立式辊磨机的选型和结构设计毕业设计.doc
《立式辊磨机的选型和结构设计毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《立式辊磨机的选型和结构设计毕业设计.doc（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
立式辊磨机的选型和结构设计
摘要
立式辊磨机是利用料床粉碎原理进行粉磨物料的一种研磨机械。
本课题是为了适应现代水泥工业的发展需求，满足水泥生产线所需要的粉磨能力而对MPS磨的开发研究，使之与日产3000吨的水泥工艺相适应。
本次设计主要根据立式辊磨机的实际生产情况来确定设计的型号，进一步对立磨的主要结构进行设计和结构分析。
力求简单、方便、耐用，保证磨机具有较高的粉磨效率,而且要能随时根据物料的磨蚀性对粉磨条件进行适时合理的控制与调整。
在此基础上完成立磨主要结构零部件磨盘和磨辊等的设计以及主要受力部位的强度校核任务。
本次设计既要保证磨内料床的形成,使物料有效地烘干和粉磨,又要保证有效地进行粉磨后的物料分级且输送合格的成品或半成品。
使之满足水泥生产的要求。
关键词：
立式辊磨机，MPS磨，粉磨，强度校核
Selectionofrollermillandstructuraldesign
ABSTRACT
Verticalgrindingmillistheuseofbedisaprincipleofgrindingmaterials,grindingmachines.Itismainlyusedforcement,coalandelectricpowerindustries.Theissueistomeetthedevelopmentneedsofthemoderncementindustry，Cementproductionlinetomeettheneedsofthegrindingcapacityofgrindingonthere-developmentofMPS,Nissantomake3,000tonsofcementtechnologyfit.Thedesignofthemainverticalrollermillaccordingtotheactualproductiontodeterminethedesignofthemodel,andfurthergroundagainstthemajorstructuraldesignandstructuralanalysis.
Thisdesignisnotonlyensuretheformationofbedmaterialwithinthemill,sothattheeffectivedryingandgrindingofmaterials,butalsotoensureeffectivelythematerialsaftergrindingandclassificationoffinishedorsemi-qualifiedtransportation.Tomakeitcontenttherequirementsofcementproduction.Basedonthemainstructurecomponentfinishgrindingmillwasdesignedandgrindingofthemainstresspositionandintensity.
KEYWORDS:
Verticalmill,MPSmill,Grinding,Intensity
7
目 录
前 言 1
