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安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書
1 緒論
1.1 磁性材料
1.1.1 磁性材料工業(yè)現(xiàn)狀
1、 產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)值不適配
目前，我國的磁性材料工業(yè)在產(chǎn)量方面已經(jīng)初具規(guī)模，根據(jù)本行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，1998年我國的永磁鐵氧體銷售量約11.5萬噸（其中粘結(jié)鐵氧體0.5萬噸），出口約6.5萬噸。軟磁鐵氧體銷售量約4.2萬噸（其中偏轉(zhuǎn)磁芯約1萬噸），出口約1萬噸。稀土釹鐵硼成品銷售約4100噸，鋁鎳鈷約2000噸。中低檔產(chǎn)品占據(jù)了較大的國際市場，但在高檔產(chǎn)品方面還沒有形成較強的實力，缺少國際競爭能力。從行業(yè)整體來看，我國的磁性工業(yè)與國外先進(jìn)國家相比，存在著管理水平低、制造工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量差和產(chǎn)品檔次低的問題。
2、磁性產(chǎn)品性能偏低
國內(nèi)的磁性材料產(chǎn)品的大部分集中在低檔次，缺少參與國際市場競爭的能力。另外，價格低廉，贏利極微薄。永磁鐵氧體以揚聲器磁體為主，產(chǎn)品性能在Y30以下。電揚磁瓦的性能在Y30H－1，但大批量生產(chǎn)時性能不夠穩(wěn)定。軟磁鐵氧體的產(chǎn)品集中在消費類產(chǎn)品，工業(yè)類磁芯的產(chǎn)量較少。大批量生產(chǎn)的功率鐵氧體材料的性能相當(dāng)于日本TDK產(chǎn)品的PC30版號；高磁導(dǎo)率鐵氧體的μ在6000左右。少數(shù)企業(yè)能小批量生產(chǎn)PC40牌號和磁導(dǎo)率達(dá)到10000以上的產(chǎn)品。釹鐵硼磁體的生產(chǎn)性能一般在N35左右（磁能積為35MGOE），N40以上和高矯頑力牌號N38H。N32SH的只有少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)。國外推出的新牌號已經(jīng)達(dá)到N50，N48H。
3、生產(chǎn)工藝和設(shè)備相對落后
目前，我國的磁性材料專用設(shè)備銷售總額達(dá)到1.43億元，能提供成套成線的磁性材料生產(chǎn)設(shè)備?！笆濉逼陂g我國磁性材料的性能和檔次將會有新的提高，同時，由于國內(nèi)外競爭激烈，要求產(chǎn)品成本不斷降低。為此，磁性材料專用設(shè)備應(yīng)開發(fā)自動化程度高，低能耗和高效率的設(shè)備。工裝設(shè)備的改善，可使磁性產(chǎn)品提高一個檔次，采用自動化程度高的連續(xù)生產(chǎn)線，能減少人為因素的影響，保證產(chǎn)品的一致性。
1.1.2 我國磁性材料工業(yè)發(fā)展前景
磁性材料是各種電子產(chǎn)品主要的配套產(chǎn)品，無論是消費類家電產(chǎn)品和工業(yè)類整機,如計算機、通訊設(shè)備、汽車以及國防工業(yè)均離不開磁性材料。據(jù)專家分析，世界磁性材料市場將以15%的年增長率發(fā)展，我們在表2列出各類磁性材料世界增長情況。今后5年內(nèi)，中國的磁性材料工業(yè)主要將在質(zhì)量和性能方面得以提高，在產(chǎn)量方面增長的速度會較慢。同時，一些發(fā)達(dá)國家以及港臺地區(qū)的磁性材料工業(yè)向中國轉(zhuǎn)移。總產(chǎn)量要突破預(yù)測的數(shù)字。
1、世界磁性材料市場發(fā)展
現(xiàn)在世界汽車產(chǎn)量為4900萬輛左右，按每輛汽車使用電機數(shù)從目前的20只，到2005年增加到30只，預(yù)測需要電機從8億只增加到16億只。隨著汽車生產(chǎn)量和使用揚聲器數(shù)量的增加，汽車用的揚聲器產(chǎn)量從目前的1.6億只增加到2.3億只，增加的量均在1倍左右。預(yù)測需要鐵氧體永磁從目前的15萬噸增加到25萬噸。從發(fā)展看，亞太地區(qū)的產(chǎn)量將增加較快。
由于汽車向小型化和輕量化發(fā)展，以及為了保護(hù)環(huán)境采用非汽油驅(qū)動汽車，需要應(yīng)用新材料提高電機的功能和減小尺寸，促使各向?qū)辰Y(jié)釹鐵硼磁體的發(fā)展將會加快。假如，汽車中有50%采用粘結(jié)釹鐵硼磁體，如雨刷電機、窗沖洗電機、反光鏡電機、門鎖和座位調(diào)節(jié)電機等方面應(yīng)用，就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體102克／輛。到2005年，世界生產(chǎn)汽車以5540萬輛計算，就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體5540噸。估計到2005年世界永磁體的產(chǎn)值將超過100億美元。
計算機發(fā)展帶動了相關(guān)配套元件的發(fā)展，磁盤、光盤驅(qū)動器和打印機驅(qū)動頭是西使用釹鐵硼最大的一個方面。顯示器需要各種高檔次鐵氧體軟磁、多媒體音響對永磁材料的需求量也是很大的。隨著信息時代到來，近幾年工業(yè)發(fā)達(dá)國家正形成計算機進(jìn)入家庭的熱潮。據(jù)美國市場調(diào)查，1996年全世界家用PC機總銷量達(dá)2000萬臺，2000年將達(dá)4000萬臺，2005年約達(dá)8000中。通訊業(yè)的發(fā)展，電話和移動電話裝置需要越來越多的抗干擾磁芯、片式微型化電感，以及傳聲器和揚聲器，這對軟磁和永磁材料帶來了良好的市場。
