对辊式压球机的设计.docx

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对辊式压球机的设计

毕业设计说明书

对辊式压球机的设计

摘要

辊压机是一种脆性物料的粉磨设备、适用于粉磨水泥熟料、粒状高炉矿渣、水泥原料（石灰砂岩、页岩）、石膏、石英砂、铁矿石等。

辊压机是根据料床粉磨的原理设计的，两个辊子作慢速的相对运动，一个辊子固定，另一个辊子可以沿水平方向滑动。

物料由辊压机上部连续地喂入并通过双辊间隙，给活动辊一定得作用力，物料受压而粉碎。

在辊压机上部，物料首先进行单颗粒破碎。

随着物料向下运动，物料颗粒间的间隙进入料床粉碎。

特点如下：

1、辊压机由两个速度相等、相对慢速转动的辊子组成。

一个辊子固定，另一个辊子可以沿水平方向移动，控制两辊子间的间隙。

2、靠液压系统作用在活动辊上，在两辊子间形成很高的压力，压力范围在50～300Mpa.

3、辊压机是根据料床粉碎的机理设计的。

料床粉碎的前提是双辊间要有一层密实的物料。

关键词：

辊压机；液压系统；成型

Abstract

Rollerpressisakindofpowderofbrittlenessmaterialtowhetanequipmentsandbeapplicabletopowdertowhetcementfamiliaranticipate,graintheformblastfurnacemineralresidue,cementbeoriginal

Anticipate（limesandstone,shale）,gypsum,silicasand,ironminestoneetc..TheGunpressesmachineisaccordingtoanticipatethebedpowderwhetoftheprincipledesignof,twoGunsonsmakeslowlysoonoppositesport,aGunsonfix,anotherGunsoncanfollowaleveldirectionglide.ThematerialispressedanonboarddepartmentbytheGuntoinsuccessionfeedandpassapairofGunclefts,mustgetfunctiondintforactivityGun,thematerialispressbutsmash.PressanonboarddepartmentintheGun,thematerialcarriesonsinglegrainfirstbrokenup.Exercisedownwardalongwiththematerial,materialgrainthecleftofgetsintoanticipateabedtosmash.Featuresareasfollows:

1.RollerPressbytwoequalspeed,relativelyslowrotationoftheroller.Arollerfixed,anotherrollercanmovealongthehorizontaldirectionandcontrolbetweenthetworollergap.

2.Onthehydraulicsystemintheroleofactivitiesontheroll,inbetweenthetworoll-forminghighpressure,pressurerangeinthe50~300Mpa.

3.Rollerpressisbasedontheexpectedcrushofbeddesign.Liubedtosmashthepremisethatatwin-rollbetweenthedenselayerofmaterial.