第1章立式辊磨机总体方案论证 2
1.1立式粉磨机简述 2
1.1.1立磨工作系统工艺流程 2
1.1.2立式磨机的结构及工作原理 3
1.2立式粉磨机的工作原理与特点 5
1.2.1立式粉磨机的工作原理 5
1.2.2立式粉磨机的特点 6
1.3设计方案的提出及分析 7
第2章MPS3150立式磨机的主要参数 8
2.1MPS3150磨机主要参数 8
2.1.1MPS3150技术规格 8
2.1.2钳角的确定 8
2.1.3磨辊直径与磨辊宽度的确定 9
2.1.4磨机的规格 10
2.1.5磨机的转速 11
2.1.6磨盘上料层最佳厚度设计 14
2.1.7磨辊的辊压 14
2.1.8磨机的功率 15
2.1.9磨机的产量 16
2.2MPS3150立式辊磨机身立柱 16
2.2.1立磨机身立柱受力分析 17
第3章轴承的选择 20
3.1轴承的计算及选择 20
3.1.1轴承选择 21
3.1.2轴承寿命的计算 21
3.2轴承的当量动载荷 22
3.3轴承的选择 23
3.4轴承的润滑和密封 24
3.4.1轴承的润滑 24
3.4.2轴承的密封 25
3.4.3轴承的公差等级 25
第4章MPS3150主要零部件的优化 26
4.1易损件的选材优化 26
4.1.1辊轴的选材和校核 26
4.1.2磨辊和磨盘材料的选择 27
4.1.3磨盘衬板材料的选择 29
4.1.4磨盘材料的选择 31
4.1.5液压缸、机身立柱材料的选择 31
4.2MPS3150立磨性能参数的核算 31
4.2.1立磨的转速、生产能力的核算 32
4.2.2衬板寿命的核算 33
4.2.3轴功率的计算 34
4.2.4入磨物料允许最大尺寸的核算 34
4.3主要部分参数核算 34
结 论 36
谢辞 37
参考文献 38
附 录 40
外文资料翻译 41
前 言
随着水泥生产技术的不断发展和水泥工业的日益大型化，立式辊磨机越来越广泛地用于水泥厂生产线。
新建现代化水泥生产线中，煤、生料的粉磨采用立式辊磨机者占90%以上，水泥熟料和矿渣粉磨采用立式辊磨机已成为工厂工艺过程重要装备。
本次设计是为了适应现代水泥工业的发展需求，满足水泥生产线所需要的粉磨能力而对MPS磨的开发研究，使之与日产3000吨的水泥工艺相适应。
此次的设计原则主要是关于稳定和提高MPS磨的生产效率方面。
本次设计的主要内容是设计MPS3150磨的磨盘、磨辊部分。
磨盘及磨辊是立式磨最重要的部件之一,合理的磨盘形状配以相适应的磨辊,对提高粉磨效率、减少研磨体消耗有着极为重要的作用.通过具体的分析,选择了一种具有三个辊的辊式磨,磨盘为碗式、磨辊为鼓辊、磨辊轴与水平面呈15°夹角，采用液压方式提供碾磨压力，由此来提高其研磨能力，并在此基础上做新的改进，这次设计的创新点在于使用的辊子数为三个，这样其结构比较合理，稳定性比较好，效率也提高了不少，在工艺系统布置上也做了科学的改进。
本课题在设计过程中，参考了大量的文献、科研成果及设计成果，在此对文献作者表示深深的谢意。
由于设计者水平有限，难免有不当之处，恳请指导老师批评指正。
第1章立式辊磨机总体方案论证
1.1立式粉磨机简述
1.1.1立磨工作系统工艺流程
图1-1典型原料粉磨系统工艺流程图
立式辊磨机新型干法水泥生产线的原料粉磨流程:
原料通过下料溜子落到磨盘中心后，随磨盘的旋转，由于离心力的作用使物料进入磨盘与磨辊之间进行研磨。
经磨盘高速旋转粉碎和碾磨后的物料，被甩到磨盘周边的粗渣下料口（即风环处），被磨盘外可调风环处高速上升的热气流带入磨机上部的选粉机中进行分选。