總之，從市場發(fā)展看，到21世紀(jì)全球市場發(fā)展將比目前翻一番，相應(yīng)的磁性材料發(fā)展前景是樂觀的；但是，信息產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展需求是高檔磁性材料配套，所以落實技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略，開發(fā)高檔磁性材料產(chǎn)品占領(lǐng)國際市場是當(dāng)務(wù)之急的頭等大事。
2、國內(nèi)磁性材料市場發(fā)展
根據(jù)原電子部的21世紀(jì)規(guī)劃目標(biāo)來看，電子產(chǎn)品的趨勢大約總體在15%。規(guī)劃目標(biāo)程控交換機80000萬線、移動通信電話手機3000萬部、彩電6000萬臺、黑白電視機1500－1600萬臺、錄像機440萬部。根據(jù)汽車行業(yè)的發(fā)展，規(guī)劃“九五”末產(chǎn)量達(dá)400萬輛，其中轎車120－130萬輛，預(yù)計配套電機1500萬套。品種有搖窗電機、空調(diào)電機、油泵電機、儀表電機、門鎖電機、刮水器電機、散熱風(fēng)扇電機、起動電機及發(fā)電機。預(yù)計2005年摩托車總產(chǎn)量突破1500萬輛，需要起動電機1000萬套／年。據(jù)電聲行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，21世紀(jì)初國內(nèi)市場將需揚聲器12億只，受話器3.6億只，耳機300萬付。世界電聲器件市場需要配套揚器33億只，送受話器約4億只，傳聲器約2.9億只,要滿足和達(dá)到配套能力，磁體需要量是很大的。
隨著環(huán)境保護(hù)的要求，發(fā)展無油汽車、摩托車是世界發(fā)展方向，這將對稀土永磁體的發(fā)展帶來廣闊的市場。為了減少發(fā)電廠二氧化硫的排放量，國際上實施“綠色照明工程”來節(jié)電，從而達(dá)到減少發(fā)電量；所以節(jié)能燈的應(yīng)用在國外發(fā)展很迅速，這也是我國的一項重大工程。節(jié)能燈的發(fā)展，需要使用大量高檔的鐵氧體軟磁濾波磁芯、抗干擾磁芯等；根據(jù)專家分析，如我國全面推廣使用節(jié)能燈，需求量將在5億支左右。
根據(jù)本行業(yè)的專家分析，2005年本行業(yè)鐵氧體永磁市場將達(dá)到21萬噸左右，鐵氧體軟磁市場將達(dá)到9.4萬噸左右，稀土磁體約8000噸。按行業(yè)的發(fā)展來看，這些指標(biāo)有可能達(dá)到。
總之，21世紀(jì)是中國磁性材料工業(yè)發(fā)展的世紀(jì)。根據(jù)市場發(fā)展的需要，今后中國的磁性材料工業(yè)應(yīng)該重視以下幾點。
（1）消費類產(chǎn)品有市場，但價格將下降隨著消費類產(chǎn)品的價格影響，磁性材料行業(yè)的價格競爭將很激烈，會淘汰一些小企業(yè)，大型集約化公司在競爭中聯(lián)合組建增多。揚聲器用的中低檔磁體預(yù)計需量增加,彩電用的UE型磁芯和小磁芯出口量會增加，但價格下降。
（2）工業(yè)類產(chǎn)品是主導(dǎo)市場汽車、通訊、計算機工業(yè)發(fā)展，帶動國內(nèi)高檔磁性材料的發(fā)展。企業(yè)應(yīng)該重視科技進(jìn)步和技術(shù)改造，使產(chǎn)品的檔次能上一個新臺階。鐵氧體永磁要有陶8以上的產(chǎn)品,鐵氧體軟磁應(yīng)有PC40產(chǎn)品和高導(dǎo)磁材料（大于1000），釹鐵硼磁體要生產(chǎn)N38以上材料，另外粘結(jié)磁體的開發(fā)生產(chǎn)要加快發(fā)展。
1.1.3 磁性材料的生產(chǎn)工藝
圖1濕法生產(chǎn)車間工藝示意圖
磁性材料的生產(chǎn)方法一般有兩種,主要是干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)。磁性材料濕法生產(chǎn)的裝置布置原理如圖1，其各裝置布置順序關(guān)系如圖2。磁性材料濕法生產(chǎn)和干法生產(chǎn)的主要工藝流程分別如圖3、圖4所示，兩種生產(chǎn)工藝的主要區(qū)別在于是否加水和勻，其次是原料上的區(qū)別。相比較，干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)的主要優(yōu)缺點與區(qū)別，如下：
圖2 濕法生產(chǎn)車間布置圖
鐵鱗＋添加劑→球磨機(粉碎及和勻) →造球(加少量的水) →鏈靡機(預(yù)氧化) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為6～8毫米的球體
圖3 磁性材料干法生產(chǎn)主要工藝流程
鐵紅＋添加劑→一次攪拌桶(加85%～90%的水) → 球磨機(粉碎及和勻) →二次攪拌桶→膠泵(定量) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為6～8毫米的球體
圖4 磁性材料濕法生產(chǎn)主要工藝流程
一、 干法生產(chǎn)的缺點：
1.由于其原料主要是連鑄機和初軋機的氧化鐵皮，主要成分是四氧化三鐵，而鐵氧體的主要成分是三氧化二鐵；所以原料的純度不高。直接經(jīng)球磨機粉碎和勻，達(dá)到的效果比較差。
2.最后所得的直徑為6～8毫米的球體，大小相對并不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)出的磁性材料性能并不穩(wěn)定。
3.預(yù)氧化用的鏈靡機在工作中會產(chǎn)生大量的灰塵，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
二、 濕法生產(chǎn)的優(yōu)點：
1.由于其原料主要是冷軋酸洗后產(chǎn)生的廢物，所以原料的性能很穩(wěn)定。
2.球磨機粉碎和勻的前后都加水充分?jǐn)嚢瑁礉穹ㄇ蚰サ暮蛣蚰ニ樾Ч芎谩?
