φ2600筒辊磨压辊及加压、卸料装置设计(说明书+CAD图纸）
摘 要：筒辊磨是一种新型的卧式挤压磨，应用于工业生产，也只有两三年时间，对其基础研究国外尚未公开报道。我的设计课题是φ2600筒辊磨压辊及加压、卸料装置设计，大家知道，压辊与加压装置是筒辊磨的关键设备，特别是两端加压保持同步。针对这一问题，根据法国FCB公司φ3800筒辊磨运行数据的调研，我的设计方案是这样的：一方面，采用功能反求设计方法，建立筒辊磨粉磨力学模型，寻求筒辊磨适宜的压力和结构之间的函数关系；另一方面，进行压辊轴的结构设计，根据计算结果确定筒辊磨压辊的长径比，然后进行轴的受力分析。筒辊磨的工作原理和其他粉碎机械不同，它主要靠中等纯压力对物料进行多次粉碎。所以开发新的粉磨设备，提高粉碎效率，一直是世界各国粉磨工作者所关注的重大问题。在这种情况下，筒辊磨的出现解决了这一系列问题, 它的优势为挤压粉磨找到了一条能充分发挥节能潜力的新途径。
关键词：筒辊磨；压辊；加压装置
1 前言
1.1 概述
众所周知，粉磨是水泥工业电耗的主要环节.开发新的粉磨设备,提高粉磨效率,一直是多国粉磨工作者所关注的重大问题。
近年来，法国FCB公司在深人研究粉磨机理和现有各种粉磨设备的基础上，开发了一种具有磨机的可靠性和产品的质量、立磨的紧凑结构和辊压机的低能耗的全新结构的新型粉磨设备—筒辊磨，它的优势主要在于为挤压粉磨工艺找到了一条能充分发挥节能潜力的新途径。现在全球共有约30台法国FCB公司的筒辊磨投入水泥厂运行。最大台时产量生料达225t/h，水泥达130t/h。我国牡丹江水泥厂、汉中水泥厂也分别引进了该公司的2台Horomill用于粉磨水泥。2004年4月由中材国际南京水泥设计研究院研发的具有自主知识产权、冀东水泥集团有限责任公司承建的价φ1.6m筒辊磨预粉磨水泥熟料系统在冀东水泥二分厂开始运行。经过厂、院及唐山水泥机械厂共同努力，至2004年6月该系统现己稳定运行近800h，球磨机提产30% ,整个粉磨电耗下降13%，筒辊磨实现的能量代用系数达2.39。
传统的水泥粉磨设备是球磨机，以传统的球磨机为主的粉磨作业耗电量约占水泥厂总耗电量的65％左右,能耗高,物料在磨内停留的时间长、噪音大，已有100多年的历史，其主要优点是系统可靠管理维护简单；缺点是能耗高，球磨机粉磨作业耗电量，约占水泥厂总耗电量的65%～70%，物料在内的停留时间长、噪音大、占地面积大，一种是挤压粉碎的物料进入环磨机粉磨，再送入先粉机选粉，这种工艺称为预粉磨。挤压粉磨设备的不足之处是，立磨系统的机械结构复杂，系统通风费用高；辊压机辊压过高，结构复杂振动大，由于辊面的磨损与液压系统工作在高压状态，所以故障较多、维护费用高，系统烘干能力低，这些磨机的应用都有一定的局限性，并且这些缺点限制了辊压机作为终粉磨流程的发展和完善，经营费用高。
我的设计课题是φ2600筒辊磨，主要负责压辊以及加压装置方面的设计。本课题是针对现今社会比较流行的环保节能方面的发展要求展开，其主要技术还是致力于筒辊磨的开发与研究，以及力求使其粉磨效果达到最佳，并使得其气体及粉尘的排放量达到最小状态，最终达到环保节能的目的。它的开发与研究有利于大幅度地降低能源消耗，提高粉磨效率，降低粉磨作业电耗。随着筒辊磨进一步的研究开发和推广，应用新的粉磨系统与相应的措施，使其粉磨效果、效率达到稳定、高效，并逐步成为粉磨行业的主导机械，这具有十分重要的现实意义和经济意义。
综上所述，挤压磨的发展趋势是降低磨辊压力、提高辊速、增加物料受压的次数。筒辊磨之所以避免了困扰现有球磨、立磨、辊压机工艺的各种问题，又充分发挥了各自的优点，是因为辊筒磨具有独特的结构特点和料层粉碎机制。
1.2 设计依据及技术指标
（a） 课题来源：市场需求，新品开发；
（b） 产品名称：φ2600筒辊磨；
（c） 粉磨对象：矿渣，进料粒度 10mm, 水分 2%；
（d） 粉磨成品:矿粉,比表面积 /kg；