粗颗粒沿选粉机内壁返回磨盘与新进入的物料一起粉磨，其余的料粉随气流经选粉机分选，其中合格细料由出风口出磨。
被旋风除尘器收集即为生料成品;较粗的料粉落到磨盘上重新粉磨。
另一方面，没有被热风带起的铁渣、粒度较大的物料排出磨外后，经外循环系统（除铁器和鼓形分离器）除铁后，经下料溜槽进入排渣皮带，再经循环斗提，进人缓冲仓随物料再次进入磨内进行二次粉磨。
在多次循环中，通过颗粒与气体之间的传热使原料的水分蒸发。
因此，立磨立式粉磨机集物料粉磨、输送、选粉、烘干为一身。
1.1.2立式磨机的结构及工作原理
图1-2立式粉磨机的结构图
立式磨机主要由主电动机、主减速机、磨盘、磨辊、加压装置、壳体、选粉机等部分组成。
如图1-2所示。
主电动机为立式磨机的粉磨提供动力。
主减速机既要起到减速和传递功率、带动磨盘转动的作用，又要承受磨盘的重量及研磨压力。
磨盘固定在减速机的出轴上，磨盘上有环形槽，即为粉磨物料的碾压槽。
磨盘由盘座、衬板、挡料环等组成。
磨辊是对物料进行碾压粉磨的主要部件。
由辊套、辊心、轴、轴承及辊子支架组成。
该磨机内安装有四个工作磨辊，安装在同一平面上。
国内外现代立磨所采用的磨盘、磨辊搭配形状有以下几种:
平盘磨盘配圆锥磨辊、沟槽形磨盘配轮胎斜辊、蝶形平盘磨盘配圆柱磨辊、沟槽形磨盘配等。
磨盘、磨辊不同形状的配置各有其优缺点。
从国内用户使用情况看，认为碗式盘、鼓辊的物料流动阻力小，磨损均匀，磨损后可调整辊压以弥补对产量的影响等优点。
所以本次开发采用碗式磨盘配鼓式磨辊。
加压方式:
加压装置是提供碾压力的重要部件，它由高压油站、液压缸、蓄能器等组成，能向磨辊施加足够的压力使物料粉碎。
一般小型立磨采用弹簧加压，现代化大中型立磨均采用液力加压。
液力加压是通过油缸、蓄能器、液压装置实现的。
调整液压系统的压力大小可对辊磨压力进行调整。
蓄能器可以缓冲运行的冲击波动，并吸收过载压力。
液压缸通过摇臂将压力传递给磨辊。
在启动时，由液压换阀换向使磨辊抬起，脱离磨盘，该间隙可由安装在摇臂上的安全缓冲装置进行调节。
从而实现空载启动。
当操作过程出现断料时，也可自动抬辊。
选粉机是保证产品粒度的重要部件。
它由可调速的传动装置、转子、导风叶片、安装在壳体上的风叶片、粗粉落料漏斗、出风口等组成。
选粉机
选粉机是保证产品细度的重要部件，它由选粉机传动系统、转子、回转风叶片、粗粉落料锥斗、出风口以及安装在选粉机壳体圆周上的固定风叶片等组成，该选粉机集合了风叶转子笼式选粉机和静态导风叶片的特点，等于是二级分选。
固定风叶在外进行粗选;然后再进入内部回转风叶细选。
转子为圆柱形笼子，四周均布了风叶，使气流上下均匀地进入选粉区，这种选粉机分离清晰，选粉效率高，但是阻力增加，导风叶及导风叶的磨损也较大。
1.2立式粉磨机的工作原理与特点
1.2.1立式粉磨机的工作原理
立磨是根据料床粉磨原理，通过相对运动的磨辊、磨盘碾磨装置来粉磨物料的机械。
所谓料床粉磨是将被粉磨的物料颗粒聚合在一起，形成颗粒床（多层颗粒），各个颗粒均被邻近颗粒所限。
外力施加于颗粒层，直接接触颗粒的数量很少，应力的传递主要是靠颗粒本身，颗粒相互作用产生裂纹、断裂、劈裂而被碎磨。
单颗粒粉碎的主要功耗是粉碎能，而料床粉碎除了粉碎能，主要还是料床压缩和流动的能量。