3.最后所得的直徑為6～8毫米的球體，大小均勻，生產(chǎn)出的磁性材料性能也穩(wěn)定。
在現(xiàn)代的新濕法生產(chǎn)工藝中，又在回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)成型前加入了沉降離心機，經(jīng)離心機離心分離后，含水量減少到30～35％，大大節(jié)省了燒結(jié)蒸發(fā)中所需的能源，對節(jié)能與環(huán)保作出了巨大的貢獻(xiàn)。
1.2 離心機概況
1.2.1 離心機的應(yīng)用及其發(fā)展
離心分離是利用離心力對液一固、液一液一固、液一液等非均相混合物進(jìn)行分離的過程。實現(xiàn)離心分離操作的機械稱為離心機。離心機和其它分離機械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動強度、改善勞動條件，具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點。因此，自1836年第一臺工業(yè)用三足式離心機在德國問世，迄今一百多年以來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機品種繁多，各有特色，并正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用機種越來越多?，F(xiàn)在，離心機己廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個領(lǐng)域。例如:濕法采煤中粉煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素的濃縮，三廢治理中的污泥脫水，各種石油化工產(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動物油、米糠油等食品的制造，織品、纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油、燃料油的提純等都使用離心機。離心機己成為國民經(jīng)濟各個部門廣泛應(yīng)用的一種通用機械。
離心機基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來的。例如:18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后，隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，1836年出現(xiàn)了棉布脫水機。1877年為適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機。進(jìn)入20世紀(jì)之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當(dāng)作燃料油使用，50年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離
機，到60年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護(hù)、三廢治理發(fā)展的需要，對于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高，因此促使臥式螺旋卸料沉降離心機、碟式分離機和三足式下部卸料沉降離心機有了進(jìn)一步的發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心機的發(fā)展尤為迅速。
離心機的結(jié)構(gòu)、品種機器應(yīng)用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實踐是個長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識，主要還是用來說明試驗的結(jié)果，而在預(yù)測機器的性能、選型以及設(shè)計計算，往往仍要憑借經(jīng)驗或試驗。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固一液分離技術(shù)越來越受到重視，離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉(zhuǎn)。
1.2.2 離心機的分類
離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程——離心過濾和離心沉降。而與其相應(yīng)的機種可區(qū)分為過濾式離心機和沉降式離心機。
離心過濾過程從廣義的概念上來說，可理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個步驟。
離心沉降過程也可分為兩個物理階段：固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。具體分類見圖5。
1.2.3 螺旋卸料沉降式離心機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
螺旋卸料沉降式離心機是高速運轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機，螺旋卸料沉降式離心機分立式螺旋卸料沉降式離心機和臥式螺旋卸料沉降式離心機，現(xiàn)該離心機己廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強、維修方便、能長期運轉(zhuǎn)。伴隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，螺旋卸料沉降式離心機有著廣闊的市場。例如:城市的建設(shè)得到了迅速發(fā)展，城市的規(guī)模擴大，人口增加，水環(huán)境污染成了一大難題。據(jù)專家統(tǒng)計，我國城市污水排放量年增加為3億立方米左右，加快城市污水廠的建設(shè)步伐勢在必行。城市污水處理廠的污泥脫水設(shè)備應(yīng)用比較廣泛的是帶式壓濾機和螺旋卸料沉降式離心機。但是，由于螺旋卸料沉降式離心機的技術(shù)明顯優(yōu)于帶式壓濾機，螺旋卸料沉降式離心機將逐步取代帶式壓濾機。1954年國際上出現(xiàn)了真正具有現(xiàn)代實用價值的第一臺螺旋卸料沉降式離心機。根據(jù)不同的分離物料，設(shè)計者根據(jù)物料特點進(jìn)行專門的設(shè)計?，F(xiàn)就不同的應(yīng)用領(lǐng)域，己有相應(yīng)的螺旋卸料沉降式離心機出現(xiàn)，在國際上，該技術(shù)己相當(dāng)成熟。處理氣一液一固三相混合物的螺旋卸料沉降式離心機、處理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式離心機、粒子分級用螺旋卸料沉降式離心機、逆流洗滌螺旋卸料沉降式離心機、并流式螺旋卸料沉降式離心機、污泥脫水用螺旋卸料沉降式離心機。在國際上的發(fā)達(dá)國家，污泥用的螺旋卸料沉降式離心機已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。近幾年還
圖5離心機的分類
