G170120型辊压机扭力支架设计.docx
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G170120型辊压机扭力支架设计
G170-120型辊压机扭力支架设计
摘要
本次论文进行的是G170-120型辊压机扭力支架的设计。
在这次毕业设计中，首先，论文对辊压机的工作原理及主要构造做了简要说明；其次，对G170-120型辊压机的主要技术参数进行了计算，其中包括辊径、辊宽、最小辊隙、工作压力、生产能力和传动功率等。
然后对G170-120型辊压机的总体方案进行设计，设计中针对系统不同的方案进行了利弊分析，选取了较为合适的方案。
总体方案设计涉及到了主机架结构设计、主机架的装配、进料装置、传动装置、液压与润滑装置、检测系统、扭力支架、电动机的选取等内容。
论文中重点介绍了扭力支架的设计选用。
最后，并对对扭力支撑中连杆上销轴的强度以及连接法兰上螺栓组的强度进行了校核。
此外，本次设计还包括G170-120的总装配图的绘制，扭力支架部装图及其零部件的零件图的绘制。
关键词：
辊压机，扭力支架，设计，技术参数。
G170-120TYPEROIIERPRESSTORQUESUPPORTDESIGN
ABSTRACT
ThisthesisisG170-120typerollerpresstorquesupportdesign.Inthisgraduationdesign,Firstly,IStudyonrollerpresstheworkingprincipleandmainstructurearebrieflydescribed;Secondly.OntheG170-120typerollermaintechnicalparameterswerecalculated,Includingthediameteroftheroller,rollerwidth,rollgap,minimumworkingpressure,productioncapacityanddrivingpower.AndthenontheG170-120typerollerpresstheoverallschemedesign,designforthesystemofdifferentschemesoftheprosandcons,selectsthesuitablescheme.Overallschemedesigninvolvesmainframestructuredesign,amainframeassembly,afeedingdevice,atransmissiondevice,hydraulicandlubricatingdevice,detectionsystem,theselectionofmotortorquebracket,etc..Paperfocusesonthetorquesupportdesignselection.Finally,checkingandthetorquesupportrodpinshaftstrengthandconnectionflangeboltgroupstrength.
Inaddition,thedesignalsoincludesthe170-120typerollerpressassemblydrawing,torquebracketassemblydrawingandpartscomponentdrawing.
KEYWORDS:
Rollerpress,torquesupport,design,technicalparameters.
目 录
前 言
辊压机是八十年代中期问世的新型节能粉磨设备，是水泥粉磨环节中的中间设备之一。
将辊压机应用于水泥工业生产过程中可大幅度降低能源消耗，并使水泥熟料粉磨系统产量随之大幅度提高。
辊压机技术的在我国的引进和推广应用历经二十年，迄今为止，不论在设备制造技术或系统工艺技术方面都取得了长足的发展，设备制造技术的不断优化和系统工艺技术持续的推陈出新给这项新技术带来了强大的生命力，节能幅度达30%以上。
优异的技术经济指标在给广大用户带来了显著经济效益的同时，也为我们获得了广阔的发展前景。
可以乐观地说，在目前能源极度紧缺的形势下，这项节能效果显著的粉磨新技术已经成为各水泥生产企业粉磨技术改造扩建项目的主要首选方案.
