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水泥機(jī)械——輥壓機(jī)設(shè)計(jì)
ROLLER PRESS DESIGN OF CEMEN MACHINERY
摘要
輥壓機(jī)是目前最為先進(jìn)的粉磨設(shè)備，然而在實(shí)際生產(chǎn)過程中卻發(fā)現(xiàn)其存在著各種各樣為更好地解決輥壓機(jī)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在問題，使其擁有更加合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)，本文將重點(diǎn)研究輥壓機(jī)的工作機(jī)理，并確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)的計(jì)算方法。運(yùn)用輥壓機(jī)對現(xiàn)有的圈流粉磨系統(tǒng)進(jìn)行改造，增強(qiáng)整個(gè)粉磨系統(tǒng)，以得到良好的節(jié)能增產(chǎn)效果。
本文在研究高壓料層粉碎理論的基礎(chǔ)上深入分析輥壓機(jī)的作業(yè)原理與方式。通過理論及對作用力的研究確定了輥壓機(jī)的寬徑比、輥速、輥隙、喂料粒度、喂料角、拉入角及生產(chǎn)能力等技術(shù)參數(shù)的計(jì)算方法，以此確定更加合理的技術(shù)參數(shù)確保本次輥壓機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)化性能更高。
關(guān)鍵詞 輥壓機(jī)；粉磨系統(tǒng)；技術(shù)參數(shù)；節(jié)能增產(chǎn)
Abstract
Roller press is the most advanced grinding equipment, but in the actual production process, but found there were wide as to better address the roller press in the presence of design and application problems, it has a better structure design, give full play to the advantages of energy saving, this paper will focus on the working mechanism of the roller press, and to determine the method of calculation of the relevant technical parameters. Using existing roller press grinding system to transform, enhance the overall grinding system, in order to obtain a good energy yield.
Based on the analysis of the working principle of roller press on the principle ofcrushing material layer, based on calculating method, the roller width diameter ratio, roll gap, rolling speed, feed angle, feed size, pull in angle and production capacity, technical parameters, methods to determine the technical parameters of roller press is more reasonable.
Keywords Roller press Grinding system Technical parameters Energy saving
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 輥壓機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題 1
1.3 選題意義及研究內(nèi)容 2
2 輥壓機(jī)結(jié)構(gòu)概述及工作原理 3
2.1 結(jié)構(gòu)概述 3
2.2 工作原理 4
2.3 物料在輥壓機(jī)中的粉碎過程 5
3 輥壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 7
3.1 輥壓機(jī)設(shè)計(jì)要求 7
3.2 輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)的計(jì)算與選擇 8
3.2.1輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù) 8
3.2.2輥壓機(jī)的生產(chǎn)能力分析 8
3.2.3輥壓機(jī)輥徑、輥寬的確定 9
3.2.4輥壓機(jī)的速度分析 12
3.2.5輥壓機(jī)輥隙的選擇 13
3.2.6拉入角計(jì)算 13
3.2.7粉磨力的確定 15
3.2.8輥?zhàn)愚D(zhuǎn)矩與傳動(dòng)功率計(jì)算 15
3.2.9輥壓機(jī)的功率 16
3.3 輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)歸納 16
4輥壓機(jī)主要裝置方案設(shè)計(jì) 17
4.1機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.2 輥?zhàn)?18
4.3 浮動(dòng)端輥?zhàn)又?18
4.4扭矩支撐 19
4.5 輥端擋板 20
4.6喂料裝置 21
4.7 液壓系統(tǒng) 22
4.8 集中潤滑裝置 25
5 輥壓機(jī)配套設(shè)備的選型 26
5.1電動(dòng)機(jī)功率確定 26
5.2輥壓機(jī)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)工作原理及選型 26
5.2.1減速機(jī)的工作原理： 26
5.2.2輥壓機(jī)減速器的選型 27
5.3 輥壓機(jī)聯(lián)軸器的選擇 28
5.4輥壓機(jī)輥?zhàn)又尾枯S承 29
6輥壓機(jī)改造系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 31
6.1 輥壓機(jī)增產(chǎn)節(jié)能效果的驗(yàn)證 32
6.1.1輥壓粉磨系統(tǒng)電耗 32
6.1.2輥壓機(jī)增效系數(shù) 33
6.1.3輥壓粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量 34
6.2 輥壓機(jī)其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 35
結(jié)論 36
致謝 37
參考文獻(xiàn) 38
39
1 緒論
1.1 概述
輥壓機(jī)水泥圈流粉磨系統(tǒng)節(jié)能增產(chǎn)效果的突出，為其在世界現(xiàn)有粉磨加工設(shè)備中贏得最好的評價(jià)與最先進(jìn)設(shè)備的桂冠。輥壓機(jī)的作業(yè)方式及結(jié)構(gòu)決定了它對于各類物料及物料顆粒尺寸研磨范圍極大，適應(yīng)性強(qiáng)，在除水泥生產(chǎn)行業(yè)之外也表現(xiàn)突出。近年來，在中國乃至全世界，輥壓機(jī)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)在各種規(guī)格預(yù)粉磨、半終粉磨、終粉磨中得到了廣泛的推廣。[1]
本文在結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，充分考慮節(jié)能、增產(chǎn)等因素的條件下，吸收國內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用輥壓機(jī)的粉磨系統(tǒng)來優(yōu)化改造現(xiàn)有的圈流粉磨系統(tǒng)，以此滿足各類型、規(guī)模粉磨加工系統(tǒng)的需求。
1.2 輥壓機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題
1.
上世紀(jì)末葉，隨著世界工業(yè)生產(chǎn)力的高速發(fā)展，及能源供應(yīng)方面的欠缺。提高能源利用率的可持續(xù)化作業(yè)成為擺在各大國重工行業(yè)和科研工作者面前的難題。對于粉磨行業(yè)而言，如何改進(jìn)或取代當(dāng)時(shí)高能耗，低效率的管磨式生產(chǎn)方式成為首要任務(wù)。1977年，Clausthal大學(xué)礦石冶煉教授Schonert申報(bào)了高壓料層粉磨專利，此后KHD和POLYSIUS公司聯(lián)合收購了此項(xiàng)專利，轉(zhuǎn)而投入新型設(shè)備的研發(fā)中。1985年，世界首臺(tái)商用型輥壓機(jī)面世，它在高效、節(jié)能方面表現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢使其迅速在世界粉磨行業(yè)中打開市場[1]。因此，在粉磨技術(shù)上，輥壓機(jī)的誕生被認(rèn)為是粉碎工程的一次革命性突破與飛躍。