在其結(jié)構(gòu)上根據(jù)應(yīng)用的實踐進(jìn)行了許多改進(jìn)，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的專利。例如最近推出了一種叫，“nxono”的螺旋卸料沉降式離心機，它的適應(yīng)性非常強，能處理多種不同尺寸和形狀大小的材料，操作方便，用計算機控制。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的NX型螺旋卸料沉降式離心機，其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號，還可以根據(jù)新的材料要求，設(shè)計新的螺旋卸料沉降式離心機。它的動平衡和靜平衡處理非常好，能在負(fù)載下高速運轉(zhuǎn)，其輸入和輸出口的設(shè)計有效地防止物料阻塞。該螺旋卸料沉降式離心機與固體物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨損，旋轉(zhuǎn)部位用不銹鋼材料，使整個運轉(zhuǎn)過程處在一個封閉的系統(tǒng)里，其自動裝置充分保障了工作安全。該臥螺離心機能有效分離纖維、粒子等，其處理顆粒的尺寸范圍可從1微米到5毫米，而且處理量大，能達(dá)到每小時50000加侖流量。瑞典阿爾法在螺旋卸料沉降式離心機的理論研究和制造設(shè)計己經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，從螺旋卸料沉降式離心機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、使用材料、防腐措施、應(yīng)用范圍、自動控制和密封裝置研究的都很透徹。因此，它的機械設(shè)備廣泛應(yīng)用于世界各地的各個領(lǐng)域。國外較著名的離心機生產(chǎn)商有德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUINARD公司、瑞典ALAF公司等。
我國在螺旋卸料沉降式離心機的理論研究方面也取得了相當(dāng)不錯的進(jìn)展。80年代，我國開始重視螺旋卸料沉降式離心機的發(fā)展，一些科研工作者開始研究國外螺旋卸料沉降式離心機的發(fā)展動態(tài)，機械工業(yè)部通用機械研究所翻譯了大量英文和俄文資料，為我國臥式螺旋沉降離心機的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。我國在九十年代己能自己研制生產(chǎn)螺旋卸料沉降式離心機，國家在1979年便在工廠進(jìn)行螺旋卸料沉降式離心機的生產(chǎn)，成功的生產(chǎn)出WL200，WL1000，LWB500，LWG500等型號的產(chǎn)品。
重慶江北機械廠是國家最早投入螺旋卸料沉降式離心機生產(chǎn)廠家之一，為我國第一批螺旋卸料沉降式離心機生產(chǎn)作出了較大貢獻(xiàn)，為我國離心機理論提供了不少數(shù)據(jù)和實驗?，F(xiàn)在該廠引進(jìn)法國堅納公司技術(shù)，并嚴(yán)格按法國堅納公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國際水準(zhǔn)的新產(chǎn)品D(LW)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品性能卓越具有完善的工作特點和傳動裝置，它的差速器可實現(xiàn)無級變速，它是與計算機完美結(jié)合的典型，在計算機的屏幕上，我們可看到其主要參數(shù)，其自動裝置和密封系統(tǒng)也比較先進(jìn)。
金華鐵路機械廠通過二十多年的研制生產(chǎn)，也擁有比較雄厚的技術(shù)力量，該廠設(shè)計制造的螺旋卸料沉降式離心機是在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)分離機械的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國石油、地質(zhì)勘探的需要而研制開發(fā)的系列產(chǎn)品，近來己推出最新機型有LW355x1460，LW400x860，LW500x1250，LWG500—1250。它們的主要特點是能去除泥漿中的有害粗顆粒，調(diào)整泥漿比重，降低粘度，其中LW500xl250，LW500xl250的最大處理量能達(dá)到50立方米。
1958年成立的上海離心機研究所，近些年來通過與國際著名離心機制造公司的密切合作，己生產(chǎn)出大長徑比的螺旋卸料沉降式離心機系列產(chǎn)品，使轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)域物料分離時間延長，從而顯著提高固液分離效果，并在此基礎(chǔ)上成功的研制了國內(nèi)第一套污泥脫水成套設(shè)備和首輛污泥脫水成套設(shè)備工程車;一些高等院校也在這些方面做了不少工作。
1.2.4 螺旋卸料沉降式離心機的概況
螺旋卸料沉降式離心機是高速運轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機，螺旋卸料沉降式離心機分立式螺旋卸料沉降式離心機和臥式螺旋卸料沉降式離心機，本文研究的是臥式螺旋卸料沉降式離心機。該離心機已廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。它利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強、維修方便、能長期運轉(zhuǎn)。
最初的臥式螺旋卸料離心機是由兩對開式齒輪傳動獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差轉(zhuǎn)速，以輸送沉渣并被應(yīng)用于淀粉工業(yè)上。真正現(xiàn)代的有實用價值的第一臺螺旋離心機首次使用了二級行星齒輪差速器。臥螺離心機出現(xiàn)后，由于具有突出的優(yōu)點而得到了迅速的發(fā)展。
螺旋卸料沉降式離心機是國際上五十年代發(fā)明的機械，七十年代，我國開始引進(jìn)。國產(chǎn)化一些機型成為原化工部七五科技攻關(guān)項目。八十年代我國就開始測繪，己測繪德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUNIARD公司、瑞典ALAF—Laval公司等國外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的離心機，并進(jìn)行仿制，國家當(dāng)時在全國組織6個生產(chǎn)廠家進(jìn)行仿制生產(chǎn)。現(xiàn)國內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機有WL200，WL350，WL 450，WL600，WL800，DLW430，L W350，LW400，LW500，LW620等。
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對高精度、高質(zhì)量設(shè)備的需求量不斷增加。當(dāng)前各種類型的離心機品種繁多，各具特色，并且都向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、機電一體化方向發(fā)展。螺旋卸料沉降離心機由于能夠連續(xù)出料，生產(chǎn)能力大，對物料的適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少等特點，因此應(yīng)用越來越廣泛。目前其發(fā)展速度很快，但從總的趨勢看：
1、為了提高單機生產(chǎn)能力，采取加大轉(zhuǎn)鼓直徑，增加長徑比的方法，如
GUNIARD公司的D型螺旋卸料沉降式離心機，轉(zhuǎn)鼓直徑最大的為1500mm，長徑比為4.7。
2、為了分離固相顆粒比較細(xì)，粘度大的懸浮液，采取提高轉(zhuǎn)速度方法，如阿法拉法公司生產(chǎn)的4500離心機，轉(zhuǎn)鼓直徑310mm，轉(zhuǎn)速達(dá)7600/min，這樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達(dá)到。
3、目前國外離心機正朝著機電一體化方向發(fā)展，己實現(xiàn)在離心機上對分離物料的自動檢測與調(diào)節(jié)，機械性能自動保護(hù)，振動的隨機檢測和自動報警，過載保護(hù)分離反饋等。我國目前已開始注意機電一體化的研究與應(yīng)用，但在離心機方面也只是剛剛起步。
4、適應(yīng)不同物料及工況的需要，目前國內(nèi)外離心機制造廠又推出來許多不同型號的防爆型離心機，用于易燃易爆場合的物料分離。
1.2.5 臥螺離心機的主要優(yōu)點
1、自動、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運轉(zhuǎn)，維修方便。
2、應(yīng)用范圍廣。它能完成下列分離過程：
（1）固相脫水：對易分離物料，其脫水效果與過濾式離心機一樣好。對含有可壓縮固相的懸浮液，在過濾離心機上分離效果很差，甚至無法分離；用臥螺離心機能完成此分離過程。