辊压机对物料进行有效粉碎采用的是大能量一次性输入的单颗粒粉碎群体化，亦即粒间粉碎的原理，其实现粉碎原理的方式是采用一对相向转动的磨辊，一只为活动辊，一只为固定辊。
其中活动辊轴承座与提供压力的液压系统相连，固定辊固装在主机架内腔。
活动辊在液压系统压力的作用下向物料施以高压，将持续通过两磨辊之间压力区的物料以挤压粉碎的方式有效粉碎。
通过高倍显微镜观察，可以发现被粉碎的物料表面布满裂纹，这说明不仅物料的粒度被大幅度减小，其易磨性也获得显著改善，这将对粉磨系统的大幅度增产节能起到至关重要的作用。
上世纪80年代中期以后，以辊压机和球磨机组成的预粉磨系统大大降低了电耗，主机电耗可降到30KWh/t。
辊压机问世初期碰到了一些技术问题，诸如喂料粒度太大引起断续震动；喂料粒度波动导致辊压机时开时停；出料不均使得后续球磨机难以适应；辊面磨损大影响辊压机的运转率等等。
经过10多年的努力，这些问题正在逐步得到解决，因此辊压机也逐步大型化。
工艺系统上也从原来的单纯预粉磨、混合粉磨进展到联合粉磨。
在联合粉磨中，辊压机和选粉机组成圈流，生产出中间产品后再进入后续球磨机进行最终粉磨。
由于联合粉磨系统能够更大发挥辊压机的作用，整个系统的单位电耗也随着辊压机作用的增大而减小。
因此辊压机联合粉磨系统成为当前大型化水泥粉磨系统的主导方案。
辊压机是集机、液、电气自动化为一体的设备，各专业相互融合、渗透。
但我国在①大型化产品；②耐磨材料的寿命；③液压系统的可靠性；④传动结构形式；⑤自动化控制方面与国外相比存在较大差距。
辊压机早期的技术仅仅局限于挤压预粉磨工艺，该工艺虽然给粉磨系统带来了一定的增产节能效益，但同时也暴露了辊压机设备本身固有的技术缺陷，辊压机侧挡板尽管设置了弹性顶紧装置以减少边缘漏料，但仍有一定量未经有效挤压的物料从磨辊边缘通过；物料之间由于物理性能差异造成的选择性粉碎现象使得挤压后的料饼中仍存在少量未经有效挤压，易磨性未获得有效改善的物料颗粒；设备卸压启动造成大量未经有效挤压粉碎的物料通过辊压机。
上述物料在进入球磨机后长时间滞留在磨中，将会造成粉磨系统产量的波动。
所以，如何杜绝上述物料对球磨机的负面影响，充分发挥辊压机高效节能的特点成为挤压粉磨系统工艺技术如何进一步完善优化的重要课题。
第1章辊压机的工作原理及构造
1.1辊压机的工作原理
辊压机两个辊子作慢速的相对运动，其中一个辊固定，另一个辊可以沿水平方向滑动。
物料由辊压机上部连续地喂入并通过双辊间的间隙，给活动辊以一定的作用力，物料受压而粉碎。
在辊压机上部，物料首先进行单颗粒破碎。
随着物料向下运动，物料颗粒间的间隙减小，进入料床粉碎。
G170-120辊压机D的入料粒度中40mm以下的占90％，40－70mm占10％。
出辊压机后的物料形成了强度很低的料饼，经打散机打碎后，产品中的粒度在2mm以下的颗粒占60－80%，0.09mm一下的颗粒占20－30%。
G170-120的通过能力为610-710t/h。
图1-1辊压机进料流程
图1-2辊压机工作原理示意图
1.2辊压机的主要构造
辊压机由压辊轴系、主机架、进料装置、传动装置、液压系统、润滑系统、检测系统等组成。
两个装有压辊的轴系安装在机架内腔的导轨上。
进料装置、液压系统、润滑系统均安装在主机架上。
主减速机，即行星减速机用缩套联轴器悬挂在主轴上，由扭矩平衡装置平衡其输出力矩，主电动机的驱动力矩通脱十字轴式万向径节联轴器传给行星减速机。
在运转中，两个辊子必须保持平行，以便使物料均匀受压，这对保证辊压机的正常作业是十分重要的。
图1-3G170-120型辊压机主要构造
在辊轴两端装有调心滚动轴承。
一个辊子用螺栓固定在机架上，另一个辊子的轴承装在滑块上，以便按喂料量和物料性质随时调节辊子间的间隙。
粉磨压力由液压系统通过滑块施加给活动辊。
在液压系统中，有压力缓冲保护装置，辊子间隙靠位移传感器检测控制。
若在喂料中混有铁块等硬物时，可以使活动辊瞬时退回原来的位置，这时两辊的间隙加大，放走铁件，保护设备不受损伤，而当无物料通过辊隙时，液压缸产生的力由移动辊轴承座传给固定辊轴承座。
不管有无料通过磨辊，挤压粉磨力均在机架上平衡了，基本不传到基础上。
辊轴通水冷却，采用电控集中润滑。
该设备中的液压缸与蓄能器组成一液压弹簧，保持一较恒定的挤压粉碎力，同时兼有安全保护功能。
设备主电机采用便于无极调速的直流电机，可以再较大范围内无极调节处理量。
第2章辊压机主要参数确定
2.1辊径D和辊宽B及最小辊隙Smin的确定
2.1.1辊径D
目前，在设计和使用上辊径有两种方案：
一为大辊径，另一为小辊径。
为了分析方便，假设额定最大颗粒为球形，直径为,两辊间的最小间隙为，辊径为，这样就可以利用双辊破碎机的原理来确定辊径，
mm
mm
式中---系数，有统计数据而得，；设计大辊径取；
---喂料最大粒度，mm。
根据计算，结合加工工艺，可取辊径mm.
