360对辊式压块机设计.docx

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360对辊式压块机设计

360对辊式压球机的设计

摘要

目前我国工业型煤的生产工艺主要采用粉煤添加粘结剂低压成型,以往的研究主要集中在成型工艺和粘结剂方面,对成型机械的研究开发甚少。

事实上,成型机械是型煤生产的关键设备,国内大部分型煤厂采用有粘结剂的低压成型,其工艺过程主要包括原煤的粉碎、配料,粘结剂、固硫剂等助剂的添加,混捏与成型,型煤烘干等,工艺冗长。

再加上用电和设备的折旧、添加剂及人员工资,导致型煤的生产成本偏高,最终型煤价格与块煤相差无几,从而使型煤用户在经济上承受起来较为困难。

所以本论文就是设计高压的成型机械，这样可以少用甚至不用粘结剂。

原煤不经过入洗而直接用于燃烧，不仅浪费能源，而且产生大量的煤烟和温室气体的排放发。

采用清洁煤技术，是提高煤炭利用效率和减少污染的最佳选择。

工业型煤成套技术就是其中一种比较成熟的方法,通过添加助剂对粉煤进行混捏成型,用作工业锅炉和窑炉的燃料,与直接燃烧散煤相比,烟尘排放量及SO2排放量都可以大量减少。

所以无论是从可持续发展方面考虑还是从经济性方面考虑压块机的作用都是不可忽视的。

关键词：

压块机，型煤，粘接剂，温室气体。

Twinrollercompactionmachinedesignof360type

Abstract

Atpresentourcountryindustrialbriquetteproductiontechnologyusingcoalpowderbinderlowpressuremolding,previousstudiesmainlyfocusontheformingprocessandthebinder,themoldingmachineryresearchdevelopmentabout.Infact,moldingmachineryisthekeyequipmentofcoalproduction,mostofthedomesticcoalbriquettebinderbyalowpressuremolding,theprocessmainlyincludescoalcrushing,mixing,binder,sulfurfixingagentandotheradditives,kneadingandmolding,briquettedrying,processlong.Coupledwiththeuseofelectricityandequipmentdepreciation,additivesandstaffwages,ledtothecoalproductioncostonthehighside,thefinalpriceandnotmuchdifferencebetweencoallumpcoalbriquette,therebyallowingusersintheeconomyismoredifficulttobear.Sothispaperisthedesignofhighpressuremoldingmachine,whichcanuselessorevennobinder.

Coalwithoutwashinganddirectlyusedforburning,notonlyawasteofenergy,andproducelargequantitiesofsootandgreenhousegasemissions.Thecleancoaltechnology,istoimprovetheutilizationefficiencyofcoalandreducepollutionisthebestchoice.Industrialcoalbriquettetechnologyisoneofthemorematuremethod,byaddingadditivestocoalpowderaremixedandkneadedmolded,usedforindustrialboilerandfurnacefuel,anddirectcombustionofcoal,sootemissionsandemissionofSO2canreducethenumberof.Sowhetheritisfromtheaspectofsustainabledevelopmentconsiderationfromtheeconomicconsiderationspressrolecannotbeignored.

Keywords:

Briquettingmachine,briquette,adhesive,greenhousegas

目录

1绪论6

1.1工业型煤的发展状况6

1.2对辊压密机的成型原理6

1.3对辊成型机的发展概况7

2电动机的选择及传动方案的确定9

2.1电动机的选择9

2.1.1选择电动机的类型和结构形式9

2.1.2选择电动机的容量9

2.2传动比的计算及分配9

2.3传动方案的确定10

2.4减速器的选择及传动比分配10

3v带带轮设计11

3.1设计功率11

3.2选定带型11

3.3传动比11

3.4小带轮的基准直径11

3.5大带轮的基准直径11

3.6带速11

3.7初定轴间距11

3.8所需基准长度12

3.9实际轴间距12

3.10小带轮包角12

3.11单根v带传递的基本额定功率12

3.12传动比i≠1时的额定功率增量12

3.13v带的根数12

3.14单根v带的预紧力12

3.15作用在轴上的力13

3.16带轮的结构和尺寸13

4基本参数计算14

4.1各轴的转速14

4.2各轴功率14

4.3各轴转矩14

5轴的设计计算15

5.1轴材料的选择15

5.2计算轴最小轴径15

5.3根据轴向定位要求确定轴向各段直径和长度15

5.4初步选择滚动轴承16

5.5辊子处轴的设计16

5.6轴承处轴的设计16

5.7齿轮处轴的设计17

5.8确定轴上圆角和倒角尺寸17

5.9求轴上载荷17

5.10按弯扭合成应力校核轴的强度18

6齿轮的设计与计算20

6.1选定齿轮的类型20

6.2按齿根弯曲强度设计20

6.3确定公式内的个计算数值20

7键的选用及校核22

8成型辊的设计23

8.1成型辊的材料选择23

8.2成型辊结构设计23

8.3煤球布置23

8.4产量计算24

结论25

致谢26

参考文献27

1绪论

1.1工业型煤的发展状况

中国目前在工业上得到普遍应用的型煤主要是通过机制冷压一次成型的型煤。

成型设备有对辊成型机和挤出机。

成型压力较低,一般在25MPa左右。

型煤的形状大部分为扁圆形,也有方形、枕形、棒形等。

其显著的特征是呈饼状或柱状,三维方向的尺寸至少有一个相差较大,而且尺寸单一。

所制型煤密度较高,表面比较光洁,具有比较高的强度。

型煤的生产设备则有向引进高压成型设备的方向和推广国内研制的低压炉前成型设备方向并举的发展趋势。

以期能够降低成本,提高质量,加快型煤产业化进程。

成本高于原煤,再加上型煤生产要消耗一定的人力及电能,型煤生产厂家也要获取一定的利润,致使锅炉型煤的售价一般比可代替煤种高出数十元。

当型煤所带来的经济效益不能弥补用户购置型煤的价差时,在市场经济条件下,即使采用其他强制办法,也很难形成市场。

这正是中国工业锅炉型煤夭折,又转向推广锅炉型煤在炉前即制即用的所谓“炉前成型”方法的根本原因。

工业锅炉型煤炉前成型技术,从本质上讲是增加了锅炉的辅机。

是锅炉节能技术改造的一部分。

其减少环境污染效果甚差。

按照有关厂家提供的价格资料分析,在中国煤炭资源价格偏低的条件下,由于设备运行状态或改变所用的煤质不同,所增加的这一部分投资回收期限大约在几个月至几年。

根据对用户的调查分析,多数认为这种炉前成型方法不适应中国大量的用户锅炉单台容量小、按季节运行或间歇式运行的要求。

1.2对辊压密机的成型原理

被压物料经给料口落入两辊子之间，进行挤压粘合，成品物料自然落下。

遇有过硬或不可压时，辊子可凭液压缸或弹簧的作用自动退让，使辊子间隙增大，过硬或不可破碎物落下，从而保护机器不受损坏。

相向转动的两辊子有一定的间隙，改变间隙，即可控制产品最大排料粒度。

对辊破碎机是利用一对相向转动的圆辊，四辊破碎机则是利用两对相向转动的圆辊进行破碎作业。

特点：

双辊破碎机采用三角带或万向节联轴器进行传动和调节两辊之间的间隙。

对辊压密机由机架、一对辊子、三角皮带传动装置和弹簧保险装置等主要部件组成。

两台电机通过皮带轮传动，带动两辊子相向转动。

一个辊子的轴支承在与机架固定在一起的固定轴承上，另一个辊子的轴支承在活动轴承上。

活动轴承可以沿机架导轨水平移动，使两辊子间的排料口宽度在必要时可以增大，将非破碎物排出机外。

辊子安装在焊接的机架上，由安装在轴上的辊芯以及套在辊芯上的辊套组成，两者通过锥形环，用螺栓拉紧，以使辊套紧套在辊芯上。

当辊套的工作表面磨损时，可以拆换。

前辊的安装在滚柱轴承中，轴承座固定安装在机架上，后辊的轴承则安装在机架的导轨中，可以在导轨上前后移动，后辊的轴承用强力弹簧压紧在顶座上，当转辊之间落入难碎物时，弹簧被压缩，后辊后移一定距离，让硬物落下，然后在弹簧张力作用下又回到原来位置。