（2）液相澄清：它對液相的澄清效果雖然不如分離機，但是可獲得比分離機干得多的沉渣，而允許的懸浮液固相濃度比分離機高的多。
（3）可分離固相重度比液相輕的懸浮液：通常這種物料是用過濾式離心機來分離的，但是當(dāng)固相是可壓縮的物料或濾布清洗、再生有困難時，只有依靠這種結(jié)構(gòu)上稍加改進(jìn)的臥螺離心機進(jìn)行分離。
（4）液—液—固分離：固相含量大于14%的液—液—固混合物，在碟式分離機上就難以分離。一般分離這種物料要先進(jìn)行液—固分離，再進(jìn)行液—液分離。然而，用臥螺離心機可以直接把固相和輕、重液相一次分離。
（5）粒度分級：通過臥螺離心機可以將固相按顆粒大小進(jìn)行分級。
3、對物料的適應(yīng)性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分離得很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動不影響分離的效果。
4、結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機型能在高壓和低溫條件下操作。
5、單機生產(chǎn)能力大(當(dāng)量沉降面積可達(dá)10000平方米，生產(chǎn)能力可達(dá)190立方米每小時)，分離質(zhì)量比較高，操作費用的，占地面積小。
1.2.6 臥旋離心機的主要缺點
1、沉渣的含濕量一般比過濾離心機稍高，大致與真空過濾機相等。
2、沉渣的洗滌效果不好。
3、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價高。
2 臥式螺旋卸料沉降離心機的生產(chǎn)能力計算
2.1 生產(chǎn)能力概述
懸浮液自進(jìn)料口進(jìn)入沉降離心機轉(zhuǎn)鼓后，液相沿轉(zhuǎn)鼓軸向流動至溢流口處溢出轉(zhuǎn)鼓外，其中的固相粒子隨液相作軸向移動外，還在離心力作用下沿徑向沉降。較細(xì)的粒子由于沉降速度較慢，沉降到轉(zhuǎn)鼓壁所需的時間較長。如懸浮液進(jìn)料量過大，軸向流速過快，使較細(xì)粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間少于沉降所需時間，則細(xì)粒子將隨液流溢出轉(zhuǎn)鼓外而不能被分離。因此，沉降離心機的生產(chǎn)能力，應(yīng)理解為能將所需分離的最小固相粒子沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，而不致隨分離液帶出的最大懸浮液流量。這樣，分離因素一定的同一離心機，對于不同的物料或同一物料在不同的分離要求下，生產(chǎn)能力也將是不同的。
2.2 生產(chǎn)能力計算
沉降離心機的生產(chǎn)能力取決于液體的軸向流速和粒子的離心沉降速度，前者由于不同的流動理論而有不同的計算方法，因而得出不同的生產(chǎn)能力計算方法。
（1）按∑理論計算生產(chǎn)能力；
（2）按層流理論計算生產(chǎn)能力；
（3）按線性理論計算生產(chǎn)能力；
此處以∑理論計算臥螺沉降離心機的生產(chǎn)能力。
∑理論是由安布勒（Ambler）于1952年提出的，由于其表達(dá)式簡單，概念明確，一直沿用至今。在保證具有一定澄清度條件下的生產(chǎn)能力Q(m/h)，按照∑理論，對于具有圓錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋型離心機，實際生產(chǎn)能力的計算公式可表達(dá)為：
Q=∑ （1）
式中 Q——實際生產(chǎn)能力，m/h；
——分離效率系數(shù)；
——懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度，m/s；
∑——當(dāng)量沉降面積, ㎡；
2. 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的當(dāng)量沉降面積∑的計算
D
L
L
L
r
h
圖6 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀尺寸
∑= （2）
式中 ——分離系數(shù)；
D——轉(zhuǎn)鼓大端公稱直徑，m；
——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的沉降區(qū)長度，m；
——轉(zhuǎn)鼓錐段的沉降區(qū)長度，m；
L——轉(zhuǎn)鼓沉降區(qū)總長度（+），m；
h——液池深度，m；
r——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑，m；
——取2h/D；
LW400×1200逆流型的主要性能參數(shù)可知如下：
最大分離因素為2580
最大轉(zhuǎn)速為3400 r/min
D=0.4m，=0.542m， 轉(zhuǎn)鼓錐角=8°
液池最大最小深度分別為0.0826m和0.0542m.
且分離因數(shù)與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方成正比，取轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n為2800r/min,則此時分離因數(shù):
=2580×=1736.2
當(dāng)h=0.0826m時：
=2h/D=0.4132, =h/sin8°=0.5935m
∴L=（+）=1.1355m
則 ∑=
=1353.7㎡
2. 懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度
= （3）
式中 ——阻滯情況下的沉降速度修正系數(shù)；
——固相（氧化鐵）密度，㎏/；
——液相（水）密度，㎏/；
——懸浮液的動力粘度，；
——懸浮液中固相顆粒的計算直徑，；
——懸浮液中固相顆粒的粒子形狀修正系數(shù)。
其中 =（1+4.5）
上式中 ——懸浮液中液相動力粘度，；
——固相單位體積濃度；
取 =0.008，=0.15；
則 =0.008（1+4.5×0.15）=0.0134
由表3-7與3-8可取:
=5×10 =2.12 =0.48,查表1－1－5得：
=2.4×10㎏/ =1.0×10㎏/
由上參數(shù)數(shù)值，有：
∴ ==0.48
=1.447×10/s
3. 分離效率數(shù)
可按下列經(jīng)驗公式求得：
=16.42 （4）
式中 ——沉降區(qū)計算長度，m。
對于柱錐型轉(zhuǎn)鼓：=+
=0.542+×0.5935
=0.839m
其它參數(shù)意義同上。
∴
=0.2247
結(jié)合以上各參數(shù)的計算
可得， 生產(chǎn)能力Q=∑=1.585 m/h
同理，當(dāng)h=0.542m時，
3 臥式螺旋卸料沉降離心機的功率計算與電機選擇
3.1 功率計算
臥螺離心機的功率計算及電機選擇是臥螺離心機設(shè)計中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機的工作要求進(jìn)行功率計算，可以合理地確定主、輔電動機的功率，選擇電機及差速器。臥螺離心機的功率消耗與臥螺離心機的類型，操作方式和臥螺離心機的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般情況下，臥螺離心機所需功率包括下幾個方面：
（1）啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率；
（2）啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率；
（3）螺旋輸送沉渣所需功率N。
3.1.1 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率
欲使臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件，由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動能，必須由外界作功，該功為
A= （5）
式中 A——外界所作的功，J；