KeyWords：

RollerPress；Hydraulicsystem；Smash、

辊压机设计

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

能源与环境是当今世界的热门课题，它不仅影响本国人民的生存与发展，也将对人类赖以生存和发展的地球产生影响。

因此，中国在21世纪的能源发展既要保持需求、资源、财力等之间的平衡，也要保持能源生产、消费和生态之间的平衡。

随着全人类对环境保护的日趋重视。

在燃煤行业我国政府已明确提倡和推行型煤化，不论工业和民用，逐步取消燃烧原煤，已势在必行。

实现型煤化，第一要有先进、实用的机械设备；第二要有合理的燃煤添加剂配方。

燃煤实现型煤化，主要目的是解决燃煤的除烟、除味、助燃、防水等问题。

压球机技术先进，质量可靠，一机多用，压力强大，适合大、中、小型企业建立具有一定生产规模的生产线。

适用于工业造气、锅炉型、冷压型焦点、点火型煤、民用型煤、民用冶金、耐材、医药等材料的各种成型。

强力压球机经多年工业使用及改进，与其它同类产品相比较，强力压球机具有成球率高、消耗功率小，结构紧凑便于检修调试等明显优点。

我国一次能源以型煤压球机为主的格局在相当长的时期内难以改变，未来能源环境问题突出。

展望能源科技和产业化发展可能达到的水平，在相当长的时期内新能源和再生能源、水电和核电的发展与推广尚不足以影响煤炭的主导地位。

这种以煤为主的一次能源结构的主要制约因素是大气污染物排放量超过可接受的水平。

出路在于发展以煤炭高效、洁净利用为宗旨的洁净型煤压球机技术。

型煤压球机是以煤炭高效洁净利用为宗旨的洁净煤技术之一。

国内外在型煤压球机技术的研究、开发及应用方面取得了一定的进展。

1.2辊式压球机国内外研究现状和发展趋势

早在1877年，德国就在莱葸矿区建成第一个褐煤砖厂。

1979年东德生产褐煤砖4880万吨，西德617万吨，在黑水泵褐煤基地建立了l100万吨／年的型煤压球机厂。

德国除褐煤无粘结剂高压成型外，还采用三种热压成型工艺生产型焦，建有年产150万吨以上的热压型焦厂。

魁珀恩公司（KOPPERN）制造的对辊成型机（即型煤压球机），其生产能力达150t／h，是世界上单机生产能力最高的。

日本30年代从德国引进压球机技术，建成年产31．5万吨的型煤压球机厂，供铁路机车使用。

1971年机车型煤压球机用量占用煤总量的79％，型煤压球机厂有36座。

1975年铁路实现电气化后，型煤压球机技术转向冶金、化工和民用等方面，成立了型煤压球机研究室，保留21个型煤压球机厂，总能力为140万吨／年。

日本研制成功的点火蜂窝煤和煤球，只要一根火柴就能点燃，使用十分方便。

日本开发的辊压成型机（型煤压球机），成型压力可达2t／cm2～4t／cm2，生产的无烟燃料型煤压球机，含水量低，省去了干燥工序。

英国自“伦敦烟雾事件”后，研究开发了多种压球机工艺，制取无烟燃料供家庭炊事或取暖，成功地解决了煤烟污染。

英国还有型焦生产厂，年产能力达100万t，采用3种热压成型工艺生产型焦。

 美国采用FMC型焦工艺，用非炼焦煤制取冶金用焦，在怀俄明州建有研究基地和生产厂，研究了世界150个煤种，其中50个煤种已在中试厂生产出压球机产品。

美国还生产烧烤型煤压球机，以木炭和煤为主要原料压制成型，供旅游野炊用。

美国的烧烤用型煤压球机每年销量为74万～80万t，少量从澳大利亚进口。

法国1861年就建有压球机设备厂，1976年生产能力达400万t。

目前有6个型煤压球机厂，粘结剂采用烟煤沥青或石油沥青，型煤压球机经热处理后成为无烟燃料。

韩国拥有240家蜂窝煤厂，日产量达5万余吨，供取暖和炊事，1985年销售量为2300万吨，预测到2000年将发展到3300万吨，而市场需求量约4400万吨，仍有缺口。

国外型煤压球机早已有成熟的技术，联合国能源组织把型煤压球机视为节能减污的有效途径予以推广。

70年代石油危机后，型煤压球机科研工作进一步得到重视，1969～1980年型煤压球机发明专利每年为13项，1980～1983年增加到每年70多项。

1989年亚太经互会在菲律宾召开了主题为“型煤压球机开发与环境效益”的煤炭利用专家会议。

1992年联合国召开环境与发展大会提出，在以煤炭为主要能源的国家，发展型煤压球机是减少大气污染、促进经济发展的重要途径。

60年代，为解决小化肥焦炭和无烟块煤供应不足的问题，国内开发了多种型煤压球机工艺，生产的型煤压球机提供了全国化工业60％的原料。

目前，广泛采用石灰碳化煤球造气的化肥厂，全国约建有800套粉煤成型装置。

纸浆废液粘土煤球和棒状型煤压球机，已在氮肥厂及其他行业的煤气发生炉、工业窑炉推广应用。

70年代北京煤化所开发的腐植酸煤球已用于10余家小化肥厂；研究开发的优质化肥造气用型煤压球机，在韶山氨肥厂进行了造气工业性试验，所用粘结剂来源广、价廉、对煤种适应性强，且基本不增加灰分，型煤压球机质量好。