物料经过多道锁风阀门、下料溜子进入磨内堆积在磨盘中间，由于磨盘套装在立式减速器上，在主电机的驱动下，磨盘旋转并通过物料带动磨辊转动，物料受离心力的作用下向磨盘边缘移动，并被啮入磨辊底部而被粉碎，磨辊由液压系统进行增、减压以满足粉磨的需要，由于磨盘的转速较高，物料不仅在辊下被压碎，而且被推向外缘，越过挡料圈落入风环，由于风环处通入了大量的热风（风温约250℃左右），这些热风形成高速气流，并把下落的物料带起，大颗粒被折回落到磨盘，小颗粒被气流带入选粉机内，选粉机的壳内安装有多排风叶片，转子在电机的带动下进行旋转，从而对物料进行分选，粗粉从锥斗落到磨盘内进行再粉磨，合格的成品随气流带出机外被收集作为产品，特别难磨的料块及意外进入磨盘的金属件将穿过风环孔下落，并通过刮板和出渣口排出磨盘之外，并经过分选后由提升装置提升回到喂料口进行重新喂料。
物料在与热气流的接触过程中被
烘干，达到所要求的产品水份。
1.2.2立式粉磨机的特点
随着立磨技术的逐步发展与完善，取代球磨机的趋势有增无减，立磨与球磨机相比，具有以下特点:
粉磨效率高。
立磨采用料床粉磨的原理粉磨物料，能耗低，粉磨系统的电耗比球磨机低20%-35%，而且随原料水分的增加，节能效果更显著。
烘干能力大。
一方面可以利用窑尾废气作为烘干兼粉磨热源的要求，另一方面可以通过风机鼓入大量的热风。
立磨采用气体输送物料，在粉磨水分较大的物料时可控制进风温度，使产品达到要求的最终水分。
在立磨内可烘干水分达12-20%的物料，可以不建原料烘干系统。
入磨物料粒度大，可达磨辊直径的4-5%左右，一般为40-100毫米，所以，大中型立磨可以省掉二级破碎。
产品的化学成分稳定、颗粒级配均齐。
物料在立磨内停留的时间仅2-3分钟，而球磨机则需要15-20分钟。
所以产品的化学成分可以很快测定、校正，产品化学成分波动很小，有利于均化。
此外，立磨内的合格产品能及时分离出来，避免了过粉磨现象，产品细度可通过调节选粉机转子转速得到改变，使产品粒度均齐。
工艺流程简单、建筑面积小、占用空间小。
立磨内有选粉机，出磨含尘气体可直接进入袋式收尘器或电收尘器收集产品，故工艺简单，布局紧凑，建筑面积约为球磨机的70%。
建筑空间约为球磨机系统的50-60%。
噪音低、扬尘少、操作环境清洁。
立磨在工作中磨辊和磨盘不直接接触，没有球磨机中钢球相互碰撞、钢球撞击衬板的金属撞击声，因此噪音小，比球磨机低20-25分贝。
另外，立磨采用整体密封，系统在负压下操作，扬尘少，环境清洁。
磨损小、利用率高。
由于立磨运行中没有金属直接接触，磨损小，单位产品磨耗一般为5-10克/吨。
粉磨水泥原料，辊套和衬板寿命在8000小时以上，运转率可达95%。
漏风少，立式磨机的整体密封性好，其漏风比球磨少，有利于利用低温废气。
1.3设计方案的提出及分析
立磨是立式辊磨机的简称。
第一台立磨是上个世纪二十年代在德国研制出来的。
第一台用于水泥工业的立磨于1935年在西德出现，立磨在欧洲的水泥厂使用多年以后，才在美国和加拿大得到采用，欧洲和美、加之所以乐于发展和应用立磨，是由于当时欧洲各国的燃料和和电力费用比较高。
美国也是因为后来能耗费用上升，才促使其对立磨增加兴趣。
美国第一台立磨是在1973年末投入运转。
后来，日本、埃及、黑西哥、新西兰、阿根廷、刚果等国也采用了立磨。
现在主要的立磨有德国的LM（莱歇）磨、MPS磨，丹麦的ATOX磨，日本的CK磨，国内的有合肥的HRM磨等。
本课题此次选用MPS磨进行设计和优化。
MPS磨是鼓辊碗式磨,即磨盘是碗式的，磨辊是鼓辊轮胎形的。
MPS型磨机特点如下：
磨机设有保护装置，当压力超过或低于调定范围极限值时，会自动报警并自行停磨，确保磨机安全运行。
磨机液压系统具备自动控制和手动控制两种功能，可提高操作上的灵活性、可靠性。
各磨辊有独立的液压加压装置，每个液压缸都配置了足够的蓄能器，保证磨机运转中辊压波动最小，使磨机运转平稳。
