。因此，在軸的設計中，必須把軸的強度計算和軸系零、部件結構設計交錯進行，邊畫圖、邊計算、邊修改。通常，軸的設計程序是：1、根據機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配；2、選擇軸的合適材料；3、初步估算軸的直徑；4、進行軸系零、部件的結構設計；5、進行強度計算；6、進行剛度計算；7、校驗鍵的聯接強度；8、驗算軸承；9、根據計算結構修改設計；10、繪制軸的零件工作圖；4.1.1 動輥軸的材料選用在機械工程領域所應用的材料，按用途的不同，可分為結構材料和功能材料兩大類。結構材料

43、通常是指工程上要求強度、韌性、塑料、硬度、耐磨性等機械性能的材料。功能材料是指具有電、光、聲、熱、磁等功能和效用的材料。按材料結合鍵的特點及性質，一般可分為金屬材料、無機非金屬材料和有機材料三大類其中金屬材料是機械工程中最常用的材料，可分為黑色金屬材料和有色金屬材料。黑色金屬材料是鐵基金屬合金，包括碳鋼、鑄鐵及各種合金鋼。其余的金屬材料都屬于有色金屬材料。合金結構鋼是在碳素結構鋼的基礎上加入適量的一種或幾種合金元素而形成的，它比碳素結構鋼的綜合性能要好，是合金鋼中用量最大的一類鋼，它廣泛地用于制造各種重要的機器零件和各類工程結構。當零件的形狀復雜、截面尺寸較大、機械性能較高、滲透性較好時，采用

44、碳素結構鋼常常難于滿足要求，而合金結構鋼由于合金元素的作用，能夠明顯地提高強度、韌性和耐磨性，并具有良好的淬透性。對于大型零件，由于合金結構鋼淬透性較高，能夠在零件整個大截面上淬透而得到均勻一致的良好的綜合機械性能，既有高強度又有足夠的韌性。因此，強度、韌性要求均高的重要零件或截面尺寸較大、形狀復雜的零件采用合金結構鋼制造比較理想。合金結構鋼通常需熱處理，以獲得良好的綜合機械性能，按其含碳量和熱處理工藝的不同，可將合金鋼分為合金調質與滲碳鋼兩類。合金調質鋼含碳量在0.250.5%范圍內，一般采用淬火和高溫回火的調質處理，可以得到高強度和足夠的韌性，為進一步提高零件表面的耐磨性，對某些中碳合金調

45、質鋼可在調質后再進行氮化處理。合金調質鋼的淬透性直接影響調質處理后的綜合機械性能，因此，選材時應當考慮其臨界淬透性直徑與工件的截面尺寸的協調。合金調質鋼多用與制造高強度、高韌性、綜合機械性能優良的重要機器零件，如齒輪、各種軸（發動機曲軸、機床主軸）及高強度連接螺栓。35CrMo特性高溫下具有高的持久強度和蠕變強度，低溫韌性較好，工作溫度高溫可達500，低溫可至-110，并具有高的靜強度、沖擊韌性及較高的疲勞強度，淬透性良好，無過熱傾向，淬火變形小，冷變形時塑性尚可，切削性能中等，但有第一類回火脆性，焊接性不好，如果需焊接用時，焊前預熱至150400，焊后需消除應力處理。一般在調質處理后使用，也

46、可以在高中頻表面淬火或淬火加低中溫回火后使用。42CrMo特性和35CrMo性能相近，由于碳和鉻的含量增高，因此其強度和淬透性均優于35CrMo，調質后有較高的疲勞強度和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性好，且無明顯的回火脆性，一般在調質后使用。一般用于制造比35CrMo強度更高、端面尺寸較大的重要零件，如軸、齒輪、連桿、變速箱齒輪、增壓器齒輪、發動機汽缸、彈簧、彈簧夾、12002000mm石油鉆桿接頭、打撈工具以及代替含鎳較高的調質鋼使用。在此，選用42CrMo，調質處理，作為輥軸的材料。4.1.2 初估動輥軸軸徑根據公式： mm (4.1)其中：P軸傳遞的功率 kW n軸的轉速 r/min d所

47、要計算的軸徑 mm A與軸的材料及相應的許用扭剪應力有關的設計系數，由表6-1-3查得A取100=290.36kW得，=243.95mm根據結構要求及實際工況，取最小軸徑d=300mm。按理論上說，最小軸徑越大，越能保證其強度要求，從而加大軸的安全系數。但軸徑過大，會造成材料浪費、設備尺寸加大、設備成本增加，故滿足軸本身的強度、其它軸系零部件的要求及實際工況等綜合考慮的前提下，來確定最小軸徑。4.1.3 動輥軸的結構分析與設計軸的結構決定于受載情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類型和尺寸、軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運輸等條件。軸的結構應是盡量減小應力集中，受力合理，有良好的工藝性，并

48、使軸上零件定位可靠，裝拆方便。對軸的結構決定于受載情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類型與要求剛度大的軸，還應在結構上考慮減小軸的變形。由于影響軸的結構因素較多，故軸不可能有標準的結構形式，必須根據具體情況分析比較，確定方案。軸的破壞多數屬于疲勞破壞。在軸的截面變化處(如軸肩、鍵槽、環槽等)，會產生應力集中，軸的疲勞破壞往往在此產生。因此在軸的結構設計中，應力求降低應力集中。由于軸的表面應力最大，提高軸的表面質量也是提高軸的疲勞強度的有力措施。在結構上為了保證軸的疲勞強度，在軸肩處的過渡圓角半徑不應過小。提高軸的表面質量包括降低軸的表面粗糙度，對軸表面進行處理，如熱處理、機械處理和化學處理