2.1.2辊宽B
辊宽的设计也有两种方案：
一为宽辊，另一为窄辊。
辊宽可用下式计算
mm
mm
式中，---辊宽系数，；宽辊设计取；
---辊径，mm.
根据计算和实际要求，取辊宽mm。
2.1.3最小辊隙Smin
辊压机两辊之间的间隙称之为辊隙，在两辊中心线上的辊隙，称为最小辊隙，用表示。
根据辊压机具体工作情况和物料性质的不同，在生产调试时，调整到比较合适的尺寸。
在喂料情况变化时，更应及时调整。
再设计时，最小辊隙可按下式确定
mm
mm
式中---最小辊隙系数，水泥熟料取，设计中取Ks=0.02;
---挤压辊外直径，mm。
2.2辊速n
转速（单位：
r/min）的确定公式如下
r/min
式中---因物料不同的系数，对水泥熟料;
---辊子外径，m。
可取r/min.
2.3工作压力Fm
水泥工业用辊压机，对于石灰石和水泥熟料，平均单位压力控制在140～180MPa之间比较经济，设计最大工作压力宜取200MPa。
这个压力值又直接控制着辊子的工作间隙和物料受压过程的压实度。
为了更精确地表示辊压机的压力，用辊子的单位长度粉磨力（即线压力）（kN/cm）来表示，一般为80～100kN/cm。
2.4生产能力Q
辊压机生产能力（单位：
t/h）的计算公式如下
t/h
t/h
式中---辊子宽度，m;
---最小辊隙，m;
---辊子圆周线速度，m/s;
---辊压机料饼密度，实验得出，熟料为2.5t/m3。
2.5传动功率N
传动功率（单位：
KW）按下式计算
KW
KW
式中---辊子的动摩擦系数，实验得出，水泥熟料；取；
---辊子粉磨力，KN；
---辊子圆周线速度，m/s。
取KW.
2.6辊压机的适宜工艺参数
综上所述，辊压机性能参数的选择可归纳如下：
辊子直径：
1700mm
辊子宽带：
1200mm
辊子转速:
18r/min
辊子线速度：
1.6m/s
最大喂料粒度：
70mm
最大挤压力：
12000kN
生产能力:
587t/h
第3章G170-120辊压机总体方案设计
3.1辊压机主机架结构设计
主机架结构式整个辊压机的基础，挤压粉碎力由其承受。
机架的设计主要应保证刚度、强度及稳定性。
鉴于焊接结构较之于铸造结构具有强度和刚度高、重量轻、生产周期短以及施工简便等优点。
因此，G170-120辊压机机架首选焊接机架，材料为Q235-A。
主机架由上、下横梁，左右立柱，承载销，定位销，导轨以及连接螺栓组装合成。
上下横梁及左右立柱均需在焊接后作整体退火处理，以消除其焊接应力。
整体结构见图3-1
图3-1主机架结构
上下横梁采用工字型结构，具有较大的刚度和强度，以保证在受力时不产生过大的弯曲，减小高强度的复合；左右立柱采用工字型与厢型结构相结合的结构，同样具有较高的刚度，使整个机架可连接成为一个刚性的整体。
承载销主要起到将立柱上所承受得粉碎力传递到上下横梁上去的作用。
为了减轻设备重量，便于机械加工，横梁与立柱间的结合由销轴连接。
由于机架单侧的宽度较窄，采用一个承载销尚不足以承受挤压载荷，故每个连接面上有两个圆形承载销，为了使其均载，这些圆形承载销必须是配制的。
这种装置对于联接螺栓组有一定的要求，即要保证结合面处不产生间隙，否则可能联接失效，同时还必须平衡因偏心拉伸而在横梁上产生的弯矩。
因此，在此处应采用高强度螺栓，还应控制其预紧力，以保证该部分联接的可靠性。
为了切丁两侧上下横梁的中心距，确保导轨与轴系轴承座滑槽的间隙，在横梁与立柱间设计定位销。