（e） 设计依据:法国FCB公司φ3800筒辊磨在牡丹江水泥厂生产数据；
（f） 设计产量:Q 25t/h。
1.3 设计总体思路
筒辊磨属于节能环保技术装备，主要应用于冶炼废渣的粉磨深加工，也可用于矿山、建材等行业的高细粉磨作业。设计将分为总体设计，工艺设计和结构设计，具体分别为：
（a） 总体设计：建立粉磨力学模型，寻求筒辊磨粉磨适宜的压力与结构的函数关系；
（b） 工艺设计：粉磨矿渣的工艺流程设计；
（c） 结构设计：压辊，加压装置，同步杆，卸料装置的设计。
1.4 本课题拟解决的问题
本设计主要通过深入研究粉磨机理和现有各种粉磨设备的基础上，开发出来的一种具有球磨机的可靠性和产品的质量、立磨的紧凑结构和辊压机的低能耗的全新结构的新型粉磨设备，它的优势主要在于为挤压粉磨工艺找到了一条能充分发挥节能潜力的新途径。我的设计是参考现有牡丹江水泥厂引进法国FCB公司HORO磨规格φ3800的结构参数设计，推导设计参数，主要针对筒辊磨的压辊、加压装置及卸料装置的设计方面，通过所需的粉磨压力及磨机的产量,确定筒辊磨长径比、压力角、筒体直径和筒体的长度、压辊直径和压辊的长度,在结构尺寸等参数上进行优化设计。
2 总体方案的论证
2．1 筒辊磨总体设计的反求工程技术
2.1.1 反求工程技术概述
在知识经济到来的时期，世界各国纷纷调整科技发展战略，以期在21世纪立于不败之地。各国都在充分利用它国的科技成就加以消化吸收与创新，发展自己的新技术，这就是反求工程Inverse Engineering。反求工程技术正是在这基础上发展起来的，己成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或重要对策。
反求工程技术是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合。反求工程以先进产品设备的实物、软件图纸、程序、技术文件等或影象图片、照片等为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入地分析研究和再创造、探索掌握其关键技术，进而开发出同类先进产品。再创造即创新是反求工程技术的灵魂。
世界各国在经济技术发展中应用反求工程消化吸收先进技术的经验，给人们以有益的启示。
2.1.2筒辊磨反求工程总体方案
本研究针对筒辊磨粉磨系统的特点，筒辊磨是粉磨系统的关键组成部分，是整个粉磨系统增产、降低能耗的关键设备，主要采用软件反求和实物反求相结合的反求设计方法对筒辊磨开展反求设计研究工作，利用筒辊磨结构和工艺参数值来反求创新的料层粉碎技术及装备的结构设计和工艺参数值。
通过有关筒辊磨的技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等技术软件的分析，利用CAD技术、系统设计、优化设计、有限元、价值工程、工业设计等现代设计方法，对有关数据分析、处理、优化以获得最优结构和工艺参数值，作为反求设计研究新技术和装备的依据，并开发出具有创新的技术及装备。
本设计通过建立筒辊磨的力学模型，通过理论分析和实测数据，对其钳角、磨辊直径、筒体直径、入料平均粒度、磨辊工作压力、筒体线速度、产量和物料通过量等主要工艺参数规律进行探讨、反求和预测，能给筒辊磨的正确设计和合理维护提供理论指导。
2．2 粉碎机理
筒辊磨虽然属于料层挤压粉碎设备，但其结构却完全不同于辊式磨或辊压机，它主要是由筒体和圆柱形辊子组成。由于筒体的高速旋转带动筒体内的辊子转动，而在辊子上施加有压力，使得进入辊压通道的物料逐渐被粉碎，当进入最小间隙(筒体与辊子之间)处时，物料的受力状态最接近于压碎学说中的单轴受压情况，因此这时粉碎物料所消耗的功最小，这是筒辊磨粉碎效率最高、功耗低的一个重要原因。筒辊磨具有以下4大特点:中压、多次挤压、转速高和压力角大。
2.3筒辊磨的粉磨压力分析