液压站供油系统及其压力控制均为自动的，使磨机运转平稳。
分离器采用直流电动机驱动，改变其转速即可满足不同条件下对产品细度的要求，细度调节灵活方便。
风环设计成可以调节的，改变风环截面积可以调节风环风速，以适应不同物料细度的要求。
设有液压翻辊装置，检修时磨辊能翻转至磨外，节约检修时间，减轻劳动强度。
磨辊辊套与轮毂之间以及辊轴与摇臂之间分别采用锥面结构和胀套结构连接，拆装方便。
所以此次设计采用MPS磨。
第2章MPS3150立式磨机的主要参数
2.1MPS3150磨机主要参数
2.1.1MPS3150技术规格
1）立磨规格:
3150mm；
2）磨盘直径:
3150mm；
3）磨辊直径:
2300mm；
4）磨辊宽度:
751mm；
5）磨辊数量:
3个；
6）磨盘转速:
25r/min；
7）最大入磨物料尺寸：
100mm;
8）产量:
150t/h；
9）加压液压缸:
活塞直径450mm，活塞杆直径190mm；
10）工作压力：
12MP；
2.1.2钳角的确定
为计算简便，假设被粉碎物料块是球形的，物料本身的重力与破碎力相比可略去不计，由于在磨盘上风力对料层的影响较小，也可略去不计。
从物料块与磨辊及磨盘的接触点引切线，两条切线的夹角称钳角α，如图2-1所示。
要把直径为d的物料块拖到磨辊下面，同时把它压碎，若钳角α太大，就不能达到目的。
物料与磨辊的接触点产生正压力P，P与垂线成β角。
在E-E方向上的力平衡是保证钳住物料的基本条件，即
（2-1）
式中——钢在物料上的摩擦系数，f≈0.24；
——引A、B两点切线所夹的角，即钳角；
图2-1磨辊机的钳角
——磨辊作用在物料上的力；
——磨盘作用在物料上的反作用力。
解方程，得平盘式辊磨机钳角为
≤2＝
式中=摩擦角,=tan。
实际采用的钳角应小于。
对于粗料，最大允许钳角为；粉磨水泥生料时，钳角在8-10之间。
本次设计取钳角为15。
2.1.3磨辊直径与磨辊宽度的确定
磨辊直径的确定
由图2-1的几何关系可知
（2-2）
式中R——磨辊半径，m；
r——物料半径，m；
h——磨盘与磨辊之间的间隙，设h=kR，其中系数k=0-0.06。
化简式（2.2）得：
=0.0576-0.061
式中d——物料粒径，mm；
D——磨辊直径，mm。
上式说明了物料粒径与磨辊直径的关系，磨辊直径大，入料粒径也可相应增大，若比值等于或超过上式中的值，则辊磨机的平稳性就差，振动和噪音也会相应增加，一般取d≤0.05D。
应本次设计入磨的最大物料尺寸d=100mm，所以磨辊直径的设计尺寸D=2300mm。
磨辊宽度的确定
在磨辊对物料施加的碾压力以及磨辊直径一定的情况下，磨辊越宽，单位面积上的压力越小。
不利于粉磨物料。
磨辊越窄，对物料的压强越大，碾压过的物料细粉比例越大，但碾压的物料总量少，而且磨损较大。
所以选择合适的磨辊宽度对提高粉磨效率、保证设备的使用寿命是非常重要的。
根据统计资料MPS立式磨的各种参数之比如表2-1所示：
表2-1MPS立式磨各参数之比
磨别
MPS
磨辊数i
3
4
辊径：
盘径
0.73
0.5
辊宽B：
盘径D
0.238
0.187
辊宽B：
辊径
0.327
0.375
从前面的设计知磨辊直径=2300mm，参考表2-1再考虑其他因素取辊宽B=751mm。
2.1.4磨机的规格
辊式磨的粉磨能力由物料的易磨性、辊压和磨机规格决定。
若物料相同，辊压不变且磨机通风量足以带出产品时，磨机的生产能力与磨盘直径的2.5次方成正比。
按规格计
t/h（2-3）
式中——辊磨的粉磨能力，t/h；
——常数，与辊磨型式、选用压力。