49、等，都能達到提高軸的疲勞強度的目的。在前面的總體設計計算里，已確定輥徑為1200mm。為防止礦石顆粒的外溢，應設有擋料裝置；考慮到工作環境，應設有防塵裝置；由于軸承的負荷很大，兩個壓輥的平行度難以保證，以及定位等要求，故采用內圈錐度為1：12的調心滾子軸承，以適應壓輥在使用中產生的歪斜；另外輥軸需要緊固件及密封件等，其結構形狀要適合這些元件的結構要求，設計成階梯軸，即軸徑尺寸從中間向兩端逐漸減小。壓輥軸的結構圖如圖4.1所示。圖4.1 壓輥軸的結構圖4.1.4 軸承的選擇與校核1. 軸承的選擇前面已確定選用調心滾子軸承，根據軸的結構，確定軸承的具體型號為23280CAF3/W33調心滾子軸承。

50、它的主要特點是承載能力里大，額定動載荷比2.3-5.2；主要承受徑向載荷，也能承受任一方向的軸向載荷，適于在重載和振動載荷下工作，不能承受純軸向載荷；軸的外殼的軸向位移限制在軸向游隙范圍內；調心性好，能補償同軸度誤差；極限轉速低，內空錐度1：12。在普通車床的主軸頭部軸承亦采用這種軸承來保證主軸的各項精度要求，可見選用此類軸承的合理性。23280CAF3/W33的主要參數:dDB=400mm720mm256mm，基本額定靜載荷=11300kN，基本額定動載荷=6150kN，e=0.33，錐度1:12，=2.1，=3.1，=3.0。徑向當量動載荷：當Fa/Fre時，Pr=Fr+Fa （4.2）當

51、Fa/Fre時，Pr=0.67Fr+Fa （4.3）2. 軸承壽命驗算 （4.4）式中：用小時表示的軸承基本額定壽命壽命指數（滾子軸承=10/3）n軸承內外圈的相對轉速r/minP當量動負荷 kNC基本額定動負荷 kN根據輥壓設備的實際工作情況，軸承主要受液壓系統的推力作用，故可以粗略的按下面的方法取用。徑向載荷：Fr=F/2=2500kN軸向載荷：Fa=1/12Fr=208.33kN由于Fa/Fr=1/121年所以所選軸承合格。4.1.5 動輥軸的校核按此設備的結構設計安排，壓輥外側應與軸承座內側留有足夠的空間，用以完成防塵裝置、端蓋等的安裝。根據實際設計要求及液壓缸外徑的限制，設計壓輥外側

52、與軸承座內側的距離A=240mm，軸承座寬度為350，由于軸承受力點一般選在軸承中間，故取C=175mm。則此軸所受彎矩的力臂長： L=B/2+A+C=550/2+240+175=690mm所受的扭矩：T=9550=9550=138647Nm考慮到整個設備的實際工況等條件，動輥軸的變形主要是由液壓推力的作用產生的。故動輥軸的受力圖、彎矩、扭矩圖如圖4.2所示。圖4.2 動輥軸的受力圖、彎矩、扭矩圖若按許用彎曲應力計算，則由于輥軸工作處軸徑=710mm，軸徑很大，而在輥軸兩側，軸徑較小，所以計算時應選輥軸邊緣計算。軸所受的彎矩為：水平方向：=1725Nm垂直方向：=合成彎矩：=2440Nm按彎扭

53、合成應力校核軸的強度：進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。由于輥軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環變應力，取=0.6軸的計算應力：=30.8MPa前面已選定軸的材料為42CrMo，調質處理，查表得，=240MPa。因此，故安全。4.2 減速器的選擇與校核4.2.1 減速器的介紹減速器是原動機和工作機之間的獨立的封閉傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要。在某些場合也用來增速，成為增速器。 減速器種類很多，按照傳動形式可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們他們互相組合起來的減速器；按照傳動級數可分為圓柱齒輪減速器和圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器；按照

54、傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。在此選用的型系列減速器主要用于水泥工業輥壓機主傳動減速裝置上。該系列減速機在多粉塵環境中能承受連續強沖擊、強振動的重載負荷，同時由于受輥壓機結構限制，減速機必須做到體積小、重量輕。在此采用的行星傳動使傳動功率分流，經優化設計，在行星傳動核心技術均載上取得突破，較好的解決了上述問題。該系列減速器齒輪采用高強度優質合金鋼材料淬硬、精制而成。其性能特點如下：連續運轉、高承載能力、抗沖擊、抗震動；可正、反兩向運轉；傳動效率：0.94-0.96；輸入軸轉速1500r/min；環境溫度-10+40，低于0時，啟動前潤滑油應預熱；特別適用于嚴重沖擊，多粉塵及連續運轉的情況；正常使用壽命：不低于50000小時；減速器輸出軸與工作機軸采用伸縮套聯結（無鍵可拆卸聯接方式），懸掛安裝。通過扭力支承桿保持平衡。裝配、調整、方便快速、簡單。4.2.2 減速器的選擇此次設計選用的是XGF38A49行星齒輪減速器，公稱傳動比i=49。4.2.3 減速器的校核減速器選擇需要兩個條件：（1）強度條件選擇減速器時必須首先滿足傳動比的要求，然后按計算功率選擇型號規格。由公式：=P =式中 P傳遞的輸入功率kW，P=0.99315kW=311.85kW工況系數，見表