弹簧的压力可用螺母调整，在轴承与顶座之间放有可以更换的钢垫片，通过更换不同厚度的垫片，即可调节两转辊的间距。

对辊压密机前辊通过减速齿轮和传动轴以及带轮用电动机带动，后辊则通过装在辊子轴上的一对齿轮由前辊带动作相向转动。

为了使后辊后移时两齿轮仍能啮合，齿轮采用非标准长齿。

1.3对辊成型机的发展概况

对辊式辊压成型机于19世纪下半叶在欧洲诞生。

第一天能够成功运转的辊压成型机在1870年末期由比利时的Losisau制造并被安装在美国的里奇蒙得港的一家成型厂。

然而，大多数早期的其他开发工作已在欧洲展开，并且在19世纪末在比利时、法国和德国已达到非常高的应用水平。

表1表面了在德国产煤区硬煤成型机的发展情况，从1900年~1910年的10年间其辊压成型机熟练成倍增长，到1910年达到243台，年产型煤400万吨。

德国哈汀根/鲁尔的KOPPEN公司是从1898年开始制造出了它的第一台用于硬煤成型的辊压成型机。

该机有一套旋转布料装置以稳定两个成型辊的入料，两个成型辊由安装在轴中心的宽大而坚固正齿轮维持同步，两个分离辊具有形同的尺寸（直径650mm，宽度280mm）。

这样一台机器其压辊转速为6.5rpm，每小时可生产6吨相对小一些的（15~50）g用于家庭取暖的硬煤型煤。

在20世纪20年代早期，德国硬煤成型开始滑坡，二战结束后煤炭成型又产生短期复苏，大型的成型机产量的2倍以上。

此后不久，石油和天然气在许多热用途方面显然取代了煤炭，尤其是家庭取暖，因而在生产的煤炭成型厂的数量急剧萎缩。

今天，在工业化国家里，大多数常规的煤炭成型厂业已停业并被拆除，其结果是，许多提供煤炭辊压成型的公司破产后或开始生产其他用途的成型设备，但是，KOPPERN公司作为一个杰出的供应商，至今仍在积极从事设计和制造辊压成型机以及型煤设备。

2电动机的选择及传动方案的确定

2.1电动机的选择

2.1.1选择电动机的类型和结构形式

按工作条件和要求，选用一般用途的y系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。

2.1.2选择电动机的容量

辊子转速n=10r/min；

辊面切相线压力f=4.5kn/cm；

辊子宽度b=400mm；

辊子速度v=r*ω=d*π*n/（60*1000）=0.1885m/s；

工作部分的功率p=f*b*v=4.5*40*0.1885=33.93kw；

电动机的功率p0=p/η，其中η是从电动机到辊论主轴之间的传动装置总效率：

η=η1*η2*η3*η4*η4*η5；

η1=0.97是带轮的传动效率；

η2=0.98是减速器的传动效率；

η3=0.99是联轴器的传动效率；

η4=0.99是轴承的传动效率；

η5=0.99是齿轮的传动效率；

η=η1*η2*η3*η4*η4*η5=0.91；

电动机的功率p0=p/η=36.78kw；

选择电动机的功率pm≥p0，所以选择37kw，y250s-6电动机。

其同步转速是1000r/min，满载转速是980r/min。

2.2传动比的计算及分配

总的传动比i=nm/n=980/10=98，因为所选的减速器是标准减速器，并且带轮不宜承受很大的传动比，所以减速器选择时应该选择i减≤98的,根据<<机械设计手册>>第五版成大先主编,初步选择zsy系列的减速器,传动比i减=90,根据n=1000r/min和传动比i=90及功率p≥37kw,可以选择zsy315-90的减速器,由此可知,带轮的减速比为i带=i/i减=1.0889。

2.3传动方案的确定

压密机的工作环境不好，工作状况不稳定，维修也不是很方便。

所以在设计过程中应使整机在保证工艺性能指标的前提下尽量提高使用寿命，简化结构，减少故障点，最大限度的降低维修量。

其传动简图如图2所示。

整机结构大致分为:

电动机、带传动、减速器、联轴器、工作辊、同步齿轮等。

图2传动系统简图

2.4减速器的选择及传动比分配

总传动比i=nm/n=980/10=98,因为所选的减速器是标准减速器，并且带轮不宜承受很大的传动比，所以减速器选择时应该选择i减≤98的,查<<机械设计手册>>,初步选择ZSY系列的减速器,传动比i减=90,根据n=1000r/min和传动比i=90及功率p≥40.78kw,可以选择ZSY315-90的减速器,由此可知,带轮的减速比为i带=i/i减=1.0889。

3v带带轮设计

3.1设计功率

Pd=ka*p=1.4*45=63kw，其中p为传递功率，ka是工况系数，有表9.2-13要选择ka=1.4。

3.2选定带型

根据pd和n1由图9.2-1和图9.2-2选取普通v带d带型。

3.3传动比

i=n1/n2=dp1/dp2，若计入滑动率：

i=n1/n2=dp2/{（1-ε）dp1}。

n2是大带轮转速，dp1是小带轮的节圆直径，dp2是大带轮的节圆直径，ε是弹性滑动率，ε通常取0.01-0.02，通常带轮的节圆直径可视为基准直径。

3.4小带轮的基准直径

Dd1按表9.2-36和9.2-38选定，为提高v带的寿命，宜选取较大的直径，这里选取355mm。

3.5大带轮的基准直径

Dd2=i*dd1（1-ε）=382mm，dd2应按表9.2-36选取标准值，可选取dd2=375mm。

3.6带速

V=π*dp1*n1/（60*1000）=18.2m/s，为充分发挥v带的能力，一般应使v≈20m/s，故带的传动速度还可以。

3.7初定轴间距

0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2），既511mm≤a0≤1460mm，初步定为a0=1000mm。