该种型煤压球机用于生产燃气的混合煤气发生炉也很理想，湖南涟邵和宁夏大武口正筹建年产5万t的生产线。

北京煤化所研制钙系复合粘结剂煤泥防水煤球，已成功地用于水煤气两段炉气化，为我国每年生产的几千万吨煤泥的有效利用开辟了新的途径。

吉林梅河口玻璃厂用褐煤煤球造气，气化指标优于褐煤块煤。

合肥煤气公司用工业废液加改性粘土做粘结剂，研制了气化型煤压球机，在阜新3．3m两段炉上，进行了低负荷试验，其质量有待进一步改进。

鞍山热能研究院曾对冷压成型热氧处理工艺进行研究，以焦油或焦油渣作粘结剂，在热氧化处理温度为160度～350度条件下生产气化型煤压球机。

工业型煤压球机的开发与应用远不及民用型煤压球机。

目前，工业型煤压球机的应用仅限于小氮肥厂的碳化煤球和小高炉型焦，生产规模亦不大；工业锅炉、机车、窑炉用型煤压球机在示范或商业性示范阶段，虽然在矿区和城市建了许多型煤厂，但生产成本高，难以维持正常生产。

工业型煤压球机年产量约2200万吨，其技术还有一些不足，特别是粘结剂的开发还很薄弱。

近年来由于成型技术（型煤压球机四辊双压成型技术）以及黏结剂技术的发展，给工业型煤压球机注入了新的活力。

1.3本课题相关理论综述

压球机是用于压制难以成型的粉状物料，其特点是成型压力大、主机转数可调、配有螺旋送料装置。

主要用于：

煤粉成型；干粉成型；脱硫石膏成型；焦粉成型；铁屑及各种金属矿粉粉成型等。

压球机主要有三部分构成：

1、给料部分，主要是实现定量给料来保证物料均匀进入对辊间。

螺旋送料装置由电磁调速电机驱动，经皮带轮、蜗杆减速器转动，将被压物料强制压入主进料口。

由于电磁调速电机恒矩特性，当螺旋送料机的压料量与主机所需物料量相等时，可以保持恒定的供料压力使球团质量稳定。

如供料量过大，则送料装置的电过载;供料量过小则不成球。

因此熟练的操作技术是保证压球正常工作的重要条件。

2、传动部分，主传动系统为：

电动机--三角形带---减速机---开式齿轮---轧辊。

主机由电磁调速电机提供动力，经皮带轮、圆柱齿轮减速机，通过棒销联轴器传至主动轴。

主动轴与被动轴通过开式齿轮保证同步运行。

被动轴承座后边装有液压装置。

液压保护装置是由液压泵将高压油打入液压缸，使活塞产生轴向位移。

活塞杆的前接头顶在轴承座上以满足生产压力要求。

3、成型部分，主要指主机部分，核心部分是轧辊。

当两压辊之间进料过多或进入金属块时，液压缸活塞杆受压过载，液压泵会停机、蓄能器对压力变化起缓冲作用、溢流阀开启回油、活塞杆移位使压辊间缝隙加大从而使硬物通过压辊，系统压恢复正常，可以保护压辊不损坏。

本机可以根据压球密度的要求调整压力，生产机动灵活。

1.4辊压机的应用及特点

辊压机对物料进行有效粉碎采用的是大能量一次性输入的单颗粒粉碎群体化，辊压机辊面“人字”堆焊纹棱护层“人字”纹棱与“人字”传动齿轮的齿形类似，具有轴向和环向两种纹棱的特点，其水平夹角一般为15~35°左右。

物料接触的受力较复杂，在斜面有一定的分力，对斜纹棱减弱了弯曲负荷，有充分发挥纹棱硬度和抗压强度的优势，对破碎物料有利。

在辊面积相同的情况下“人字”型纹棱较轴向纹棱接触物料更长，优点较多：

既减弱了纹棱垂直受力可能引起的剥落，又具有容易嵌料的优点；既有滑动缓和压力的作用，又减少了由于环向滑动而引起的加快磨损问题，辊压物料的使用寿命较长，因此国内外采用此种纹棱的厂家较多。

但是“人字”型纹棱堆焊工艺复杂要求技术较高。

由于“人字”型纹棱在正常生产时，纹棱有向内或外侧滑动（由运转方向引起）作用，使物料有向中部或两侧施压趋势，将引起辊的中部或侧板磨损较快，为缓解此问题发生，两辊纹棱采取同向安装逆向运转办法，减少两侧挡板的压力。

