GM150W型高压辊磨机的总体设计Word格式.docx

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摘要

高压辊磨机作为一种高效、节能的粉磨设备在水泥行业中已得到了广泛应用，并正在向金属矿山选矿行业拓展，其巨大的发展潜力促使其形成产业化、系列化的生产趋势。

为解决实际开发设计和系列化定型设计中的关键技术问题，本论文采用基于3D特征的CAD技术，对高压辊磨机进行三维模型设计，实现以先进的科技手段解决关键性技术问题，而且为高压辊磨机设计的产业化、系列化发展，加速该设备在金属选矿行业推广应用的进程奠定了技术基础。

本论文主要叙述了高压辊磨机的总体设计与三维建模分析。

主要内容如下：

1.总体方案设计与规划。

首先根据经验公式，设计完成给定任务量所需的高压辊磨机的各部分参数，如辊径，辊宽、辊磨力，功率等参数。

然后是结构设计和整体规划。

最后进行非标准件的尺寸确定与标准件的选型。

2.从基于特征的零件建模和装配技术的探讨出发，通过实体建模、虚拟装配设计完成辊磨机的结构设计；

通过对装配体进行静态干涉检查，以检验结构设计的合理性。

本论文从工程实用角度出发，不但缩短了产品的开发设计周期，提高产品设计质量，降低设计成本，而且为高压辊磨机整个设备的设计提供了有效的解决途径。

关键词：

高压辊磨机；

组合辊；

特征造型；

虚拟装配设计

Abstract

High-PressureGrindingRoller（HPGR），asakindhigh-efficiencyandenergy-savingequipment，hasbeenwidelyappliedincementindustry，andisextendingtothedomainofmetaloreminingandbeneficiation，theindustrializationandseriestrendwillbeformedforitstremendousdevelopmentpotential.Inthisthesis，HPGRaredesignedanddynamicsimulationwithCADtechnologybasedonfeature3Dsolidmodeling，tosolvetheimportanttechnicalproblemsintermofdevelopmentanddesignoftheequipment，butalsolaysatechnicalbaseforfurtheringthedevelopmentprogressofindustrializedandserialequipment，acceleratetheapplicationofequipmentinmetalminingforcrushinghardironstone.

Thisthesismainlyintroducesthenormaldesignand3DsolidmodelingontheHigh-PressureGrindingRoller.Themaincontentsareasfollows:

1.Thedesignofthetotaldrawing:

First，thecalculationoftheparametersofHPGRtofinishthetaskofgiving，suchasrollingdiameter，rollingwidth，grindforce，drivingpower，then，thestructureandprogrammingdesign，last，thedesignfortheabnormalpartandtheselectionofthenormalpart.

2.ThestructureofHPGRisdesignedthroughsolidmodelingandvirtualassemble，meanwhile，thestructurerationalityistestedbycheckingthestaticinterventionamongpartsofHPGR.

Statingfromengineeringapplication，itsenforcementnotonlyshortenstheexploratoryperiodofthenewproduct，enhancesitsdesignquality，andreducesitsresearchcost，butalsolaysatechnicalbaseforfurtheringthedevelopmentprogressofindustrializedandserialequipments，hastenstheequipments’applicationinmetalminingforcrushinghardironstone.

Keywords:

High-PressureGrindingRollers；

Assembledgrindingrollers；

Solidmodelingbasedonfeature；

Virtualassembledesign

概述

由于世界能源的紧缺，粉碎过程中的能耗越来越引起人们的重视。

高压辊磨机问世十年来，主要应用在水泥行业及个别有色金属矿山，水泥界从这种节能、节钢耗的高效设备中得到了较高的效益。

冶金矿业粉碎矿石的数量也相当可观，且金属矿石大都坚硬难磨，而目前球磨机的能耗、钢耗和效率的问题都比较突出，矿物回收率受粉磨方式的影响也比较严重。

能否将高压辊磨机普遍应用到冶金矿业，一直是行内人关心的问题。

辊磨机的发展过程

八十年代，德国Clausthal大学矿物工程学院萧纳特教授和东北大学岩石破碎专家徐小荷教授几乎在同一时代不同的实验室内作出了矿岩静压粉碎后入球磨可节省粉碎综合能耗的结论。

该结论说明矿石在对压辊的高压载荷作用下，内部受到极大的创伤并产生众多的微裂纹，甚至直接被挤压成饼状或更细粒度，从而大幅度减少了使后续磨矿的工作量。

八十年代末，德国洪堡公司（KDH）依据德国Clausthal大学矿物工程学院萧纳特的理论研究成果，研制开发出第一台高压辊磨机，又称辊压机。

辊磨机开始普遍应用于水泥行业，其应用技术也达到一定水平，趋于成熟，为水泥行业提高生产效率、降低生产成本起到了关键作用。

由于金属矿山行业的矿岩硬度高、成分复杂等原因，辊磨机在冶金矿山应用和推广较水泥行业发展速度慢，但是辊磨机高效、节能的优点，使国内外业内科研工作者从未放弃对其的研究工作，经过二十多年的不懈努力，用于矿岩粉碎的辊磨机技术和设备在结构上不断改进、完善，并最终在金属矿山行业应用方面取得了突破性进展，如德国洪堡公司（KDH）的铁矿石辊磨机、美国BH、DH系列型煤辊压机等。