3.8所需基准长度

Ld0=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd2-dd1）*（dd2-dd1）/4a0=3146.8mm，由《机械工程师》表9.2-8和9.2-9选取相近值取ld0=3100mm。

3.9实际轴间距

a≈a0+（ld-ld0）/2=976.8mm，

amin=a-（2bd+0.09ld）=643.8mm，

amax=a+0.02ld=1038.8mm，

其中amin是安装所需的最小轴间距，amax是张紧或补偿伸长所需的最大轴间距，bd是基准宽度。

3.10小带轮包角

α1=180-（dd2-dd1）/a*57.3=178.8；如果α1较小应增大α或用张紧轮。

3.11单根v带传递的基本额定功率

根据带型·dd1·和n1见表9.2-17到9.2-27可查的p1=16.3kw。

3.12传动比i≠1时的额定功率增量

根据带型·dd1·和n1，由《机械工程师》见表9.2-17到9.2-27可查的Δp1=0.28kw

3.13v带的根数

Z=pd/{（p1=Δp1）*kα*kl}=4.44，其中kα是小带轮包角修正系数，见表9.2-14，kl是带长修正系数，由《机械工程师》见表9.2-15。

Kα=0.995，kl=0.86。

所以要选取带根数z=5。

3.14单根v带的预紧力

F0=500（2.5/kα-1）*pd/（z*v）+m*v*v=742N，其中m是每米v带的质量由《机械工程师》表9.2-16可知m=0.66kg/M

3.15作用在轴上的力

Fr=2f0*z*sin（α1/2）=7421N。

3.16带轮的结构和尺寸

由《机械工程师》根据表9.2-39v带轮的轮缘尺寸，基准宽度bd=27mm，基准线上槽深hamin=8.1mm，这里取ha=9mm，基准线下槽深hfmin=19.9mm，这里取做hf=20mm，槽间距fmin=23mm，这里取做f=24mm，最小轮缘厚度δmin=12mm，这里取做δ=14mm，带轮宽度b=（z-1）*e+2f=196mm，小带轮外径da1=dd1+2ha=373mm，大带轮外径da2=dd2+2ha=393mm。

在cad中画出该图。

4基本参数计算

4.1各轴的转速

Ⅰ轴:

n1=n0/i带=980/1.0889=900r/min；

Ⅱ轴:

n2=n1/i减=900/90=10r/min；

Ⅲ轴:

n3=n2=10r/min；

Ⅳ轴:

n4=n3=10r/min；

4.2各轴功率

Ⅰ轴:

p1=p0*η1=35.89kw；

Ⅱ轴:

p2=p1*η2=35.17kw；

Ⅲ轴:

p3=p2*η3=34.82kw；

Ⅳ轴:

p4=p3*η4*η5=33.44kw；

4.3各轴转矩

Ⅰ轴:

t1=9550*p1/n1=380.8n*m；

Ⅱ轴:

t2=9550*p2/n2=33587n*m；

Ⅲ轴:

t3=9550*p3/n3=33253n*m；

Ⅳ轴:

t4=9550*p4/n4=31935n*m；

5轴的设计计算

5.1轴材料的选择

因为传递的功率和转矩很大故应该选择好点的材料，这里我们选择40cr，经过调质处理后，其硬度是241-286hbs，抗拉强度δb=685mpa，屈服点δs=490mpa，需用弯曲应力【δ0】=120mpa，[δ－1]=70mpa

5.2计算轴最小轴径

Dmin≥A0

，由机械设计表15-3可知，A0=97-112，取A0=105，可得到dmin≥166.9mm，对于轴径d≥100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%既dmin≥172mm，故选轴径d=180mm。

输出轴的最小直径显然是安装在联轴器处轴的直径d。

图5.1Ⅰ轴结构

为了使所选的轴直径dⅠ-Ⅱ与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号，联轴器的计算转矩tca=ka*t3，由《机械工程师》查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取ka=1.3，则：

tca=49900n*m，

按照计算转矩tca应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计手册，用凸缘联轴器，其公称转矩为5000n*m，半联轴器的孔径是d1=180mm，故取dⅠ-Ⅱ=180mm，半联轴器的长度L=302mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=240mm。