1987年，原天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院等企業(yè)先后從國外引入輥壓機(jī)以及相關(guān)設(shè)計(jì)制造技術(shù)。兩年后，國內(nèi)首臺(tái)實(shí)用輥壓機(jī)TRP100/25投產(chǎn)。從引進(jìn)之初的設(shè)計(jì)受限、推廣困難，到如今的快速發(fā)展、應(yīng)用廣泛，實(shí)現(xiàn)了我國又一次的工業(yè)轉(zhuǎn)型[3]。近年來，經(jīng)過對國外先進(jìn)技術(shù)的吸收及自我改進(jìn)、創(chuàng)新，國內(nèi)輥壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)有了長足進(jìn)步，各系列、型號輥壓機(jī)發(fā)展全面。最高單產(chǎn)達(dá)；最大輥?zhàn)又睆匠?；其設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先世界。
2.輥壓機(jī)設(shè)用中存在的問題
在輥壓機(jī)及粉磨技術(shù)已相對完善的今天，隨著科技的不斷進(jìn)步，我們?nèi)匀荒茉趯?shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)中存在著尚待強(qiáng)化解決的不足點(diǎn)。發(fā)展至今，輥壓機(jī)雖然在實(shí)際生產(chǎn)中不斷地改造、完善，但是還是存留一些難以解決的問題：
1）
技術(shù)參數(shù)是輥壓機(jī)在粉磨系統(tǒng)中尤為重要的一環(huán)，直接關(guān)系到其在粉磨系統(tǒng)中所占的地位，與節(jié)能增產(chǎn)和粉磨效果有密不可分的關(guān)系。科技越發(fā)達(dá)，對技術(shù)參數(shù)的要求也越高，輥壓機(jī)設(shè)計(jì)階段的測試分析也就越復(fù)雜。雖然目前世界各大輥壓機(jī)設(shè)計(jì)商均建有實(shí)驗(yàn)臺(tái)，但對于輥壓機(jī)參數(shù)優(yōu)化的問題還需很長時(shí)間的研究。[2]
2）
因?yàn)檩亯簷C(jī)作業(yè)過程中，物料顆粒的不規(guī)則性及高液壓推力造成的機(jī)械振動(dòng)、機(jī)架變形、強(qiáng)度疲勞等不利因素，導(dǎo)致整個(gè)粉磨系統(tǒng)處于并非完全安全的作業(yè)環(huán)境之下。因而設(shè)計(jì)輥壓機(jī)的前提條件是擁有能夠吸收高強(qiáng)度擠壓的機(jī)體。
3）
為追求產(chǎn)量的提高，輥壓機(jī)越來越大型化，相應(yīng)的其輥?zhàn)淤|(zhì)量也越大，對于承載輥?zhàn)拥妮S承及軸承座的要求也越高。普通雙列滾子軸承難以承載大型輥?zhàn)硬⒋_保其穩(wěn)定的運(yùn)行，所以在社會(huì)實(shí)踐中逐漸提出了四列式圓柱輥?zhàn)虞S承。這種軸承在體積小，質(zhì)量輕的前提下確保了負(fù)載能力與穩(wěn)定，然而，測試結(jié)果顯示其在高壓力連續(xù)工作情況下的使用壽命沒有達(dá)到預(yù)期，所以在支撐軸承壽命問題設(shè)計(jì)的方面還有待提高。
1.3 選題意義及研究內(nèi)容
1.選題意義
最近幾年，水泥輥磨終粉磨技術(shù)日臻完善，新型建筑材料行業(yè)均采用輥壓機(jī)技術(shù)，其中印度，越南等新興市場尤為突出。但是目前輥壓機(jī)中存在的許多細(xì)微問題都限制了輥壓機(jī)持續(xù)優(yōu)化。在追求工業(yè)4.0的當(dāng)代社會(huì)，單產(chǎn)能耗比、適應(yīng)性及污染度直接決定了機(jī)械產(chǎn)品受市場的追捧的程度。輥壓機(jī)是一種從誕生之初就被廣泛認(rèn)可的新型粉磨設(shè)備，其在水泥生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用效果顯著。相較于傳統(tǒng)圈流粉磨系統(tǒng)，輥壓機(jī)系統(tǒng)使水泥熟料粉磨電耗降低30%，增產(chǎn)50%左右。我國設(shè)計(jì)研發(fā)人員也應(yīng)加倍努力，優(yōu)化改造自己的產(chǎn)品，縮小與國外先進(jìn)機(jī)械行業(yè)的差距，及早趕上輥壓機(jī)粉磨技術(shù)的世界先進(jìn)水平。
生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，物料在輥壓機(jī)腔體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、能耗及粉碎效果三者間存在直接關(guān)系。因而，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，嚴(yán)謹(jǐn)分析輥?zhàn)舆\(yùn)作規(guī)律，對輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)的研究是尤為必要的。
2.研究內(nèi)容
更加合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)算法選擇是解決輥壓機(jī)目前已展現(xiàn)出的問題的最佳途徑。但是由于我個(gè)人能力水平有限，所涉及的專業(yè)性研究儀器不足，本次的設(shè)計(jì)并不能完美解決上述問題。鑒于此，本文的主要研究內(nèi)容如下：
1）引進(jìn)輥壓機(jī)設(shè)備改造原有圈流粉磨系統(tǒng)。
2）研究高壓料層粉碎理論以及物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定相關(guān)（如輥徑比，輥速等）的計(jì)算方法。
3）減速器、聯(lián)軸器、電機(jī)等設(shè)備的選型；液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
4）對優(yōu)化后的聯(lián)合粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。
2 輥壓機(jī)結(jié)構(gòu)概述及工作原理
2.1 結(jié)構(gòu)概述
輥壓機(jī)的外形構(gòu)造類似于雙輥破碎機(jī)，原理也大致相同。輥壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)由機(jī)架、輥?zhàn)印⑤S承及軸承座組成；進(jìn)給料裝置、液壓及傳動(dòng)系統(tǒng)連接在機(jī)架之上形成輥壓機(jī)。其余如冷卻潤滑裝置，安全欄等都為輔助裝置。
1） 機(jī)架：輥壓機(jī)的基礎(chǔ)部件。由左右板等結(jié)構(gòu)件焊接而成。結(jié)構(gòu)如圖2-1所示
圖2-1 輥壓機(jī)機(jī)架
2） 擠壓輥裝置：擠壓輥裝置是由一固定輥?zhàn)?，一浮?dòng)輥?zhàn)右约耙徽椎妮^為復(fù)雜的軸承（套）、軸承座組成的，是輥壓機(jī)的主要加工部。其輥面形式和質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響物料成品質(zhì)量?，F(xiàn)在常用的輥面形式有V型，點(diǎn)陣型和網(wǎng)格型。如下圖2-2所示。
圖2-2 輥?zhàn)?
3） 進(jìn)給料裝置：由導(dǎo)料節(jié)器、緩沖部分等組成，與料倉調(diào)節(jié)閥門相連。該裝置用以保證物料均勻、定量、平穩(wěn)的進(jìn)入粉磨區(qū)。如圖2-3所示。
圖2-3 進(jìn)給料裝置
4）傳動(dòng)系統(tǒng)：主要由電動(dòng)速器和萬向聯(lián)軸器組成。
5）液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)與浮動(dòng)輥軸承座想鏈接，為浮動(dòng)輥提供水平推力，一形成高壓內(nèi)環(huán)境。該系統(tǒng)工作狀況直接影響物料擠壓粉碎效果。
6）冷卻系統(tǒng)：降低輥?zhàn)优c軸承、軸承座之間的摩擦熱，提高機(jī)械使用壽命。
7）潤滑系統(tǒng)：降低輥?zhàn)优c軸承、軸承座以及其他運(yùn)動(dòng)部位之間的摩擦因數(shù)，減少機(jī)械磨損。
8）其他輔助裝置。如輥罩、安全欄等。
2.2 工作原理
如圖2-1所示，輥壓機(jī)主要是通過四個(gè)大型滾動(dòng)軸承將兩個(gè)速度相同、彼此平行，相向轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)咏M成的。其中一輥?zhàn)訛楣潭ㄝ?，另一輥?zhàn)訛榕c液壓缸相連的浮動(dòng)輥?zhàn)?，其軸承座可沿機(jī)架做水平移動(dòng)。工作時(shí)靠兩個(gè)擠壓輥的復(fù)合運(yùn)動(dòng)把物料擠壓成細(xì)粉。物料從導(dǎo)料口均勻喂入輥壓機(jī)機(jī)腔，在輥?zhàn)颖砻娴膸?dòng)下開始向下運(yùn)動(dòng)，液壓缸提供的壓力經(jīng)復(fù)工輥?zhàn)觽鬟f至物料，并逐漸使物料顆粒擠壓破碎。在經(jīng)過最小輥間隙點(diǎn)后，物料出現(xiàn)微裂效果，并呈現(xiàn)為密實(shí)的扁平料片，。且料片機(jī)械強(qiáng)度極低，易碎而含有大量細(xì)粉。
圖2-1 輥壓機(jī)工作原理圖
輥壓機(jī)與傳統(tǒng)水泥粉磨機(jī)械相比，擁有以下特點(diǎn)：
1） 高效、節(jié)能、增產(chǎn)
輥壓機(jī)對單位礦石的粉磨耗能約為，同比能耗降低20%～50%。產(chǎn)量方面，引用輥壓機(jī)的粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)量同比增長30%～50%，甚至更高。
2） 可粉磨高水分含量物料
在非水泥加工行業(yè)，對于輥壓機(jī)而言，粉磨含水物料（含水量小于10%）優(yōu)于干燥物料。因?yàn)樵诜勰ズ锪蠒r(shí)，物料可自行生成輥面料墊，利于提高輥?zhàn)邮褂脡勖?