导轨式作为活动辊轴承座的导向装置而设置的，两侧的导轨宽度有所不同，靠传动侧的导轨应宽些。
螺栓是确保机架联接的关键所在，只有使横梁与立柱的结合面很好地接触，才能使圆柱形承载销充分发挥其功能。
因此，该螺栓组不可用普通螺栓代用，并且在拧紧时应控制拧紧力矩。
3.2挤压辊装配设计
3.2.1挤压辊装配结构选型
挤压辊装配主要由挤压辊、轴承、轴承座、密封圈等件组成。
两个相向旋转的挤压辊是辊压机的核心部件，辊压机能否使用好关键在此。
一般的挤压辊有两种基本结构，即镶套压辊和整体压辊。
另外还有热装式挤压辊。
如图3-2为挤压辊的几种不同构造。
图3-2挤压辊的不同构造
实心压辊的机械强度高，轴与辊套成为整体，表面堆焊耐磨层。
采用这种结构，焊后表面不加工，硬度可达HRC55，能使用6000～8000小时，相当于一年左右。
经磨损后的耐磨层，可以多次堆焊。
辊套与轴为分体结构的联接采用热装结构。
但是鉴于G170-120辊压机所进入水泥熟料较软，可以采用带楔型联接的镶套式压辊，如图3-2（ａ）所示。
上半部表示辊套与轴为整体，下半部表示多加了一个实心辊套，与轴热装。
3.2.2挤压辊结构处理
挤压辊也是辊压机制造周期最长、工艺难度最大的零件，主要由辊体和堆焊耐磨层等组成。
辊套和压辊（整体）不仅必须采用最好的材料（优质合金钢），而且进行复杂的热处理和准确的探伤检查，确保各项质量指标达到要求。
不论哪种结构，因为受力极大，挤压辊的表面堆焊有一层高硬耐磨的硬质合金，因考虑物料咬入条件而设计有堆焊的“—”字形或“人”字形花纹。
由于辊面与辊体的硬度差别很大，所以中间堆焊有硬度适中的过渡层，借以保证辊面质量。
图3-3滚压耐磨层的堆焊程序
挤压辊辊面有沟槽辊面和光滑辊面两种。
沟槽辊面，一般设计人字形或者“一”字形。
光滑辊面无论在制造或维修方面的成本都比较低，辊面一旦磨蚀也容易修复。
但它的主要缺点是：
⑴当喂料不稳定时，出料流量也随之波动。
容易引起压辊负荷波动超限，产生振动和冲击，进而影响辊压机的安全稳定运转。
⑵光滑辊面的咬合角小，挤压后的料饼较薄，相同规格的辊压机产量降低。
G170-120辊压机设计中，为克服上述缺点，采用沟槽辊面。
从国内外的使用经验看，采用沟槽辊面确实效果较好，现在应用广泛。
图3-4斜井字形波纹放大图
G170-120辊面选用斜井字形波纹。
辊压机的挤压辊表面的耐磨性仍然是大家寻求的核心，所以世界各国都在深入进行研究，以期获得更加耐磨、效率更高、使用寿命更长的辊面结构。
图3-5斜井字形波纹辊面
3.2.3挤压辊支撑
如图3-6所示，磨辊轴支承在重型双列自动调心滚子轴承上（也有的辊压机其挤压辊轴采用多列圆柱滚子轴承与推力轴承相结合的支承结构），一个挤压辊的两个轴承分别装入用优质合金钢铸成的轴承箱内，作为固定轴承（即轴承在其轴承箱内不可轴向移动）。
由于温度变化引起的挤压辊轴长度变化，是通过轴承箱在框架内的移动得以补偿。
为了减小滑动摩擦，在机架导轨面上固结有聚四氟乙烯面层。
在轴承设计时，辊子轴向力按总压力的4％考虑，并允许一侧的轴承箱留有轴向移动量。
通过这些措施确保了轴承箱的精确导向。
图3-6支承在自动调心滚子轴承上的可动磨辊当其一端受载时的活动情况
1—固定磨辊；2—滚动支承；3—固定支承；4—可动磨辊；5—液压缸；6—蓄能器
3.3进料装置设计
3.3.1喂料装置
辊压机是实现高压料层粉碎的设备，必须具备下列前提条件：
喂入物料的体积必须超过卸出物料的体积。