v ——轉(zhuǎn)動件線速度，m/s；
J——轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量，kg.㎡
∴啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率，為：
= （6）
式中 ——啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率，kW；
t——啟動時間，s；
——臥螺離心機的角速度，rad/s。
而==303.7 rad/s
1. 計算轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量J
① 圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量J
由表1-1-85公式
J= （7）
式中 J——圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量，kg.㎡；
m——旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量，kg；
K——系數(shù)，見表中；
——旋轉(zhuǎn)體的飛輪計算直徑，m。
由表，取K=0.5, =
式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的外徑，m；
——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的內(nèi)徑，m；
取=0.42m, =0.40m, m=80 kg
則 ==0.3364㎡
∴J==3.5743 kg.㎡
② 圓錐段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量J
由Soliworks 2006 作出長度為625mm，大小端直徑分別為424mm和390mm，拔模角為8°，厚為15mm的圓臺殼體。再由質(zhì)量分析得出下列相關(guān)參數(shù)：
零件( Part Configuration - 默認(rèn) ) 的質(zhì)量特性
輸出坐標(biāo)系 : -- 默認(rèn) --
密度 = 0.01 克/立方毫米
質(zhì)量 = 83869.57 克
體積 = 10752508.36 立方毫米
表面積 = 1299409.01 平方毫米
重心 : ( 毫米 )
X = 0.00
Y = 0.00
Z = 283.82
慣性主軸和慣性力矩 : ( 克 * 平方毫米 )
由重心決定。
Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 2301548159.95
Iy = (0.00, -1.00, 0.00) Py = 3811901499.34
Iz = (1.00, 0.00, 0.00) Pz = 3811901499.34
慣性張量 : ( 克 * 平方毫米 )
由重心決定，并且對齊輸出的坐標(biāo)系。
Lxx = 3811901499.34 Lxy = 0.00 Lxz = 0.00
Lyx = 0.00 Lyy = 3811901499.34 Lyz = 0.00
Lzx = 0.00 Lzy = 0.00 Lzz = 2301548159.95
慣性張量: ( 克 * 平方毫米 )
由輸出座標(biāo)系決定。
Ixx = 10567760827.14 Ixy = 0.00 Ixz = 0.00
Iyx = 0.00 Iyy = 10567760827.14 Iyz = 0.00
Izx = 0.00 Izy = 0.00 Izz = 2301548159.95
由上分析可得，其轉(zhuǎn)動慣量P=2.3015 kg.㎡
考慮到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)設(shè)的筋條，取k=1.1,則
J= k. P=2.53 kg.㎡
∴轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量為J= J+ J=5.64 kg.㎡
考慮到螺旋葉片、螺旋軸、螺旋葉片軸等轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，J=kJ
此處取k=1.35
∴所有轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量J=kJ=7.614 kg.㎡
2、啟動時間
取啟動時間t=20s
綜上，啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率
===17.5567kw
3.1.2 啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率
對于連續(xù)進(jìn)料臥螺離心機，加入的物料被分離為沉渣和分離液等組分，可分別求出操作中每種組分所需的功率，然后求其和。
假設(shè)此種分離操作，單位時間內(nèi)排出分離液（水）和沉渣（氧化鐵）2個組分，各組分的質(zhì)量分別為m、m（kg/s），各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出的位置半徑分別為r、r(m)，則使加入物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率為：
= （8）
物料每分鐘移動的距離S為：
S=L×
式中 L——葉片距，m；
——轉(zhuǎn)速差，r/min。
已知L=0.08m, =20 r/min
∴S=L×=1.6m/min
排渣能力可按下式計算：
/60 （9）
式中 G——排渣能力，kg/h；
——沉渣的厚度，m；
其它的參數(shù)同上。
已知G=1800 kg/h,D=0.38m,=2.4kg/m
則代入上式便得：
-0.38+0.002488=0
從中可解出=0.0067m
又 =-
式中 ——液池的平均厚度，m；
——液池中水的厚度，m；
已知=0.065m,則=-=0.0583m
∴ r=D/2－-/2=0.1745m
r= D/2－/2=0.1962m
根據(jù)排渣能力的定義，可得
m==0.5 kg /s
由物料中分離液與沉渣的體積比，可得
m=
式中 ——固相單位體積濃度；
——固相（氧化鐵）密度，㎏/
——分離液（水）的密度，kg/m。
其中, =0.15，=2.4kg/m，=1.0kg/m
∴ m=1.181kg /s
綜上可得，啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率
=
=
=2.546kw
3.1.3 螺旋輸送沉渣所需功率
對于螺旋卸料離心機，螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機外，螺旋輸送沉渣時所需功率大小與螺旋葉片和轉(zhuǎn)鼓軸線的相對位置有關(guān)，本機中螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)軸線，故卸料功率應(yīng)包括：
1、 克服沉渣產(chǎn)生的離心力沿轉(zhuǎn)鼓圓錐段母線的分力所消耗的功率：
kW （10）
2、 克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗的功率：
kW （11）
3、 克服沉渣與螺旋葉片摩擦所消耗的功率：
kW （12）
螺旋輸送沉渣消耗的總功率為以上三項功率之和，即：
= kW （13）
式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓錐段的平均內(nèi)半徑，m，=；
——出渣口處轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑，m；
——轉(zhuǎn)鼓圓錐大端內(nèi)半徑，m；
H——轉(zhuǎn)鼓的長度，m；
Z——螺旋葉片的圈數(shù)；
——沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁的摩擦系數(shù)，一般為0.3～0.85；
——沉渣與螺旋葉片的摩擦系數(shù)，一般為0.15～0.4；