3）輥壓機(jī)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，易于改造及零部件更換。自動(dòng)工作監(jiān)控系統(tǒng)使得操作極為簡便。
4）現(xiàn)有的網(wǎng)格式輥面耐磨性能高
5）生產(chǎn)環(huán)境好。
整體裝置密封良好，靜壓破碎，防止粉塵飛漫。設(shè)備振動(dòng)噪音相對于傳統(tǒng)機(jī)械小，極大改善了工人的工作環(huán)境。
2.3 物料在輥壓機(jī)中的粉碎過程
物料在輥壓機(jī)內(nèi)，大致上經(jīng)過“預(yù)壓——層壓粉碎——密結(jié)”三個(gè)交互作用的粉碎階段，最終形成成品[8]。如圖2-2所示。
預(yù)壓滑移階段
1）
物料在重力及摩擦力作用下向下做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入輥壓機(jī)內(nèi)腔。料層為不規(guī)則的大顆粒礦物物料組成的松散體，具有較高的空隙和松散度。此時(shí)加載開始，載荷低于30MPa。在外力作用下，物料產(chǎn)生顆粒間滑移，彼此填充空隙并重新排列，使物料層密度提高。這一階段物料相對輥?zhàn)拥膲毫^小，物料與輥面間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，磨損輥面，磨損形式主要為溝犁磨損。
料層粉碎階段
2）
密結(jié)階段
物料層密實(shí)后，顆粒變小，密度增大，破碎發(fā)生。物料與輥面呈線性接觸，此階段壓力大致在之間。繼而由于壓力增加幅度大于物料顆粒位移形變幅度，物料顆粒發(fā)生破裂。使得細(xì)微顆?；蚍勰ヌ畛溆陂g隙中，物料與輥?zhàn)娱g接觸面積增加，也加快了壓力的傳遞。
3）
隨著輥?zhàn)娱g隙持續(xù)減小，物料顆粒內(nèi)分子應(yīng)以被迫急劇升高，分子活動(dòng)性加強(qiáng)。分子間力不足以維持物料原顆粒形態(tài)，從而使顆粒自內(nèi)部碎裂。這一時(shí)期輥間壓力在之間，促使物料形成餅狀，實(shí)現(xiàn)料間粉碎。
圖2-2 物料在輥壓機(jī)中的運(yùn)動(dòng)過程
3 輥壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 輥壓機(jī)設(shè)計(jì)要求
現(xiàn)有一圈流粉磨系統(tǒng)由離心式選粉機(jī)與一臺(tái)Φ3.2×13m水泥磨組成。生產(chǎn)泥時(shí)，產(chǎn)。細(xì)度為，相篩的篩。由實(shí)際加工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果可得知料在輥壓前后的Bond功指數(shù)分，料餅?！，F(xiàn)有數(shù)據(jù)如表3-1。
本文將引機(jī)對現(xiàn)有的圈統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，設(shè)計(jì)確定該臺(tái)輥壓機(jī)相應(yīng)的技參數(shù)、格，并驗(yàn)證其增產(chǎn)能力，單位電耗及經(jīng)濟(jì)效益。
序號
項(xiàng)目
#525G水泥
1
原圈流系統(tǒng)產(chǎn)量Q（t/h)
33
2
未經(jīng)輥壓物料的邦德功指數(shù)W。(kWh/t)
20.23
3
輥壓后物料的邦德功指數(shù)W1(kWh/t)
14.80
4
小于90um的細(xì)粉含量（%）
23.65
5
換算成80um的細(xì)粉含量a。（%）
22
6
小于80um顆粒的通過量c(%)
96
7
系統(tǒng)生產(chǎn)能力：
未知
注：1.當(dāng)80um篩的篩，則通過量c=0.96。
2.因在實(shí)際測試中，各水泥加工廠篩析選用的篩孔有差異（通常有80um和90um兩種）。為方便計(jì)算及統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)準(zhǔn)，需按圖3-1所示關(guān)系進(jìn)行換算：
由圖可知，使用篩孔產(chǎn)品細(xì)粉率時(shí)，折合80um篩孔的細(xì)粉率為。
3.2 輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)的計(jì)算與選擇
3.2.1輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)
設(shè)計(jì)資料顯示輥壓機(jī)，這樣就能夠計(jì)算出本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的。為保證聯(lián)合式圈流粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)整體的操作穩(wěn)定性和物料的利用率和產(chǎn)量最大化，需要返回的成品料及輥邊漏料，在這種方式地作業(yè)情況下，腔內(nèi)物料細(xì)粉通。所以，在生時(shí)，輥壓機(jī)的通過量。因而，此次輥壓機(jī)課題設(shè)計(jì)中，最終設(shè)計(jì)通過量標(biāo)準(zhǔn)，或者說其預(yù)定產(chǎn)能為右。產(chǎn)能確定后，便可充當(dāng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)確定其余技術(shù)參數(shù)。
3.2.2輥壓機(jī)的生產(chǎn)能力分析
設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)直接決定了輥壓機(jī)的生產(chǎn)能力，產(chǎn)能表示的是單位時(shí)間內(nèi)成品顆粒在腔體內(nèi)的通過量。這樣看來，其決定因素是通過速度和料餅截面面積，通過速度可視作輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速，截面面積則是長寬之積，亦即輥面寬度和最小輥隙之積。所以輥隙、輥寬、輥速是決定產(chǎn)能的三要素。成品并不代表合格品，其中參雜很多廢料顆粒，但是在相同條件下，成品合格率大致是固定的，所以產(chǎn)能便作為可評判輥壓機(jī)效益優(yōu)劣的指標(biāo)而受到世界各大企業(yè)的認(rèn)可。
式(3.1)
式中：
。
由工作原理，可推算出料餅厚度計(jì)算公式：
式(3.2)
帶入式（3.1）得：
式(3.3)
從公式（3.3）可以看出：輥壓機(jī)的產(chǎn)能Q與B、D、以及成正比關(guān)系，而輥壓機(jī)拉入角和物料自身密度性質(zhì)也影響著產(chǎn)能大小。如此復(fù)雜的產(chǎn)能確定因素使得各參數(shù)設(shè)定時(shí)必須相互參照調(diào)節(jié)以達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)的方案。
3.2.3輥壓機(jī)輥徑、輥寬的確定