也就是说，两个辊子最小间隙的上方必须在全宽上充满着充足的物料，并保证喂入物料的连续性。
如果喂料失去连续性或物料颗粒之间存有互不接触的空间，那么辊压机的作用就与传统的双辊破碎机没有差别。
为此，在喂料方式上必须保持一定高度的料柱，即靠料柱的重力迫使物料进入辊隙之中；或者在其上部加设立式绞刀，进行强迫喂料，以产生更大的喂进力。
这不仅会使产量提高，而且还会降低物料与辊面的相对滑动，减轻辊面的磨损。
为了调节辊压机的喂料量，以与整个粉磨系统相匹配，进料斗设置有一种可调节喂料量的调节插板。
这种插板是控制辊压机正常操作的一项重要措施，可以在一定的范围内调节辊压机的物料通过量和需用功率，即粉碎功，而不影响压辊的优化操作压力，保持辊压机的稳定操作。
因为辊压机的粉磨物料不同，辊隙亦应随之变化，通过能力也就不同。
但料斗尺寸的设计只能是一个，这就限制了辊压机的适应性。
加设调节喂料插板后，使辊压机的适应能力大大提高，并可随意调节辊隙，使压辊在设定压力下正常操作。
这种调节喂料插板的结构并不复杂；利用手轮和调节丝杠，即可使插板上下移动，进而改变进料斗的宽度。
一般来说，辊压机的喂料斗都设计成比较窄的钢板焊接结构，置于两辊之间机体的上部，高度应适当，以满足形成料柱的要求，同时又不易产生堵塞现象。
脆性物料容易满足这种要求，但是对于含泥灰质成分或水分高的物料，不仅影响挤压效果，而且容易产生堵塞现象。
遇有这种情况的物料，应将它们剔除，保证辊压机的正常而高效率的操作。
辊压机对物料的挤压系属高压作业，在两个挤压辊的两端或两侧辊隙处的物料极易挤出。
被挤出这部分物料不能很好地受到挤压，因此大颗粒较多。
实践表明，经辊压机挤压的物料中，大于2mm的颗粒绝大部分都是由于所谓辊端漏料所造成的。
这不仅使辊压机的粉磨效率受到严重影响，尤其对窄辊辊压机的影响就更为严重，而且给辊压机的正常操作也带来很大困难。
有的将这部分物料返回辊压机重新挤压，这虽然可以解决大颗粒过多的问题，但严重影响粉磨效率。
为此，G170-120辊压机设计中，在辊端采用加侧挡板。
为了保证挡板的合适预压力，调节处设置有缓冲环节，借以减少因物料不均匀而产生的冲击和振动。
3.3.2侧挡板
辊压机对物料的挤压属高压，在挤压辊的两端或两侧辊隙处的物料极易被挤出，这部分物料没有受到全部挤压，因此产生大颗粒较多，影响辊压机的粉磨效率，尤其对窄辊辊压机的影响更严重。
为了解决这一问题，辊压机两侧装有辊端挡板。
辊端挡板与辊端的距离过小，堵料效果好，但当挤压辊偏斜时，容易碰撞，加剧磨损。
若与辊端距离过大，起不到堵料作用。
因此，采用可以调节的弹簧支撑结构，如图3-7所示.辊端挡板1与挤压辊端部的间隙可借助丝杠2进行调整，在运转时遇有挤压辊偏斜或硬物质进入，可借助弹簧3回缩，避免损坏。
它可以保持挡板与辊端的合适间隙，而且便于检修更换。
图3-7G170-120辊压机的辊端挡板结构示意图
1—辊端挡板；2—丝杠；3—弹簧；4—固定丝母
3.4传动装置的选择
传动系统是机电系统中的重要组成部分之一。
传动系统的设计就是以执行机构或执行构件的运动和动力要求为目标，结合所采用动力机的输出特性及控制方式，合理选择并设计基本传动机构及其组合，使动力机与执行机构或执行构件之间在运动和动力方面得到合理的匹配。
传动装置的作用主要有以下几点：
（1）减速或增速通过传动将动力机的速度降低或增高，传动系统中实现减速或增速的传动装置称为减速器或增速器。