备研磨物料性能有关
表2-2磨盘规格参数
辊磨型式
LM
MPS
K参考值
9.6
6.6
D取值
外径
中径
D——磨盘直径，m。
本次设计的是MPS磨，所以有200=6.6，解得磨盘直径D=3.15，将磨盘直径圆整后，选取磨机规格为3150mm。
2.1.5磨机的转速
磨盘的转速过低，磨机产量低，转速也不能太大，否则物料会因过大的离心力的作用而不经磨辊研磨便直接甩出磨盘，使磨机产量降低，电耗升高，合理的转速应使处于磨盘内边缘的物料能靠惯性离心力滑入磨槽内，使物料在磨盘内获得合理的接触面积承受磨辊的研磨。
如下图2-2所示，物料在转动的磨盘中受到两种力的作用，一为惯性离心力Fc，使物料抛向磨盘的边缘;另一为物料对磨盘的摩擦力Fd，此力阻止物料向外排出。
物料在盘内B处，在两力处于平衡时，才不会发生径向移动，以便更好的送入磨辊下面辊压。
可得:
（2-4）
式中:
——物料质量，kg；
n——磨盘理论转速，r/min;
——磨盘半径，mm；
——重力加速度，g=9.8m/；
——物料摩擦系数，=0.20.8。
于是有:
对于处于磨盘边缘A点的物料颗粒
式中:
——磨盘边缘A点的速度（m/s），；
——磨盘半径，mm；
图2-2物料受力平衡图
——物料在A点的加速度，；
S——物料在磨盘走过的路程，m；
物料在两力作用下走过料床，，于是处于A点的物料颗粒的加速度为：
式中——磨盘半径，m；其他同上。
通过以上各式得：
（2-5）
从上式可求得磨盘的理论转速为:
磨盘的实际转速则为：
（2-6）
式中D——磨盘外径，m；
q——速度修正系数。
速度修正系数与磨盘半径有一定关系，见图2-3
由图2-3查得，当R=3.15m时，q=0.73
则
=32r/min
故磨机的转速n=32r/min
图2-3速度修正系数曲线图
2.1.6磨盘上料层最佳厚度设计
保持适当料层厚度是辊式磨稳定运行的必要条件。
料层太薄，就会降低粉磨效率甚至因磨机强振而停；料层太厚，也会降低研磨效率，并易造成“饱磨”。
料层厚度与辊径关系式，可以参考下式：
（2-7）
（2-8）
式中h——料层厚度，mm；
D——磨辊直径，mm；
——立磨磨盘上无聊的碾入角，即在碾入角范围内物料均能被碾入而不外滑。
考虑到物料楔塞，会使实际碾入角增大，也为了可靠，一般取
=173°；
——磨辊与磨盘表面最小间距，这是为了保证在极限状态下，磨辊不会接触磨盘，从而减小磨损和功耗。
由上面计算知磨辊直径D=2300mm，代入公式2.8可得h=90mm。
应该指出，实际的碾入角随实际料层变化而改变，料层越厚，物料的挤压，阻滞作用，使摩擦增加，实际碾入角增加，有利于粉磨。
但过厚会使物料与磨辊相对滑动量增加，磨辊起伏振动增加；反之，若物料层减薄，碾入角减少，立磨有效碾压区减小，碾压效率降低；过薄时磨辊的上下振动加剧，甚至损坏机件。
为保证稳定的粉磨条件，应有稳定的最佳料层厚度。
2.1.7磨辊的辊压
立磨是借助于对料床施加高压而粉碎的。
随着压力的增加，成品
但压力达到某一临界值后，粒度不再变化。
该临界值取决于物料的性质和物料粒度的大小。
熟料高，石灰石
临界值高，粒度大临界值低。
立磨是多级粉碎，循环粉磨，逐步达到要求的出料粒度。
因此其
力并未达到临界值，一般为10-35MPa。
根据水泥厂实际操作情况，压
压力备用系数一般取0.1-0.25。
本次设计的立磨辊压定为P=12MPa。
故粉磨压力，磨辊总压力
式中：
——立磨辊粉磨物料的适宜压力，MPa；
——物料强度极限；
——实际承压面对有效承压面的修正系数，
升级会员 