前文提到過，決定輥壓機(jī)產(chǎn)能的三要素為輥寬、輥徑和輥速，輥速由電動(dòng)機(jī)及減速器確定，且是可調(diào)節(jié)量。而輥寬、輥徑是固定不變的。所以首先確定的技術(shù)參數(shù)應(yīng)該是輥寬B和輥徑D。同時(shí)，作為最基礎(chǔ)也是最重要的參數(shù)，B和D的確定必須保證機(jī)械整體的運(yùn)行穩(wěn)定安全，其次確保成品質(zhì)量（即合格率），最后才考慮產(chǎn)能。
1）輥徑D的確定
從輥壓機(jī)工作原理圖可以看出，物料顆粒粉碎的最基本條件是物料顆粒尺寸必須小于最小輥隙，否則將會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。但是在實(shí)際生產(chǎn)測試中，有一部分較大的物料顆粒也能進(jìn)行破碎粉磨，原因是在預(yù)壓滑移階（第一階段）先行被擠壓破碎為基本滿足條件的小顆粒物料，并加入下一階段研磨，而不影響輥壓機(jī)的粉碎效果。其工作原理與普通的雙輥破碎機(jī)類似，但是原始物料顆粒中大物料顆粒含量應(yīng)但低于物料總量的20%。在大顆粒過多的情況下，不僅會(huì)影響正常的喂料（進(jìn)料不均），粉碎效果明顯降低，還會(huì)導(dǎo)致擠壓輥卡死甚至損壞。綜上，可以明確的肯定，滿足喂料時(shí)額定最大顆粒直徑的大小是設(shè)計(jì)輥壓機(jī)的輥寬D時(shí)的必要條件。
一般情況下，輥徑D的簡化式計(jì)算公式如下：
式(3.4)
式中：
， (故可取值為24)；
，實(shí)際最大允許粒度達(dá)252mm。（為提高安全及機(jī)械使用壽命，可取值50mm）。
則
=24×50
=1200mm
2）寬徑比選擇：
輥壓機(jī)輥?zhàn)訉拸奖仁牵―/B）是設(shè)計(jì)輥壓機(jī)的基礎(chǔ)的幾何參數(shù)。一般相對于同種物料而言，寬徑比越大，尺寸越大，生產(chǎn)能力越強(qiáng)。所以輥壓機(jī)的規(guī)格通常是依據(jù)輥徑比來標(biāo)定的。在輥壓機(jī)寬徑比D/B的設(shè)計(jì)中，現(xiàn)在給出兩種輥?zhàn)釉O(shè)計(jì)方案：一種采用大輥徑小輥寬，如圖3-2（a）所示，另一種則是小輥徑大輥寬，如圖3-2（b）所示。
大輥徑輥?zhàn)犹攸c(diǎn)：
（1）兩輥?zhàn)又睆酵瑫r(shí)增加使得輥壓機(jī)內(nèi)腔容量需求更大，機(jī)械整體較大較重。
（2）輥寬不足，在邊緣漏料的情況下，物料研磨比降低。
（3）同等條件下，輥速可相對降低亦可保證質(zhì)量。且作業(yè)環(huán)境平穩(wěn)。
（4）相配應(yīng)當(dāng)軸承及軸承座也較大，整體受力情況改善明顯。
（5）破碎作用區(qū)段增長，可研磨物料顆粒尺寸更小。輥面對物料咬合能力增強(qiáng)且擠壓力更易于傳遞，從而降低破碎難度，輥磨后顆粒更加細(xì)化。
小輥徑輥?zhàn)犹攸c(diǎn)：
（1）輥壓機(jī)內(nèi)腔需求較小，相對應(yīng)的，機(jī)械體也較輕。
（2）輥寬越長，輥面圓柱度制造越難保證，成品料餅層厚度均勻性不佳。
（3）破碎作用區(qū)段較小，輥面對物料咬合力不足，輥面磨損嚴(yán)重。
（4）輥寬越長，等作用力線上物料越多，機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定性越差，噪音越大。
（5) 大輥寬致使輥?zhàn)痈讖澢冃?，料層不均，粉磨質(zhì)量效果不佳。
從以上分析可看出，實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中多選用大直徑小寬度輥?zhàn)印＝Y(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一般情況D/B值的最佳范圍為1~3。
3）輥寬B的確定
在輥壓機(jī)的輥徑D，以及寬徑比范圍值確定之后，便可相應(yīng)合理地確定輥寬B，其關(guān)系如下式（3.5）：
式（3.5）
式中的理論意義稱為輥寬系數(shù)，也就是輥?zhàn)訉拸奖龋ㄈ。Ｋ?，輥寬的設(shè)計(jì)之為：
依據(jù)上文有關(guān)輥?zhàn)臃治鼋Y(jié)果，輥寬選擇不宜過大，所以本次設(shè)計(jì)中選用輥寬最佳值為B=450mm。
3.2.4輥壓機(jī)的速度分析
前文提到過，決定輥壓機(jī)產(chǎn)能的三要素中包含有輥速，機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定性也與輥速直接相關(guān)，同時(shí)輥速也是測試產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)的必要參考點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)測試中發(fā)現(xiàn)隨著輥?zhàn)虞佀俚奶岣?，輥壓機(jī)的生產(chǎn)能力也將逐步提高。但產(chǎn)能與輥速間并非是普通的正比關(guān)系，因?yàn)檩佀僭礁?，機(jī)械運(yùn)行越不穩(wěn)定，物料在腔體內(nèi)震動(dòng)越強(qiáng)，從而減低了輥面咬合能力。最終導(dǎo)致輥面磨損過高而壽命極短，綜合產(chǎn)能甚至不如滾筒磨機(jī)。因而通常生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮料層結(jié)構(gòu)和流動(dòng)阻力，綜合前人測試數(shù)據(jù)的情況下選擇最為合適的臨界輥速。
輥速是輥壓機(jī)的一個(gè)重要操作參數(shù)，同輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)參數(shù)一樣，也有兩種表示方法。即輥面線速度n和輥?zhàn)訄A周速度v。同輥寬/徑情況下，輥速直接影響到料層的受壓時(shí)間以及處理量。輥速作為輥壓機(jī)的主要操作參數(shù)，其對機(jī)械各個(gè)方面都有著十分巨大的影響，甚至決定作用，因而其數(shù)值的確定必須慎之又慎。
依據(jù)料層研磨學(xué)的基本要求，物料顆粒的受壓破碎時(shí)間需4s以上，且不會(huì)超過7s。受壓時(shí)間又與輥徑、輥速有關(guān)，在上文中敘述過，輥徑越大，作用區(qū)越長從而受壓時(shí)間越長。本次設(shè)計(jì)采用的是大輥徑方案，在確保料層受壓時(shí)間一定的情況下，即可視情況稍提高輥速而不影響產(chǎn)品質(zhì)量。如此一來，又進(jìn)一步提高了產(chǎn)能。實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在確保物料受壓時(shí)間4～7秒的情況下，輥?zhàn)颖砻婢€速度的選定值在之間。
已知輥式計(jì)算如下：
式（3.6）
式中：
；
。
如此，輥?zhàn)咏撬俣燃拜伱婢€速度均可依次數(shù)據(jù)帶入公式求得。
輥?zhàn)咏撬俣葹椋?