G——按螺旋排渣能力計算的生產(chǎn)能力，kg/s。
其中，=0.1142m, =0.20m
∴==0.1571m
H=1.20m，Z=14，排渣能力G=1800/3600=0.5 kg/s，取=0.6，=0.3
綜合以上各參數(shù)，得螺旋輸送沉渣所需功率N：
=
=4.22kW
3.2 電機選擇
考慮到摩擦與效率，以上，，修正為：
（14）
式中 ——軸承效率；
——考慮到克服轉(zhuǎn)鼓物料和空氣摩擦的效率；
——V帶傳動效率。
式中 各參數(shù)同上。
式中 ——擺線針輪減速器的效率；
其它參數(shù)同上。
由表1－7
取=0.98，=0.985，=0.96，=0.92
分別計算，，：
=18.945kW
=2.744kW
=4.872
得該臥旋離心機的計算總功率為：
==26.561kW
由于離心機是連續(xù)工作的，且一般選用滿載時較低速的；考慮到以后作業(yè)率的提高，要求電機功率要留有一定的余量，則選用電機：
電動機型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速
Y220L-4-B5， P=30kW， =1470r/min
4 V帶設(shè)計計算
4.1 帶動轉(zhuǎn)鼓的V帶設(shè)計計算
已知電動機帶動轉(zhuǎn)鼓以及物料的功率P=21.698kW，轉(zhuǎn)速 =1470r/min，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（從動輪轉(zhuǎn)速）為2800，傳動比i=2（增速傳動）每天工作10小時以上。
1.確定計算功率
=P （21）
式中 ——計算功率，kW；
——工作情況系數(shù)；
P——傳遞的額定功率，kW；
由表8-6，得工作情況系數(shù)=1.4，則：
=P=30 kW
2.選擇V帶的帶型
根據(jù)，，選用B型。
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑并驗算帶速
(1)8-6表8-8選取小帶輪基準(zhǔn)直徑：=178mm
(2)驗算帶速v：
=27.4 m/s﹤30 m/s
∴帶的速度合適
(3)從動輪基準(zhǔn)直徑
= i=355mm
4. 確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和中心距
根據(jù)0.7(+)﹤﹤2(+),
初步確定=600mm
根據(jù)=2+
式中 ——初步確定的中心距，mm。
得=2249
由表8-2選帶的基準(zhǔn)長度=2800mm
計算實際中心距a:
a=+=976mm
5、驗算從動輪上的包角
=180°-57.3/a=169.54°>90°
故從動輪上的包角合適。
6、計算普通V帶的根數(shù)
（23）
式中 ——單根V帶的基本額定功率，kW;
——計入傳動比的影響時，單根V帶額定功率的增量，kW;
——包角系數(shù)；
——長度系數(shù)；
機械設(shè)計手冊查表13-1-18得：
=5.76kW
機械設(shè)計手冊查表13-1-21,13-1-22得：
得=0.98，=1.05
∴ =5.04
取Z=5根
7．計算預(yù)緊力
（24）
式中 ——預(yù)緊力，N；
q——傳動帶單位長度的質(zhì)量，kg/m；
其它參數(shù)同上。
由表13-1-23得q=0.17 kg/m
∴
=248.92N
8、計算作用在軸上的壓軸力
（25）
式中 ——作用在軸上的壓軸力，N；
其它參數(shù)同上。
則有：
=2464.308N
結(jié)構(gòu)設(shè)計略。
4.2 帶動螺旋輸送器的V帶設(shè)計計算
已知電動機為螺旋輸送器提供的功率=4.872kW，電動機的轉(zhuǎn)速=2382r/min, 傳動比=1.2174（減速傳動），一天運轉(zhuǎn)16小時以上，設(shè)計一普通V帶傳動。
由此可知，從動輪的轉(zhuǎn)速==1957r/min。
1、 確定計算功率
=
由表8-6，得工作情況系數(shù)=1.4，故
==6.82kW
2、 確定普通V帶帶型
根據(jù)、，由圖8-8確定選用B型。
3、 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由表8-3和表8-7取主動輪基準(zhǔn)直徑：=170mm。
則從動輪基準(zhǔn)直徑：
==206.9mm
根據(jù)表8-7，取=200mm。
驗算帶的速度：
=21.19m/s﹤25m/s
∴帶的速度合適
4、確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和中心距
帶所需的基準(zhǔn)長度為：
=2+
根據(jù)0.7(+)﹤﹤2(+),初步確定=400mm。
∴ =2+=1382mm
由表8-2選帶的基準(zhǔn)長度=1400mm。
計算實際中心距a:
a=+=409mm
5、驗算主動輪上的包角
=180°+=175.8°﹥120°
∴主動輪上的包角合適。
6、計算普通V帶的根數(shù)
查表8-5a和表8-5b得：
=4.8kW, =0.3kW
查表8-8，得=0.99；查表8-2，得=0.90
∴ =1.504
由于此V帶傳動用于離心機，且此離心機的回轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)到3500r/min，故考慮到此V帶的壽命，取其Z=3根。
7、計算預(yù)緊力
由表8-4得q=0.17 kg/m
∴ =162.14N
8、計算作用在軸上的壓軸力
結(jié)合以上計算所得各參數(shù)的值，得：
=972.19N
5 轉(zhuǎn)鼓壁厚度校核
離心機轉(zhuǎn)鼓是一個每分鐘轉(zhuǎn)動數(shù)百至數(shù)萬轉(zhuǎn)以上的高速回轉(zhuǎn)。高速回轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)要產(chǎn)生很大的應(yīng)力，這些應(yīng)力是由于高速回轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)壁金屬的自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，及在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上所附帶著的篩網(wǎng)、物料和液體層所產(chǎn)生的離心力都作用在鼓壁上，使轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。因此，轉(zhuǎn)鼓的強度計算必須同時考慮這幾部分離心力所產(chǎn)生的應(yīng)力。
離心機的轉(zhuǎn)鼓是一個組合部件，由筒體、頂蓋及鼓底等幾部分組合而成的。此臥旋離心機是不開孔的整體轉(zhuǎn)鼓。因此，在轉(zhuǎn)鼓中沒有篩網(wǎng)等附件，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的應(yīng)力，是由轉(zhuǎn)鼓金屬的自身質(zhì)量及轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的質(zhì)量在高速回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力而引起的應(yīng)力之和。
對于柱—錐型轉(zhuǎn)鼓，在圓錐段，其徑向應(yīng)力及周向應(yīng)力的最大值均在圓錐的大端。因此，在校核圓錐段轉(zhuǎn)鼓強度時，只需要校核圓錐大端壁內(nèi)的應(yīng)力。
圓錐大端的徑向應(yīng)力為：
= （N/㎡） （15）
圓錐大端的周向應(yīng)力為：
=
= （N/㎡） （16）
令 ，
則 （N/㎡）
按第三強度理論：。在離心機轉(zhuǎn)鼓中周向總應(yīng)力為最大，其次是徑向總應(yīng)力，最小者為經(jīng)向應(yīng)力，其值等于零。因此，圓錐段轉(zhuǎn)鼓的強度條件為：
∴圓錐段轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足：
（m） （17）
同理，圓柱段轉(zhuǎn)鼓壁厚應(yīng)滿足：
（m） （18）