其中德国洪堡公司（KDH）在铁矿石辊压机的研制开发上取得了卓越的成就，该公司生产的铁矿石辊压机已经开始应用于世界各国的有色金属冶金矿山行业，并有3台设备已经成功用于铁矿石的粉碎。

高压辊磨机在国外普遍应用到冶金行业，该机在国内冶金行业立即受到了普遍的关注。

经过高压辊磨机辊压后的物料在粒度分布上明显不同于传统的粉碎设备。

在我国，天津水泥设计院较早地开展了辊磨机在水泥超细碎中的应用研究；

中南矿冶大学开展了辊磨机在有色金属矿超细碎中应用研究；

东北大学结合国家“九五”重点科技攻关计划项目，开展了辊磨机超细碎铁矿石的应用研究，研制开发出GM系列铁矿石高压辊磨机样机，并成功地对黑鹰山铁矿、棒磨山铁矿、姑山铁矿进行了工业化粉碎应用试验。

目前，国产化的高压辊磨机已大量投入生产。

辊磨机的与传统破碎设备的区别

高压辊磨机在形式上很像传统的对辊破碎机，但在实质上有两点不同。

其一是高压辊磨机实施的是准静压粉碎，它与冲击粉碎方式相比，节省能耗约30%；

其二，它对物料实施的是料层粉碎，是物料与物料之间的相互粉碎，粉碎效率高，物料之间的挤压应力可通过辊子压力来调节。

两个辊子相向转动，一个固定辊，另一个是可调距离的（调整方式有两大类，一类是滑动式，另一类是摆动式动辊。

）辊间压力一般可达1500～3000个大气压，破碎产品可达2mm，不仅可实现“多碎少磨”，还很可能成为以碎代磨的新型粉碎设备。

由于它具有强大的作用力，不仅使物料粉碎，还可使物料颗粒内部结构产生裂纹，从而使磨矿能力大幅度提高。

辊磨机的发展趋势

针对目前市场对钢材的需求增加和矿山选矿对大型设备的需求情况，高压辊磨设备向大型化、全自动控制方向发展，例如某大型高压辊磨机，其设备技术参数为：

最大入料粒度：

150mm；

最大处理能力：

1800t/h（粉碎铜矿）；

最大装机容量：

4500kW；

最大设备自重：

2500t。

从设备应用范围上向多种类金属矿石的粉碎方向发展，其中包括：

非金属矿（页岩、硫矿石、陶瓷材料、金伯利岩等）、有色金属矿（铜矿、铅锌矿、钼矿、铝矾土、铅矿、铬矿、镍矿等）、金矿、铁矿、高炉矿渣等。

总之，高压辊磨机的引进和开发大大的降低了生产成本节约了能源、提高了效率，并逐步的在我国的水泥工业、冶金行业占有了重要的地位。

本课题的提出

近年来，高压辊磨机在部分铁矿工业化试用的成功，标志着我国矿产粉碎行业进入了高速发展的阶段，而高压辊磨机则在其中扮演着领军任务的角色。

国产化高压辊磨机的系列化已成为一个急需解决的问题，已成为整个行业关注的焦点。

本课题主要内容是完成GM1200×

550W型高压辊磨机的工艺参数、动力参数、运动参数的计算及总体设计，来完成前期的设计图纸；

在前期完成的设计图纸基础上应用三维CAD和虚拟装配技术进行总体设计，并进行干涉检查等内容，来保证最终的二维图纸的合理性与可执行性。

设备的工作原理及参数的设计计算

设备的工作原理及粉碎过程

工作原理

高压辊磨机的工作原理是基于静压粉碎原理对辊碾压方式（见图2.1所示），由一对相向同步转动的压辊组成，其中一个为定辊，另一个为动辊（可水平方向移动）。

物料从压辊上方进料口进入，通过压辊转动带入压辊间，受到强力挤压后形成酥松料饼从机下排出。

排出的料饼不仅含有大比例的细粒，而且在颗粒内部产生大量裂纹，从而改善物料后续球磨的可磨性，增加球磨系统的生产能力，并大幅度降低球磨电耗和钢耗。

辊磨机工作原理图

粉碎过程

如图2.2所示，物料是在两个辊径相同、线速度相同、相向旋转的辊子之间，由液压系统提供给料层的巨大压力下被粉碎的。

Ⅰ第一粉碎区段Ⅱ第二粉碎区段

Ⅲ第三粉碎区段Ⅳ第四粉碎区段

高压辊磨机工作原理示意图

具体的粉碎过程如下：

当符合高压辊磨机粒度要求的物料喂入料斗后形成一个料柱，物料在转动压辊的挤压力作用下进入第一粉碎区段。

在该区段内，较小的颗粒顺着物料间的间隙靠重力下落，较大的颗粒在两辊的受挤压力和剪切力作用下，发生点破碎。

破碎后的物料在两辊的带动下，加上自身的重力、惯性向下运动，进入第二粉碎区。

由于两辊间的容积越来越小，物料在向下运动的过程中受到的挤压力逐渐增大，当压应力超过物料的抗压强度时，便发生破碎或内部损伤。

随着物料粒度的减小，颗粒间的位移趋于零，物料密度迅速增大，构成料层。

当料层进入高压粉碎区段，即第三区段时，其速度已达到甚至超过辊面的线速度，同时压力持续增大，最小间隙处压力达到最