輥面線速度為：
過高的輥速會(huì)帶來許多負(fù)面影響及危害，如機(jī)械振動(dòng)，輥面及鏈接部分磨碎，金屬疲勞，能耗比低下等，所以在確保滿足設(shè)計(jì)條件下，輥速的設(shè)定值應(yīng)盡可能選用較低的。
3.2.5輥壓機(jī)輥隙的選擇
固定輥與浮動(dòng)輥表面之間的水平距離稱作輥隙（S），顯而易見的，處在兩輥?zhàn)又行狞c(diǎn)連線上的輥隙值最小，即。在輥壓機(jī)中，因?yàn)橐簤焊卓赏苿?dòng)浮動(dòng)輥水平移動(dòng)，所以最小輥隙是可微調(diào)的，其大小一般依據(jù)所加工物料性質(zhì)而定。一般而言，輥隙越小，產(chǎn)品質(zhì)量越高。
輥壓機(jī)的設(shè)備的處理量、系統(tǒng)壓力、擠壓效果和運(yùn)行穩(wěn)定性等都與輥隙密切相關(guān)。對于輥壓機(jī)而言在相同條件下，其通過量隨間隙增大而增加，但成品粉磨顆粒大小也隨之變大，所以最小輥隙的值是難以準(zhǔn)確給定的。實(shí)際設(shè)計(jì)使用時(shí)，一般將最小輥隙設(shè)計(jì)為可調(diào)式，在實(shí)際作業(yè)生產(chǎn)時(shí)視物料性質(zhì)、組成進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通常輥隙采用下式計(jì)算
式（3.7）
式中：
，水泥產(chǎn)業(yè)中取值一般如下：
生料；
熟料；
3.2.6拉入角計(jì)算
如圖3-3所示，在輥?zhàn)咏孛嫔?，物料開始受壓，即預(yù)壓滑移區(qū)起始點(diǎn)與水平方向的夾角被稱作拉入角，拉入角不是定值，它受到輥?zhàn)颖砻孀陨硖匦院退庸げ牧系奈锢硇再|(zhì)影響，水泥粉磨行業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明拉入角大小大多在之間。依據(jù)約翰遜的理論，如在不考慮其他條件或其他條件為固定時(shí)，拉入角的實(shí)際確定因素是（K）、（v）以及。
圖3-3 拉入角計(jì)算簡圖
參考圖3-3，可的關(guān)系式如下：
式（3.8）
式中：
；
；
；
；
由物料壓縮前后的密度變化可求得：
式（3.9）
式中：
；
。
容重
物料名稱
壓縮前物料容重（t/m3）
輥壓后料餅容重（t/m3）
熟料
1.5~1.6
高壓2.4~2.5，低壓2.2~2.3
石灰石
1.4~1.5
將數(shù)據(jù)帶入可得：
式（3.10）
即： 滿足所給條件，
繼而可驗(yàn)證滾壓機(jī)電產(chǎn)能Q為：
本次設(shè)計(jì)課題中，輥壓機(jī)的預(yù)定產(chǎn)能為70t/h。經(jīng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)后，產(chǎn)能驗(yàn)證為70.27t/h。所以，以上技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)均符合且適用原定目標(biāo)。
3.2.7粉磨力的確定
液壓缸推動(dòng)浮動(dòng)輥使得兩輥?zhàn)娱g產(chǎn)生擠壓力，從而實(shí)現(xiàn)顆粒粉碎。滾壓并非越大越好，適當(dāng)?shù)妮亯耗鼙ＷC成品物料更加細(xì)致均勻。而輥壓也并不代表粉磨力，它們是兩個(gè)不同的定義概念。研究測試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)記錄可以發(fā)現(xiàn)，將輥壓控制在至之間時(shí)，輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)對水泥生/熟料的研磨效果最佳，且單位能耗優(yōu)勢突出[4]。輥壓機(jī)許用滾壓即最大滾壓通常要高于額定滾壓，所以本次課題設(shè)計(jì)中，選用輥壓機(jī)的額定輥壓為，許用滾壓為。
將預(yù)選輥壓帶入以下公式計(jì)算粉碎力：
式（3.11）
式中：
，；
，計(jì)算時(shí)應(yīng)為許用輥壓200MPa 。
3.2.8輥?zhàn)愚D(zhuǎn)矩與傳動(dòng)功率計(jì)算
粉磨力F是決定輥壓機(jī)功率消耗的主要因素，假設(shè)物料受壓階段的給力作用角為γ，則可依式（3.12）計(jì)算出輥?zhàn)愚D(zhuǎn)矩。
式（3.12）
式中：
；
；
；
，一般取值為，所以 。
轉(zhuǎn)矩計(jì)算結(jié)果為：
輥?zhàn)觽鲃?dòng)功率為：
3.2.9輥壓機(jī)的功率
能耗是絕大部分機(jī)械的重要參數(shù)，也是企業(yè)選用機(jī)械時(shí)的重點(diǎn)考量標(biāo)準(zhǔn)。而降低能耗本次課題設(shè)計(jì)的最終優(yōu)化目的之一。對于輥壓機(jī)而言，能耗亦可用單產(chǎn)電耗來衡量。
本次設(shè)計(jì)中單位電耗為：
然而，由于影響因素十分復(fù)雜，想使輥壓機(jī)在最佳單產(chǎn)電耗下運(yùn)作是十分復(fù)雜的難題。這不僅與其本身的幾何參數(shù)、技術(shù)參數(shù)有關(guān)，而且與所加工的不同種物料的特性形態(tài)也有關(guān)聯(lián)。所以，輥壓機(jī)能耗優(yōu)化的問題還有待未來更進(jìn)一步的研究。
3.3 輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)歸納
到目前為止，所設(shè)計(jì)的輥壓機(jī)參數(shù)整理如下表3-3：
序號
輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)
數(shù)值
1
輥徑
2
輥寬
3
輥速
4
輥隙
5
拉入角
6
磨粉力
7
轉(zhuǎn)矩
8
傳動(dòng)功率
9
功率消耗
10
生產(chǎn)能力
4輥壓機(jī)主要裝置方案設(shè)計(jì)
在輥壓機(jī)介紹章節(jié)介紹了輥壓機(jī)的主要裝置，以下對其中的重要裝置部件做出詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。
4.1機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)架或稱機(jī)體是輥壓機(jī)的基礎(chǔ)部件，對于整體及其它專配件起支撐，固定作用。輥壓機(jī)機(jī)架由Q235-A板材焊接而成。主要結(jié)構(gòu)件包含：左右底座、上下橫梁、立柱、頂板、端部件一是少量橡膠緩沖板。采用焊接而非其他形式的連接方式主要是因?yàn)楹附蛹碛懈叩膹?qiáng)度，剛度，而且制造較為簡便，生產(chǎn)周期也相對的短。
作為輥壓機(jī)承載和受力的基礎(chǔ)件，大部分零部件都直接或間接安裝連接在機(jī)架上。同時(shí)，作業(yè)中兩輥?zhàn)娱g的巨大作用力也作用在機(jī)架上，所以機(jī)架需要設(shè)計(jì)成特殊結(jié)構(gòu)，以抵消擠壓力。故而在機(jī)架連接面處設(shè)置剪力銷來承受減輕該擠壓力，同時(shí)保證地腳螺栓只受拉力而無剪切力作用，以此提高機(jī)架使用壽命。
為適應(yīng)不同尺寸物料顆粒，浮動(dòng)輥需在液壓系統(tǒng)推動(dòng)下水平滑移。因此為了方便并保證浮動(dòng)支承整體移動(dòng)的平穩(wěn)性，相對應(yīng)的在浮動(dòng)輥支撐軸承座與機(jī)架橫梁件設(shè)置滑槽。而上文提到的橡膠板為聚四氟乙烯橡膠板，除了緩沖作用外，還可減少運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械磨損。在底座和頂板以及橫梁的上下表面鉚接或焊接有鎳或鉻制合金薄片，用以減少高壓運(yùn)動(dòng)環(huán)境中的磨損和防止高熱造成的表面塑性變形，提高軸承座移動(dòng)的靈活性。
機(jī)架設(shè)計(jì)中不可忽視的問題是：如何消除作業(yè)時(shí)浮動(dòng)輥對液壓缸的反作用力？實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果在機(jī)架兩側(cè)及上下部分對稱防止16個(gè)剪力銷，作業(yè)時(shí)的這一反作用力便通過軸承座及液壓缸傳遞到這些剪力銷上，繼而又通過剪力銷分流至機(jī)體各部分，最終與分子間內(nèi)力相抵消。所以機(jī)架便可以自行平衡掉這一反作用力，而不必通過地腳螺栓傳遞至地面。
圖4-1
4.2 輥?zhàn)?
與破碎機(jī)類似，擠壓輥（輥?zhàn)樱┦禽亯簷C(jī)的核心工作部件，是物料粉磨擠壓力的直接來源?？梢赃@么說，本次課題中一切參數(shù)的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化歸根到底都是為了提供給輥?zhàn)痈玫墓ぷ鳝h(huán)境。
輥?zhàn)又饕蓛?yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼輥體以及耐磨堆焊層組成，其生產(chǎn)工制作藝相對復(fù)雜，而且生產(chǎn)周期比較長。輥體經(jīng)鍛造及機(jī)械加工后還需經(jīng)過多道熱處理工序方可完成，機(jī)械加階段會(huì)在其軸線上加工出冷卻預(yù)留孔，以便作業(yè)中降低輥?zhàn)訙囟?，減少誤差損耗。耐磨堆焊層分為兩層：。因?yàn)檩侒w表面加工精度等級較高，較光滑，且表面硬質(zhì)層材料特殊，焊接面積較小，若不采用過度層，在會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)層磨損過快，甚至剝落的問題。，這中材料的耐磨性極強(qiáng)。如今輥面堆焊花紋多為網(wǎng)格型或網(wǎng)格加硬質(zhì)點(diǎn)型[6]。
，同時(shí)，在與輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)下，。
圖4-2 輥?zhàn)?