辊压机构造和工作原理：

辊压机的结构同常用的双辊破碎机很相似，它由两个速度相同，彼此平行而相对向内转动的辊子，通过四个重型滚动轴承安装在一个机架上，其中一个是固定辊，另一个是由油缸施加较大压力的活动辊，活动辊的轴承在机架上可以前后移动，机架由纵梁和横梁组成，它是由铸钢件通过螺栓连接而成的。

液压缸使活动辊以一定压力向固定辊靠近，如压力过大，则液压油排至蓄能器，使活动辊后移，起到保护机器的作用。

辊子之间的作用力由机架上的剪切销钉承受，使螺栓不受剪力。

固定辊的轴承座与底架端部之间有橡皮垫起缓冲作用，活动辊的轴承座底部衬有聚四氟乙烯。

为了保护辊子，在辊子的表面堆焊一层耐靡材料。

辊压机工作时，当活动辊被电动机带动转动时，松散的物料由上方喂入两辊的间隙中，并向下运动，到下面受到破碎和挤压，形成密实的料床，经150-200Mpa的高压处理后，物料颗粒内部都产生强大的应力，当应力达到颗粒的破碎应力时，这些颗粒就相继被粉碎，或粒径变小，或成粉状，或部分颗粒产生微小裂纹，增大了物料的易磨性，从辊压机卸出的物料成片状料饼，但强度很低，经打散机打散后的颗粒物料中，有70-80%〈2mm，有20-30%〈0。

05mm。

两辊之间的缝隙约为15-35mm。

物料从被辊面咬住时开始，受到辊子作用力逐渐增加，最大压力可达200Mpa，物料在两辊间是以一个料层或一个料床得到破碎压实，料床在高压下形成，压力导致一部分颗粒挤压其它邻近的颗粒，直至其主要部分破碎、断裂、产生裂缝或劈开。

所在双辊之间必须要有一层相适应的物料，否则就成为一台辊式破碎机了。

粉碎作用主要决定于料粒间的压力，而不是决定于间隙。

2总体方案设计

2.1国外辊压机设计

国际上辊压机的构造情况：

1）德国伯力鸠斯公司辊压机，如图2-22所示。

图2-22德国伯力鸠斯公司辊压机

1.喂料装置2.液压系统3.挤压辊装配

4.机架装配5.传动系统

2）德国洪堡公司辊压机，如图2-23～24所示。

图2-23德国洪堡公司辊压机（RP8.0以下）

1.传动系统2.机架装配3.挤压辊装配

图2-24德国洪堡公司辊压机（RP10.0以上）

1.传动系统2.扭力支撑3.液压系统4.机架装配

5.挤压辊装配6.辊罩7.喂料装置

3）德国魁珀恩公司辊压机，如图2-25所示。

图2-25德国魁珀恩公司辊压机

1.喂料装置2.机架装配3.挤压辊装配

4.液压系统5.传动系统

4）富勒公司辊压机，如图2-26所示。

图2-26富乐公司辊压机

5）法国FCB公司辊压机，如图2-27所示。

图2-27法国FCB公司辊压机

6）丹麦史密斯公司辊压机，如图2-28所示。

图2-28丹麦史密斯公司辊压机

7）日本三菱重工业公司辊压机，如图2-29所示。

图2-29日本三菱重工业公司辊压机

总之,辊压机的整体结构日益趋向于大型化，挤压辊直径愈来愈大（已达2.8m），宽径比的选择综合考虑了辊压机的稳定性，边界效应等因素。

大型辊压机的传动系统多采用双传动、单侧布置型式，以减小占地面积。

2.2辊压机的工作原理

辊压机是利用两磨辊对物料实施纯压力，被粉碎的物料受挤压形成密实的料床，颗粒内部产生强大的应力，使之产生裂纹而粉碎。

出辊压机后的物料形成了强度很低的料饼，经打散机打碎后，产品中的粒度在2mm以下的颗粒占80％～90％。

1、辊压机由两个速度相等、相对慢速转动的辊子组成。

一个辊子固定，另一个辊子可以沿水平方向移动，控制两辊子间的间隙。

2、靠液压系统作用在活动辊上，在两辊子间形成很高的压力，压力范围在50～300Mpa.