（2）变速在动力机速度一定的情况下，能获得多种输出速度，这种输入、输出速度关系可变的传动装置称为减速器（3）改变运动形式在动力机与执行机构或执行构件之间实现运动形式的变换，如将转动变为移动、摆动或间歇运动，并且两者之间具有特定的函数关系。
（4）分配运动和动力通过传动系统，将一个动力机的运动、动力经变换后分别传递给多个执行机构或执行构件，并在各执行机构或执行构件之间建立起确定的运动、动力关系。
（5）实现某些操纵控制功能如起停、离合、制动或换向等。
3.4.1传动装置减速器选用
传动系统主要由减速器，液力偶合器，万向联轴器，缩套联轴器，电动机，润滑装置等部分组成。
由于辊压机的压力极高，所以两个压辊采用单独传动，即有两台电机分别驱动两个挤压辊，两辊的转速同步问题主要靠电气控制系统来解决。
减速器输出轴与挤压辊入轴采用缩套联轴器连接，不但保证了装拆方便，而且使两件近乎刚性地固接在一起，确保可靠地传递扭矩。
缩套联轴器的拧紧力矩应严格按照要求执行。
安装时，减速器输出轴与挤压辊入轴的配合面处清洗干净，严禁有任何油脂。
液力偶合器可改善起动性能，提高起动能力，具有过载保护作用，能隔离扭振和冲击。
万向联轴器保证了减速器与挤压辊一起水平移动，调整功能好。
G170-120辊压机传动装置采用两台完全相同的新型齿轮减速器。
传动装置采用两套完全相同的传动系统，并列于辊压机的一侧。
减速装置采用两台相同的承插式行星齿轮减速器，电动机装在地面基础上，通过长型万向联轴节与减速器输入轴相联。
对于大型辊压机，在万向联轴节与减速器之间，设置有液力偶合器，以实现柔性传动。
该减速器是专为水泥辊压机配套设计的“轴装悬挂式”行星减速器，其独特的安装形式为：
输出轴与主机轴通过胀套联轴器联接并传递扭矩，并由“扭矩支撑”来平衡力矩，高速轴通过万向节与电机直接连接，减速机可以浮动。
其性能特点：
a、承载能力高、抗冲击、抗震动且体积小、重量轻。
b、可正、反两向运转
c、输入效率≥0.94。
d、输入轴转速≤1500rpm（减速时）。
e、环境温度：
-20℃～+40℃。
f、特别适用于严重冲击，多粉尘及连续运转的工况。
g、正常使用寿命：
间断工作时≥35000小时；连续工作时86000小时
h、减速器输出轴与工作轴伸用缩套联结（无键可拆卸连接方式）。
传动系统中所用到的缩套联轴器为一非标配套件，它由圆锥缩套、两个收缩盘，高强度螺栓组和防尘圈等组成。
其工作原理是：
拧紧高强度度螺栓，使圆锥缩套紧压减速器的中空轴，并使其发生弹性变形，紧抱在磨辊主轴轴颈上，利用其间正压力所产生的摩擦力来起到传递扭矩和减速器定位的功能。
3.4.2传动装置的结构设计
G170-120辊压机选用双传动装置，传动力较平稳。
因为传动装置执行机构或执行机构之间有一定的传动比要求，执行机构或执行机构之间有动作顺序要求；各执行机构或执行机构的运动相互独立；联合驱动的传动系统.如图3-8所示是双传动方案，两挤压辊分别由两台电动机经圆柱齿轮减速机及中间轴和万向径节联轴器联轴器驱动。
，
图3-8G170-120辊压机驱动方案
1—圆弧齿轮联轴器；2—中间轴；3—安全联轴器
3.5辊压机的液压与润滑系统设计
1.液压系统
液压系统为压辊提供压力，它是由两大、两小蓄能器，四个平油缸、站等组成的液气联动系统。
主要有油泵、蓄能器、液压缸、控制阀件组成。
蓄能器预先充
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