4.3 浮動(dòng)端輥?zhàn)又?
輥?zhàn)又问且徽椎妮^為復(fù)雜的裝置，包括環(huán)、等等。浮動(dòng)頓輥?zhàn)虞S承的特點(diǎn)在與其一端是與液壓系統(tǒng)液壓缸想連接的，可在液壓推力下帶動(dòng)輥?zhàn)幼鏊交啤Ｆ渲饕饔檬浅休d輥?zhàn)油瓿蓧哼\(yùn)動(dòng)并傳導(dǎo)擠壓力。機(jī)構(gòu)如圖4-3所示：
圖4-3
4.4扭矩支撐
扭矩支撐結(jié)構(gòu)相對簡單，主體是由以及其他連接件組成的。結(jié)構(gòu)圖如下圖4-4所示。
扭矩支撐的作用在于平衡傳動(dòng)裝置及框架的扭力；減輕運(yùn)行時(shí)的沖擊震動(dòng)；提高機(jī)械平穩(wěn)性。它的工作特性形同四連桿機(jī)構(gòu)，可以在浮動(dòng)輥水平位移時(shí)保證件去其的位移，且能釋放出這一過程中減速器內(nèi)部援助齒輪和行星齒輪產(chǎn)生的扭力。
圖4-4
4.5 輥端擋板
輥壓機(jī)內(nèi)腔屬于高壓作業(yè)環(huán)境，雖然在輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)的輔助作用下，物料主要是垂直向下運(yùn)動(dòng)，但是在高擠壓力也促使料層顆粒想四周蔓延運(yùn)動(dòng)。兩輥?zhàn)佣嗣媾c機(jī)架內(nèi)表面是存在間隙，未被加工過的物料大顆粒在擠壓蔓延下從這個(gè)間隙中直接滑落與成品混合，從而影響了粉磨效率和質(zhì)量，這就是輥端漏料現(xiàn)象。這種現(xiàn)象普遍存在與各種粉磨機(jī)械中，而解決這種問題的最簡易有效的辦法是在輥端增設(shè)擋板。輥端擋板并非是簡單的一塊板材，結(jié)合機(jī)械實(shí)際作業(yè)需求才能設(shè)計(jì)出合理解決輥端漏料問題的輥端擋板裝置。擋板與輥?zhàn)又g不可能是完全貼合密封的，自然可見，這兩者間間隙愈小，漏料尺寸愈小，堵料效果也越突出。
在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問題：輥壓機(jī)的安裝如果是非水平的，或者在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生了偏斜，而擋板與輥?zhàn)佣嗣骈g隙又較小時(shí)，一邊會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的干涉摩擦，震動(dòng)及噪音較大；另一邊間隙增大，漏料現(xiàn)象嚴(yán)重。顯然，考慮到這種情況時(shí)，普通的固定式擋板是無法解決問題的。實(shí)際考察評測后，決定本次輥壓機(jī)設(shè)計(jì)采用的輥端擋板為：可調(diào)式彈簧支撐擋板。如圖4-5所示結(jié)構(gòu)，可根據(jù)所加工物料的實(shí)際尺寸調(diào)節(jié)絲杠2和固定絲母4來預(yù)設(shè)間隙大小，作業(yè)過程中一旦出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象，降低磨損。
輥端擋板的彈簧支撐結(jié)構(gòu)具有很好的實(shí)際生產(chǎn)意義。實(shí)踐生產(chǎn)證明，這種結(jié)構(gòu)不僅可以根據(jù)實(shí)際情況靈活預(yù)設(shè)調(diào)整擋板與輥端的間隙大小，保證機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且更換檢修十分方便。因而它是解決輥端漏料現(xiàn)象的最佳解決方法之一。
圖4-5
4.6喂料裝置
進(jìn)給料系統(tǒng)主要是由調(diào)偏裝置以及料量控制器這兩個(gè)部分組成，其作用是在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輥?zhàn)拥钠焙屯ㄟ^料量。裝置示意圖如圖4-6：
圖4-6 喂料裝置
4.7 液壓系統(tǒng)
擠壓力是滾壓破碎物料的直接作用力。在雙輥破碎機(jī)中，兩輥?zhàn)泳鶠楣潭ǖ?，因而其擠壓力來源于機(jī)架對輥?zhàn)拥淖饔昧Α５窃谳亯簷C(jī)中，因?yàn)楦?dòng)輥的出現(xiàn)，機(jī)架并不能直接對輥?zhàn)幼饔?，所以液壓裝置的作用便是提供輥?zhàn)铀椒较虻臄D壓力。實(shí)際作業(yè)前，可根據(jù)物料的性質(zhì)及所需成品的質(zhì)量，設(shè)定系統(tǒng)液壓值，以調(diào)節(jié)兩輥?zhàn)娱g距，保證滾壓效果。設(shè)計(jì)過程中，考慮到輥壓機(jī)不可避免的震動(dòng)，而液壓系統(tǒng)需要穩(wěn)定的工作條件，所以液壓系統(tǒng)的主體部分單獨(dú)放置。為進(jìn)一步穩(wěn)定作業(yè)液壓，在系統(tǒng)中加入氮?dú)庑钅芷骱蛪毫z測裝置形成連鎖反饋系統(tǒng)。液壓裝置示意圖如圖4-7所示：
圖4-7
1
液位溫度計(jì)
2
空氣濾清器
3
雙金屬溫度計(jì)
4
電加熱器
5
齒輪泵
6
聯(lián)軸器
7
電動(dòng)機(jī)
8
回油過濾器
9
測壓接頭
10
測壓軟管
11
耐震壓力表
12
直控溢流閥
13
球式換向閥
14
插裝單元
15
直控溢流閥
16
插裝單元
17
壓力變送器
18
柱塞缸
19
高壓膠管總成
20
單向閥
21
蓄能器
22
蓄能器
23
節(jié)流閥
24
截止閥
圖4-8 液壓系統(tǒng)原理圖
液壓系統(tǒng)的工作原理（參照圖4-8）
液壓系統(tǒng)啟動(dòng)后，其主要工作是為浮動(dòng)輥提供擠壓力。液壓油自油箱通過液壓泵增壓，經(jīng)集成閥組供給四個(gè)推力液壓缸施加作業(yè)壓力，同時(shí)也進(jìn)入氮?dú)鈨?chǔ)能器中。
蓄能器一側(cè)為氮?dú)鈿鈮呵?，一?cè)為油壓腔。正常作業(yè)工程中，蓄能器內(nèi)部壓強(qiáng)與推力液壓缸壓強(qiáng)相等。其作用是在高速補(bǔ)壓或降壓時(shí)，微量且迅速的吸收或補(bǔ)充系統(tǒng)壓力，從而維持推力液壓缸壓力恒定，也可保護(hù)提供中的各測量元器件免受瞬時(shí)壓差的沖擊。可以這樣說，、蓄能器以及檢測系統(tǒng)組成了一個(gè)自反饋形式的保壓液壓系統(tǒng)。如此可以分析出，在輥壓機(jī)復(fù)雜的內(nèi)部作業(yè)環(huán)境中，浮動(dòng)輥可依據(jù)物料尺寸的實(shí)時(shí)改變，做出相應(yīng)的位移以保持穩(wěn)定的滾壓過程。當(dāng)物料兩層顆粒尺寸增大，輥隙便增大，浮動(dòng)輥推動(dòng)液壓缸回油，但是因?yàn)橄到y(tǒng)為單向油路，所以蓄能器便吸收這一部分液壓油，內(nèi)部氣壓升高。相反的，當(dāng)料層顆粒尺寸減小，蓄能器釋放氣壓轉(zhuǎn)換為液壓缸油壓，推動(dòng)浮動(dòng)輥前移減小輥隙。
在復(fù)雜工作環(huán)境和人為操作下，輥壓機(jī)不可避免的會(huì)出現(xiàn)某些問題。例如，在物料顆粒尺寸過大，而輥隙調(diào)節(jié)不足以滿足其粉磨時(shí)，勢必造成液壓系統(tǒng)油壓過大，甚至損壞系統(tǒng)。此時(shí)，反饋系統(tǒng)便可發(fā)揮其設(shè)計(jì)作用，壓力傳感器監(jiān)測到系統(tǒng)壓力過高時(shí)，系統(tǒng)接收反饋信號開啟安全泄壓閥，系統(tǒng)液壓油經(jīng)三位四通電磁換向閥回流油箱直至壓力減小到額定值。同理，當(dāng)監(jiān)測到系統(tǒng)油壓過低時(shí)，液壓泵開啟補(bǔ)壓至原設(shè)定值。油路中節(jié)流閥的作溢流整。
4.8 集中潤滑裝置