2.3.1中压
筒辊磨的工作压力介于立磨和辊压机之间，属中压操作，一般为辊压机的1/10～ 1/15，因而不象辊压机那样在高压下使物料颗粒周围受力而浪费能量。由于压力低，应力。 、 的作用相比应力 很小(三者是相互垂直于座标轴的主应力)，所以它最接近于单轴受压，是压碎学说的特殊形式，因此从理论上讲，筒辊磨是粉碎效率高、能耗低的粉磨设备之一，从筒辊磨粉磨干法回转窑水泥熟料的显微照片可知，筒辊磨的粉碎产物不同于辊压机(辊压机粉碎产物的形状尖锐，具有很多的棱状和片状物料，细颗粒上也具有大量的裂纹)。这不仅仅由于筒辊磨是中压操作和多次挤压，并且是由于筒辊磨的压力角远远大于辊压机的压力角的原因，使得物料破碎不但具有选择性，而且受压时间也延长。筒辊磨粉碎产物大多数呈锥形或棱形，其余近似球形，即球形系数明显优于辊压机。粗颗粒中也存在着大量的裂纹，从而对粗粉再次粉碎有利；细粉颗粒中的裂纹却极少，因而有利于改善水泥的性能。
目 录
1 前言 1
1.1 概述 1
1.2 设计内容 2
1.3 设计依据及技术指标 2
1.4 本课题拟解决的问题 2
2 总体方案的论证 3
2.1 筒辊磨总体设计的反求工程技术 3
2.2 粉碎机理 3
2.3 筒辊磨粉磨压力分析 4
2.4 工艺设计 7
3 筒辊磨压辊的设计 9
3.1 压辊的选材 9
3.2 压辊的结构设计 9
3.3 压辊的强度计算 12
3.4 轴承的选择 14
4 筒辊磨加压装置的设计 15
4.1 加压装置 15
4.2 加压杆结构尺寸的确定 15
4.3 材料的确定 15
4.4 液压缸内径的确定 16
4.5 同步杆的设计 16
5 筒辊磨卸料装置的设计 17
6 结论 19
参考文献 20
致 谢 21
附 录 22
参 考 文 献
[1] 张铁华.黄之初.辊筒磨及其粉磨动力学的修改[J].新世纪水泥导报,1998，(3)：23-25．
[2] 刘瑞凤.全新结构的卧辊磨[J].水泥技术,1995,(4): 45-47．
[3] 王仲春.水泥工业粉磨工艺技术[M] .北京：中国建材工业出版社,1998,8.
[4] 成大先.机械设计手册[M] .北京：化学工业出版社,2004,4.
[5] 朱孝录.机械设计大典[M] .江西：江西科学技术出版社,2002,3.
[6] 蒋冬青.辊筒辊筒磨节能特性的探讨[J]. 国外建材科技, 1998,（1）: 19-20．
[7] 张铁华,蒋冬青等.辊筒磨粉磨过程数学模型的建立及其计算机模拟[J].中国建材装备,1997,(08) ：12-13．
[8] 张铁华,刘湘欣等.辊筒磨力学模型的探讨[J].武汉工业大学学报,1998，（1）：34-36．
[9] 张铁华,钱榴云.筒辊磨料层粉碎特性的初步探讨[J].硅酸盐学报,1998,(2):26 -27.
[10] 陈秀宁,施高义.机械设计课程设计[M]. 杭州:浙江大学出版社, 2002.7.
[11] 余光庚.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社,1991.
[12] 王仲春.水泥工业粉磨工艺技术[M].北京:中国建材工业出版社, 2004.
[13] 楮瑞卿.建材通用机械与设备[M]．武汉：武汉工业大学出版社，1996.
[14] 郭俊才.水泥工厂实用技改新技术[M].北京:中国建材工业出版社, 2000.
[15] 蒋冬青.辊筒磨主要结构参数的分析计算[J].矿山机械, 2005，(4),33-34.
[16] 张铁华.料层挤压粉碎理论与辊筒磨[J].粉体技术,2002,(04):12-14.
[17] 胡家秀.简明机械零件设计实用手册[M].北京：机械工业出版社, 1999.3.
[18] 余光庚.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社,1991.