因不大于1，則應(yīng)優(yōu)先滿足圓錐段轉(zhuǎn)鼓，則整個柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足：
（m） （19）
式中 ——整個柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁，m；
——筒體中流體物料的密度，kg/m；
——筒體壁金屬材料的密度，kg/m；
——筒體的回轉(zhuǎn)角速度，rad/s；
R——筒體的內(nèi)半徑，m；
r——圓筒體中回轉(zhuǎn)時流體的自由表面半徑，m；
K——轉(zhuǎn)鼓中物料的填充系數(shù)，K=；
——焊縫的強度系數(shù)；
——轉(zhuǎn)鼓壁材料的許用應(yīng)力，N/㎡。
其中，許用應(yīng)力選取下列兩值中的較小者：
=； = （20）
式中 ——設(shè)計溫度下材料的屈服極限，N/㎡；
——設(shè)計溫度下材料的強度極限，N/㎡；
——屈服極限的安全系數(shù),一般為2～2.5；
——強度極限的安全系數(shù),一般為3.5～4。
由表3-1-7，35（調(diào)質(zhì)），取：
=275MPa, =500 MPa
取 =2.3, =3.8
則 =119.6 MPa , =131.6 MPa
∴取 =119.6 MPa=1.196 N/㎡
根據(jù)固相單位體積濃度=0.15:
==1.21 kg/m；
= 7.85 kg/m；R=0.19m；
r取最小值即轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料最多時，r=0.1115m；
取最高轉(zhuǎn)速時的回轉(zhuǎn)角速度，==366.5 rad/s。
∴K==0.656
由于此處轉(zhuǎn)鼓是鑄造件，∴取=1
=3.81 N/㎡； =0.154
∴=0.00452m=4.52mm
由于轉(zhuǎn)鼓實際壁厚為15mm, ∴此轉(zhuǎn)鼓壁厚滿足強度條件，可取
6 擺線針輪差速器設(shè)計計算
6.1 擺線針輪差速器概述
在螺旋卸料離心機中，離心沉降分離出的沉渣沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的縱向移動，是靠螺旋相對轉(zhuǎn)鼓導(dǎo)前或滯后的旋轉(zhuǎn)運動來實現(xiàn)的。為了保證轉(zhuǎn)鼓和螺旋以不同的角速度同向回轉(zhuǎn)，并得到最佳的轉(zhuǎn)差值，因此，螺旋卸料離心機從電動機到工作機之間都需要一個傳動裝置，已不再采用簡單傳動組成的開式運動鏈。為了避免功率上的大量損失，以及得到緊湊的輕結(jié)構(gòu)，故現(xiàn)代螺旋卸料離心機的傳動裝置都廣泛地采用了以行星傳動為基礎(chǔ)，由轉(zhuǎn)鼓、物料和螺旋間形成的摩擦而構(gòu)成的封閉運動鏈。
差速器傳動裝置是螺旋卸料離心機中最復(fù)雜而又極為重要的部件，其性能和質(zhì)量往往決定著整個機器的工作能力和可靠性。欲設(shè)計出體積小、重量輕、可靠耐用、效率高的差速器，就必須正確選擇傳動類型，精確合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算，精密制造齒輪、行星輪軸承和轉(zhuǎn)臂等主要構(gòu)件，并嚴(yán)格進(jìn)行動平衡，這樣設(shè)計制造的傳動裝置，才能使螺旋卸料離心機在生產(chǎn)中得到正常的運轉(zhuǎn)。
擺線針輪行星減速器具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、效率高、工作可靠、壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、及過載能力大等優(yōu)點。由于以上優(yōu)點，這種減速器在許多情況下可代替二級、三級普通齒輪減速器及蝸桿減速器，在冶金、礦山、石油、化工、船舶、輕工、食品、紡織、印染，起重運輸以及軍工等許多部門得到日益廣泛的應(yīng)用。
圖7 擺線針輪行星傳動原理
擺線針輪行星傳動的示意圖，如圖7所示。
假設(shè)行星架X不動，則轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比為：
（26）
針輪P固定時，=0，代入上式得
（27）
這種傳動， 即
（28）
當(dāng)行星輪C不轉(zhuǎn)動時，=0，有
（29）
以上各式中 ——行星架X不動時，轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比；
——針輪P固定時，轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比；
——行星輪C不轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比；
——行星輪C的角速度，rad/s；
——針輪P的角速度, rad/s；
——行星架X的角速度, rad/s；
——行星輪C的齒數(shù)；
——針輪P的齒數(shù)。
通常工作狀態(tài)為針輪P固定，傳動比等于行星輪齒數(shù)，行星輪C與行星架X的轉(zhuǎn)向相反。
當(dāng)行星架X主動時，行星輪C以絕對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)減速。為了將行星輪的轉(zhuǎn)速傳到固定軸線的從動軸F上去，中間必須加一種傳動比等于1的等角速度的傳動機構(gòu)，這種機構(gòu)稱為輸出機構(gòu)（圖6中的W）。
此設(shè)計中是當(dāng)針輪P固定時：
=
式中 ——當(dāng)針輪P固定時，行星架X的轉(zhuǎn)速，即擺線針輪減速器輸入軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
——當(dāng)針輪P固定時，行星輪C的轉(zhuǎn)速，即擺線針輪減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
即以針輪P為參考系時，行星架X的轉(zhuǎn)速與行星輪C的轉(zhuǎn)速，此時取行星輪C的相對轉(zhuǎn)速為正，則：
=； =
式中 ——轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，r/min；
——小帶輪的轉(zhuǎn)速，r/min；
——轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速與螺旋輸送器的絕對轉(zhuǎn)速之差，r/min。
取=20 r/min，又=2800 r/min，=1957 r/min
∴==－42.15
取實際傳遞比i=-42
則 實際轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速與螺旋輸送器的絕對轉(zhuǎn)速之差：
==20.071 r/min
此處相對于波動誤差小于5%
故實際轉(zhuǎn)速之差仍可取為=20 r/min。
6.2 擺線針輪行星差速器參數(shù)的確定
已知：輸入功率==4.872kW，輸入軸轉(zhuǎn)速=943r/min，傳動比的大小i=42，每天工作16小時以上，工作平穩(wěn)。設(shè)計一擺線針輪行星減速器。
1．確定傳動的結(jié)構(gòu)形式
確定根據(jù)使用要求，選用臥式不帶電機型（非直聯(lián)型）；針輪固定。
2．確定擺線輪、針輪的齒數(shù)
擺線輪齒數(shù) =47
針輪齒數(shù) =48
3．確定主要零件的材料
擺線針輪材料
G15，58～62HRC
圓柱銷材料
G15，58～62HRC
圓柱套材料
G15，58～62HRC
針齒銷材料
G15，58～62HRC
針齒套材料
G15，58～62HRC
針齒殼材料
HT200
機座材料
HT200
4. 確定針輪直徑
=2（0.85～1.3） （30）
T= （31）
式中 ——針輪直徑，mm；
T——輸出轉(zhuǎn)矩，N·mm；
——輸入功率，kW；
——輸入軸轉(zhuǎn)速，r/min；
——擺線針輪減速器的效率。
由表1－7查得=0.92；
則 T==2.133 N·mm
則：=2×1.1=283.2mm
取 =285mm
5. 確定短幅系數(shù)和偏心距
A=