潤滑裝置主要起到提高機(jī)械運(yùn)動(dòng)性能，降低磨損和發(fā)熱的作用。如圖4-9所示，本次設(shè)計(jì)中輥壓機(jī)主體采用集中潤滑形式，共設(shè)置18個(gè)潤滑點(diǎn)。其中，2號、9號為推力軸承的兩潤滑點(diǎn)，其余的是8個(gè)主軸承潤滑點(diǎn)和8個(gè)密封口潤滑點(diǎn)，且這16個(gè)潤滑點(diǎn)對稱分布。油壓供給比例為：3（主軸承潤滑點(diǎn)）：2（推力軸承潤滑點(diǎn)）：1（密封口潤滑點(diǎn)）。
圖4-9
5 輥壓機(jī)配套設(shè)備的選型
5.1電動(dòng)機(jī)功率確定
式（5.1）
式中：
。
輥?zhàn)邮仟?dú)立驅(qū)動(dòng)的。即固定輥與浮動(dòng)輥是分開驅(qū)動(dòng)的，單個(gè)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)功率為220kW/h。根據(jù)JB/T5270-1997制定的YR系列電動(dòng)機(jī)功率系數(shù)參數(shù)（如表5-1所示），選擇電動(dòng)機(jī)型號為：，轉(zhuǎn)速：,功率。
可求得傳動(dòng)比為：
型號
315S
315M1
315M2
315M3
315M4
355M1
355M2
355M3
355M4
355L1
355L2
同步
轉(zhuǎn)速
1500
功率/kW
160
185
200
220
250
—
280
315
—
355
—
1000
110
132
160
—
—
185
200
220
250
280
—
750
90
100
132
—
—
—
160
185
220
220
250
600
55
75
90
—
—
—
110
132
—
160
185
500
—
—
—
—
—
—
—
—
90
110
132
5.2輥壓機(jī)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)工作原理及選型
5.2.1減速機(jī)的工作原理：
輥壓機(jī)為大型機(jī)械，其所需動(dòng)力較大，所以設(shè)計(jì)過程中采用固定輥和浮動(dòng)輥獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的形式。由滾壓原理可知兩輥?zhàn)拥尿?qū)動(dòng)力應(yīng)相同，所以動(dòng)力提供及傳遞裝置是相同但互不相關(guān)的兩套。電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力經(jīng)專用行星減速器減速后傳遞至輥?zhàn)右皇┘幼鳂I(yè)動(dòng)力。
行星減速器的冷卻系統(tǒng)采用油冷式，從而可代替潤滑油的作用，這樣的設(shè)計(jì)使減速器得結(jié)構(gòu)更加的緊湊。獨(dú)立循環(huán)式的冷卻潤滑系統(tǒng)也更方便于監(jiān)測控制。本次設(shè)計(jì)中采用的減速器型號預(yù)選為JGXZ系列兩級行星一級平行圓柱齒輪減速器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參見下圖5-1：
圖5-1
5.2.2輥壓機(jī)減速器的選型
前文詳細(xì)敘述了減速器的主要技術(shù)參數(shù)?，F(xiàn)可在查閱標(biāo)準(zhǔn)減速器數(shù)據(jù)表的情況下，根據(jù)以求得的有關(guān)參數(shù)選定合適的減速器。因篇幅有限，本文中只列出少量JGXZ型減速器參數(shù)以供參考，見表5-2。經(jīng)過數(shù)據(jù)比對，本次課題設(shè)計(jì)中選用減速器型號為：。
表5-2
名義傳動(dòng)比 i
輸出轉(zhuǎn)速
t/min
JGXZ
28
32
38
44
48
53
56
62
65
75
63
1500
140
220
340
540
740
920
1140
1440
1790
2240
1000
95
140
230
360
490
610
760
960
1190
1490
750
70
110
170
270
370
460
520
720
890
1120
選型說明
1）工作條件：
正常作業(yè)溫度：。
冷卻及潤滑為一循環(huán)體式的，結(jié)構(gòu)更加緊湊。進(jìn)油口處的油壓力為。
潤滑油一般為通用的型或型工業(yè)齒輪油。
2）主要減速器類別：
兩級行星結(jié)構(gòu)（）
兩級行星附加一級圓柱齒輪結(jié)構(gòu)（）
3）箱體：
減速機(jī)箱體采用球墨鑄鐵鑄造完成（球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度為450MPa，高于設(shè)計(jì)需求），分為箱座、箱蓋兩部分。箱體結(jié)構(gòu)支撐部分可由焊接完成，還必須進(jìn)行應(yīng)力退火處理，增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。制造完成好應(yīng)進(jìn)行密封性測試，確保使用過程中不會(huì)出現(xiàn)潤滑油滲漏現(xiàn)象。
4）軸：
軸的設(shè)計(jì)技術(shù)要求應(yīng)嚴(yán)格參照。制造材料為優(yōu)質(zhì)合金鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使硬度控。
經(jīng)過自然實(shí)效處理后進(jìn)行超聲波探傷，主體質(zhì)量等級要求應(yīng)控制在中Ⅲ級以上，其余部位也應(yīng)在Ⅳ級以上。
5）軸承
為減少零件更換，保證機(jī)械持續(xù)運(yùn)作，滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)壽命不低于5萬小時(shí)。
6）齒輪：
齒輪的設(shè)計(jì)依據(jù)為和中的限定標(biāo)準(zhǔn)。其制造技術(shù)為優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼材料鍛造，齒面必須經(jīng)高溫淬火至硬度，內(nèi)芯硬度達(dá)，質(zhì)量檢驗(yàn)控制在中級要求以上。齒輪精度要求控制在6級精度以上。
內(nèi)齒輪齒圈生產(chǎn)技術(shù)要求同齒輪相同，精度應(yīng)達(dá)到7級精度以上。
此外，所有齒輪齒圈設(shè)計(jì)壽命超過10萬小時(shí)，加工完成后必須進(jìn)行超聲波探傷，質(zhì)量等級Ⅱ級以上為合格產(chǎn)品，才可應(yīng)用于本次設(shè)計(jì)。
5.3 輥壓機(jī)聯(lián)軸器的選擇
我們已經(jīng)知道了輥壓機(jī)是雙輥?zhàn)酉鄬L動(dòng)的工作形式， 而且為適應(yīng)各種我餓了尺寸，兩輥?zhàn)拥钠渲兄粸楦?dòng)輥，可在液壓推動(dòng)下做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。顯而易見的，與浮動(dòng)輥固定連接的減速器也是可以隨浮動(dòng)輥共同運(yùn)動(dòng)的，但是前述設(shè)計(jì)中已經(jīng)明確兩輥?zhàn)又鬏S電動(dòng)機(jī)均是固定不可移動(dòng)的。這個(gè)問題便轉(zhuǎn)到了輥軸與電機(jī)的連接件——聯(lián)軸器上，因而設(shè)計(jì)所需的聯(lián)軸器需要同時(shí)具有轉(zhuǎn)動(dòng)及移動(dòng)能力。測試結(jié)果顯示萬向聯(lián)軸器（SWC型）是最佳選擇。
SWC型聯(lián)軸器的優(yōu)勢在于其獨(dú)特的焊接式連接方式，這極大地提高了連接處的強(qiáng)度，避免了松動(dòng)斷裂的缺陷；傳遞扭矩更大，承載力大，適用于大型機(jī)械；結(jié)構(gòu)緊湊，角度補(bǔ)償能力優(yōu)越。故選用SWC型萬向聯(lián)軸器作為輥壓機(jī)聯(lián)軸器。其結(jié)構(gòu)如5-2圖：