5.3根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径dⅡ-Ⅲ=190mm

2）初步选择滚动轴承，因轴承只承受径向力，并且径向力很大，故选择调心滚子轴承，由新编机械设计手册可以选取轴承代号23038，其尺寸是d*D*B=190mm*290mm*75mm。

3）取安装辊子部分的轴径是200mm，即dⅢ-Ⅳ=200mm，根据设计要求可知辊子长度为400mm，但是为了压紧辊子，使棍子有效工作，取LⅢ-Ⅳ=396mm，辊子右端用轴肩定位，轴肩高度h≥0.07d=14mm，故取h=15mm，则轴肩处的直径是d=230mm，轴环高度是b≥1.4h=18mm，取b=18mm。

4）轴承端盖的总厚度为23mm，轴承两端都用轴承端盖，一端端盖是为了防止轴承轴向移动，另一端轴承端盖是为了防止落料进入轴承中。

根据端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器的距离为l=72mm，LⅡ-Ⅲ=215mm，LⅢ-Ⅳ=394mm，在Ⅳ-Ⅴ段中取轴承外端盖到齿轮的距离是57mm，因为对于辊子来说两端的轴承最好对称分布这样受力均匀，所以LⅣ-Ⅴ=195mm。

5）齿轮的厚度为b=180mm，左端用轴肩定位，所以取

dⅤ-Ⅵ段=180mm，由于其右端还要用螺母进行锁紧，所以要取小于180mm的长度，这里取做LⅤ-Ⅵ=172mm，垫片的厚度是8mm，螺母的厚度是27mm，但是还是要露出一部分轴的，所以取Ⅵ-Ⅶ段长度LⅥ-Ⅶ=60mm。

5.4初步选择滚动轴承

因轴承只承受径向力，并且径向力很大，故选择调心滚子轴承，由机械设计手册可以选取轴承代号23038，其尺寸是d×D×B=180mm×290mm×75mm。

故dⅢ-Ⅳ=180mm。

因为滚动轴承承受一定的轴向力，因此需要对轴承的外圈和内圈进行轴向定位，故Ⅳ-Ⅴ段需制出定位轴肩，去dⅣ-Ⅴ=218mm。

5.5辊子处轴的设计

取安装辊子的轴颈是200mm即dⅤ-Ⅵ=200mm，根据设计要求知辊子宽度是400mm，但是为了压紧辊子，使辊子有效工作，取lⅢ-Ⅳ=396mm，辊子右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，故取h=14mm，则轴肩处的直径dⅥ-Ⅶ=228mm，轴环宽度b≥1.4h=19.6mm，，取lⅥ-Ⅶ=40mm。

5.6轴承处轴的设计

轴承端盖的总厚度为23mm，轴承两端都用轴承端盖，一端端盖是为了防止轴承轴向移动，另一端轴承端盖是为了防止落料进入轴承中。

根据端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的左外端面与半联轴器的距离为l=73mm，右端面要用一个套筒定位，套筒长度去l=41mm，轴承端盖左端的轴有螺纹，在Ⅷ-Ⅸ段中取轴承外端盖到齿轮的距离是75mm，因为对于辊子来说两端的轴承最好对称分布这样受力均匀，所以lⅧ-Ⅸ=186mm。

辊筒右端的轴承同样内外圈都需要轴向定位，Ⅶ-Ⅷ处轴上能对轴承内圈定位，取dⅦ-Ⅷ=190mm，取lⅦ-Ⅷ=25mm。

5.7齿轮处轴的设计

齿轮的厚度为b=180mm，左端用轴套定位，所以取Ⅸ-Ⅹ段直径d=180mm，由于其右端还要用锁紧螺母进行锁紧，所以要取小于186mm的长度，这里取做LⅥ-Ⅶ=165mm。

其右端需用锁紧螺母锁紧，其直径略小于180，取M180mm,垫片的厚度是3mm，螺母的厚度是27mm，但是还是要露出一部分轴的，所以取Ⅹ-Ⅺ段长度LⅩ-Ⅺ=85mm。

5.8确定轴上圆角和倒角尺寸

参考表15-2，取轴端倒角为2*45。

5.9求轴上载荷

首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。

图5.2Ⅰ轴载荷分布图

Fr和Fnv1即Fnv2都是竖直面内的力，根据设计要求可知，竖直面内受到最主要的力就是重力，在这里可以忽略不计，水平面内