3、辊压机是根据料床粉碎的机理设计的。

料床粉碎的前提是双辊间要有一层密实的物料。

4、物料通过辊压机后：

粒度减小；颗粒裂

5、缝增加，易磨性改善。

工作示意图：

2.3经对比后的设计方案

辊压机的构造，从外形看起来十分类似于近代的新式双辊破碎机。

从构造组成上看，可以说是完全相同，都有两个工作辊，进料斗，机架，机壳，液压系统和传动装置等部分组成。

可是，如果深入到内部，则几乎没有一处相同。

辊压机的最大特点是高压工作，因此液压系统提供的压力高低悬殊。

辊压机液压系统的压力是双辊破碎机的5-30倍，所以带来结构上的许多差别，否则是不能满足设备的强度要求，因而其构造比双辊破碎机要复杂的多。

如下图示意：

3结构设计

3.1料斗设计

物料的喂入方式对稳定辊压机运行起着决定性的作用。

3.2辊子设计

（1）辊面

辊面主要包括两种：

光滑辊面和沟面辊面。

光滑辊面的特点：

a、光滑辊面制造、维修成本较低，辊面腐蚀易修复。

b、当喂料量不稳定时，会产生振动和冲击。

c、咬合角小，挤压后的料饼较薄，产量较低。

沟面辊面的特点：

沟面辊面克服光滑辊面的缺点，其结构形式通过堆焊来实现。

沟面辊面如图示：

辊面的稳定性和辊面保护要求是我们最应关注的问题，要保证高可靠性和高运转率，不仅要求有安全的设计，而且需有合适的工厂辅助环境，从长远角度出发，正确的操作是必要的，且应有防护措施阻止外界杂质进入辊间，以保护辊面。