圖5-2
SWC聯(lián)軸器的參數(shù)計(jì)算
聯(lián)軸器的使用必須保證其抗扭強(qiáng)度，而抗扭強(qiáng)度有可用聯(lián)軸器的額定轉(zhuǎn)矩來表達(dá)，所以聯(lián)軸器的選擇必須滿足：
式中：
：
；
；
；通常 。
其計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：
在滿足的條件下，綜合表5-3，選擇SWC聯(lián)軸器型號為：
SWC150BH
表5-3 SWC聯(lián)軸器技術(shù)參數(shù)
型號
回轉(zhuǎn)直徑/mm
公稱轉(zhuǎn)矩/kN·m
伸縮量mm
軸線折角
尺寸
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
重量
D1
D2
D3
Lm
n-d
k
t
b
g
增長
增長
SWC150BH
150
5
2.5
80
≤25
590
130
90
89
8—13
10
3
—
—
0.0423
0.00157
24.5
0.85
5.4輥壓機(jī)輥?zhàn)又尾枯S承
輥壓機(jī)輥?zhàn)虞S承的優(yōu)劣直接關(guān)系到機(jī)體運(yùn)行是否正常，因而應(yīng)尤為重視軸承的設(shè)計(jì)，以提高其承載穩(wěn)定性及使用壽命，從而保證整個(gè)系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
輥壓機(jī)正常作業(yè)過程中，支撐部軸承同時(shí)存在有輥?zhàn)愚D(zhuǎn)矩及其重力，和液壓推動(dòng)產(chǎn)生的水平擠壓力，因而其工作壓力十分巨大的。一直處于低速、重載的工作條件中，而且伴隨著強(qiáng)震，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中通常棄用傳統(tǒng)的雙列輥?zhàn)虞S承，而采用大型四列圓柱滾子軸承作為輥壓機(jī)輥?zhàn)又尾康妮S承。這種軸承的優(yōu)點(diǎn)是承載能力巨大，缺點(diǎn)是它并非標(biāo)準(zhǔn)件，需配套生產(chǎn)且滾子數(shù)量多，因而造價(jià)昂貴。設(shè)計(jì)時(shí)一定要盡可能地延長其使用壽命，從而提高性價(jià)比。由此可見，支撐軸承在輥壓機(jī)中擔(dān)任著極為重要的角色，其設(shè)計(jì)參數(shù)是保證機(jī)械運(yùn)行和自身性能的關(guān)鍵。
輥壓機(jī)軸承壽命計(jì)算方法
1）已知的相關(guān)數(shù)據(jù)和零件型號：
輥?zhàn)又睆?mm 輥寬 mm
單個(gè)輥重 kg 輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速
選用軸承型號為：
滾壓在投影面的壓力
軸承工作溫度：左右
軸承潤滑油型號：（公稱粘度為)
2）支撐軸承的壽命計(jì)算
輥?zhàn)铀璧某休d力為： ；
可計(jì)算出實(shí)向載荷：；
上文求得輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為： ；
根據(jù)實(shí)習(xí)手機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)資料查得支撐軸承的額定動(dòng)為：、靜載荷為：
支撐軸命計(jì)算公式如下：
式（5.2）
式中：
，因重量及軸向載荷比例較小，；
；
可求得 。
綜上所述，本次課題設(shè)計(jì)選擇非標(biāo)準(zhǔn)件的高承載四列圓柱滾子軸承為輥壓機(jī)輥?zhàn)又屋S承，且其單獨(dú)配置生產(chǎn)的方式也確保了內(nèi)腔的封閉效果以及軸承壽命。
6輥壓機(jī)改造系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果
目前，輥壓機(jī)在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用歸根結(jié)底還是因?yàn)樗谒嗟壬a(chǎn)中表現(xiàn)出的增產(chǎn)節(jié)能特性，優(yōu)化它的這一特征優(yōu)勢也是本次輥壓機(jī)設(shè)計(jì)課題的最終目的。在不同的行業(yè)，搭配不同的生產(chǎn)鏈，輥壓機(jī)特性的表現(xiàn)效果也不同。以下將做出簡略闡述。
世界上并不存在絕對完美的機(jī)械產(chǎn)品，自然輥壓機(jī)也不例外。曾幾何時(shí)，輥壓機(jī)研發(fā)學(xué)者們也飽受很多常見的機(jī)械缺陷的困擾，例如滾壓過程中軸承摩擦發(fā)熱及磨損嚴(yán)重；軸承座受力不均，機(jī)械運(yùn)行平穩(wěn)性極差；浮動(dòng)輥?zhàn)拥乃轿灰婆c聯(lián)軸器的相互限制；零部件使用壽命短等等。當(dāng)然，這些問題大都得到較為完美的解決，80年代后期，輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中增產(chǎn)節(jié)能的表現(xiàn)就已尤為突出了。日臻完善的輥壓機(jī)粉磨技術(shù)使其運(yùn)用到各行各業(yè)的研磨生產(chǎn)系統(tǒng)中，尤其是改造傳統(tǒng)系統(tǒng)而形成的聯(lián)合粉磨圈流系統(tǒng)。聯(lián)合粉磨系統(tǒng)就是將球磨機(jī)、輥壓機(jī)、選粉機(jī)組和成套而形成的流水線生產(chǎn)模式[9]。物料不斷在圈流中研磨加工，直到達(dá)到終粉要求。因?yàn)檩亯簷C(jī)節(jié)能增產(chǎn)的顯著使得整個(gè)圈流粉磨系統(tǒng)的單位電耗明顯減小，所以對于聯(lián)合粉磨系統(tǒng)而言，輥壓機(jī)是至關(guān)重要的部分。
由此可見，引入輥壓機(jī)優(yōu)化改造傳統(tǒng)圈流粉磨系統(tǒng)是具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義的?，F(xiàn)在將本次課題設(shè)計(jì)中以求得的技術(shù)參數(shù)和帶驗(yàn)證的系統(tǒng)參數(shù)歸列在表6-1中，以便設(shè)計(jì)提取。
表6-1 輥壓粉磨系統(tǒng)參數(shù)表
輥壓粉磨系統(tǒng)
數(shù)值
生產(chǎn)規(guī)模
1000
輥壓機(jī)規(guī)格
Φ1.2×0.45
通過量
70.27
有效功率
366
電機(jī)功率
220×2
5.20
3.0
磨機(jī)規(guī)格
Φ3.2×13
生產(chǎn)能力
33
有效功率
1400
電機(jī)功率
裝球量
131
未知
系統(tǒng)電耗
未知
產(chǎn)比
未知
功比
未知
節(jié)能系數(shù)
未知
6.1 輥壓機(jī)增產(chǎn)節(jié)能效果的驗(yàn)證
6.1.1輥壓粉磨系統(tǒng)電耗
：
：
式（6.1）
式中：
，；
Bond功詳細(xì)數(shù)值參見表6-2；
表6-2
物料
石灰石
生料
熟料
輥壓成品料
Wi（kWh/t）
8～14
7～12
14～19
12～13
，取值參見表6-3；
表6-3
比表面積
2880
3060
3150
3240
3600
45.72
40
37.60
36.30
28.20
，取值參見表6-4；
表6-4
系統(tǒng)機(jī)械
球磨
加輥壓機(jī)
加V型選粉機(jī)
25000
1000
200
。
表6-5
參數(shù)
磨內(nèi)徑
干法圈流
微粉碎
粉碎比
喂料過大
0.915
1.30
1.0
1.0
修正系統(tǒng)通常是根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而得到的，其影響因