辊压机的粉磨是在料床上进行的，换言之，在辊压机的辊面上应该总有足够量的物料。

整体式硬表面辊子多年来已被证明是成功的，并已广泛加以应用。

它是由母材、中间层和多层硬质材料组成。

根据特殊的要求硬表面可以有花纹，以改善咬合条件。

它的平均洛氏硬度应在57－60之间，以高的含碳量为特征。

当前的堆焊技术已不能满足进一步改善耐磨层抗磨损性能的需要。

可代替整体式堆焊辊面的是洪堡公司开发的柱钉式辊面。

它不再通过相应的材料来对抗磨损，而是直接在辊面形成一个保护层。

用两种类型的柱钉状耐磨层-堆焊柱钉辊面和嵌入式柱钉辊面。

形成堆焊柱钉辊面。

与自动防磨层相应的是制造柱钉的堆焊合金要比常用的硬辊面耐磨性能高。

柱钉的平均洛氏硬度达到65－67之间。

表明它们具有更高的抗磨损能力。

而且其维修费用较低，意味着辊压机的运行更为经济。

嵌入式柱钉辊面与堆焊柱钉辊面之间没有显著的差别。

迄今为止，这几种耐磨辊面均已投入使用。

柱钉状耐磨层的发展意味着矿石粉磨工艺的突破。

众所周知这种应用在水泥工业中是以倍比关系的磨损率为特征的。

用于辊压细小矿物时工作时间为20000小时，耐磨层的磨损率不超过8毫米。

工作时间为9000小时时，其磨损率只有3毫米。

这些数字证明了此概念的正确性。

在这次选用的是堆焊，堆焊是焊接工艺方法的一种特殊应用。

它的目的不是为了联接机件，而是借用焊接的手段改变金属材料厚度和表面的材质，即在零件上堆敷一层或几层所希望性能的材料。

这些材料可以是合金，也可以是金属陶瓷。

它们可以具有原机件不具有的性能，例如高的抗磨性、良好的耐蚀性或其他性能。

这就使本来用一般材料制作的零件，如普通碳钢零件，通过堆焊一层高合金，可使其性能得到明显改善或提高。

在修复零件的过程中，许多表面缺陷都可以通过堆焊消除。

（2）辊子设计

挤压辊的结构形式：

辊子有镶套式压辊和整体式压辊两种结构形式，如果物料较软，可以采用带楔形连接的镶套式压辊。

镶套式挤压辊

热装式挤压辊

整体锻造表层堆焊式挤压辊

近来的实践经验表明，除了辊面的因素外，工作条件对辊子的技术安全性起着决定性的作用。

不管分块式，涨套式的辊子类型如何，杂质和大块物料的进入或较高的喂入温度都会对辊子的安全造成危害。

除了经过实践考验的涨套式辊子技术外，还改进整体式辊子，使其能在较高喂料温度或温度波动大的情况下使用。

辊子的母体材料有了决定性的改进。

辊面技术的要求和轴应力能够最佳地相互匹配。

这种技术上已改进的整体式辊子已在实际中成功的得以应用。

分块式辊子技术的安全性受辊间单位应力和喂料喂入温度影响很大。

因此在决定是否使用分块式辊子前必须详细调查实际工作条件。

总之，最后得出的结论是分块式辊子只适用于完成低要求的粉磨任务。

满足这一条件的辊压机已经工作了9000小时。

涨套式辊子技术，包括轴和热压配合的涨套式辊子。

它以投资少，装配简便和优化的材料组合为特征。

更新辊面的工作可在辊压机内部或外部进行，并可采用任何形式的辊面。

涨套式辊子同样可以更换。

涨套式辊子技术的适用性受到物料喂入温度的制约。

辊子有镶套式压辊和整体式压辊两种结构形式，如果物料较软，可以采用带楔形连接的镶套式压辊。

为了分析方便，假设额定最大颗粒为球形，直径为

两辊间的最小间隙为

，辊径为D，这样就可以利用双辊破碎机的原理来确定辊径D、，图1.为了避免图形混乱，在图1中只会出左边辊子作用在物料球体上的各力。

物料球体于辊子的接触点为A，物料受径向力的作用

。

将沿垂直和水平方向分解为两个力，即：

向上分力：

水平分力：

由于两个压辊相向向内转动，于是残生一个摩擦力

，其方向与物料相对速度方向相反，向右下方作用。

将其也分解为一个向下的垂直力

和一个水平力

。

由三角关系得：

因为摩擦力等于摩擦系数与正压力之乘积即：

代入到（3）和（4）式中得：

可以看出，物料颗粒被代入辊间的条件为：

即：

因为，代入到（7）中整理后得：

即：

，

式中

为摩擦角，

为啮角，通常将

称为啮角。

这就是说，最大物料颗粒被压辊咬入的条件必须为

当取作为计算依据时，

由图1中直角三角形

可见有下列关系:

整理后得

式中

为理论挤压辊的外直径，即临界辊径，

为最大额定物料粒度直径，

为操作时的最小辊隙，即在两辊中心连线上的辊隙，也就是料饼的厚度。

由图1可见：

两辊中心距

（9）

由（9）式中

612

由已知可得DC=612则dmax=25.5

最小辊隙

的确定

最小辊隙

可按下式计算确定

mm

式中：

K——最小辊隙系数

D——辊压机的挤压滚外直径

恰当的最小辊隙在具体生产中才能确定

本次最小辊隙为：

8-15mm

（3）辊子轴承

自调心辊子轴承的反面经验和使用多排滚柱轴承后的正面结果均已被考虑并引入相应的辊压机设计中。

迄今为止所有的辊压机均已配置了多排滚柱轴承，辊压机内轴承的工作原理与众所周知的常用轴承的差异以及有关概念阐述如下：

动力学系统包括：

可移动辊子,轴承座,外部滑键,橡胶板,中间体,平油缸。

多排滚柱轴承承受径向力，通过圆柱滑键使轴承座沿机架外部导向运动。

在粉磨过程中所产生的轴向力通过双作用止推轴承从辊子经左侧轴承座和滑键传到机架上。

右侧轴承座同样通过机架上安装的滑键来导向。

温度波动所产生的辊长度的变化可以在轴承轴向移动中得到补偿，而不会产生反作用力。

与自调心滚柱轴承相反，如果发生偏移，整个轴承座将会自动调整位置，使轴承座和辊子中心线总保持相互垂直。

值得说明的是轴承座和辊子之间不会相对移动，而是结合成一体以适应位置偏移的变化。

轴承座的偏移可由橡胶板来吸收。

我们设计的