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φ348m回转窑改进
摘要
回转窑是水泥厂重要设备,回转窑发生故障直接影响水泥的产量和质量.本课题是通过对回转窑的改进设计,使学生掌握机械设计的过程。
φ3×48m回转窑改进实际,在水泥厂中用回转窑煅烧水泥熟料。
回转窑的技术性能和运转情况决定水泥的质量和成本,所以回转窑是水泥厂中十分重要的设备。
本次设计是对回转窑的改进设计,分窑身,窑体和窑尾。
三部分主要对窑体的简体和轮带的设计,传动装置的大小齿轮的设计和液压挡轮的设计。
通过这些的改进使回转窑的安全运转、效率、产量及质量都会有很大的提高。
本次设计就是围绕这些重要部位而展开的。
关键词:
简体大小齿轮液压挡轮轴承轮带
ABSTRACT
Kilncementplantisanimportantequipment,toafaultdirectlyaffecttherotarykilncementproductionandquality.Thisissueisthroughimproveddesignoftherotarykiln,sothatstudentsmasterthemechanicaldesignprocess.φ3×48mkilnactualimprovementinthecementkilnusedcalcinedcementclinker.Kilntechnicalperformanceandfunctioningofthedecisiontocementthequalityandcost,therotarykilncementplantisveryimportantequipment.Thekilnisdesignedtoimprovethedesignofthekilnbody,kilnandback-end.ThreemajorpartofthekilnofSimplifiedandroundwiththedesign,transmissiondevicethesizeofthedesignandhydraulicgearroundtheblockdesign.Throughtheseimprovementstotherotarykilnsecurityoperation,efficiency,yieldandqualitywillbegreatlyimproved.Thedesignistofocusontheseimportantsiteofthestart.
Keywords:
Simplifiedthesizeofgearshydraulicblockroundthebearings
目录
引言………………………………………………………….…………...……...……..1
1.回转体的设计……………………………………………….……….…………….1
1.1简体说明部分……………………………………………….……………....…….1
1.2简体的计算………………………………………………………..............………3
1.3轮带的设计………………………………………………………..….…..….…….5
2.传动装置………………………………………………..……………..……..….….7
2.1对传动装置的要求……………………………………..…………...…………….7
2.2传动方式………………………………………………………….……...…….….8
2.3大小齿轮的设计…………………………………………………….…….……...8
3.液压档轮装置.........................................................................................................10
3.1液液压档轮的工作原理........................................................................................10
3.2主要参数的确定…………………………………………………………………11
3.3主要零部件的设计与计算………………………………………….……...…....12
3.4液压泵的设计计算…………………………………………….......................…..15
结论………………………………………………..…………………………….…….16
致谢词………………………………………………………….…………………........16
引言
毕业设计是培养学生运用所学知识和技能,分析和解决问题。
完成工程基本训练的重要教学环节,通过这次毕业设计来了解机械设计的一般方法,设计过程和进行方式进行了技能的训练。
φ3×48m回转窑改进实际,在水泥厂中用回转窑煅烧水泥熟料。
回转窑的技术性能和运转情况决定水泥的质量和成本,所以回转窑是水泥厂中十分重要的设备。
由于设计时间短,我们采用分组设计,在设计中吸收了新工艺新技术,对经济技术进行综合分析和评价。
引进新技术使设备结构合理简单、易加工、经久耐用的原则进行改进。
在综合所学知识同时做好毕业设计,而且为以后工作打好了基础。
由于所学知识面比较窄,设计中出现错误是无法避免的,请批评指正。
1、回转体的设计
回转体包括简体及其镶砌的耐火衬,也包括附在简体上的轮带、大齿轮等。
1.1简体说明部分
1.1.1点数目确定
支点数目的确定是一个复杂的问题,从管理使用角度及制造角度希望少一点,从力学角度又希望支点数目不宜太少,L/D=16及D=3m,以及经验支点数目取3个。
1.1.2支点位置的确定
经验公式
窑头的悬伸段:
L1/D=1.5L1=(1~1.2)D
窑尾的悬伸段:
L2/D=3L2=(2.5~3.4)D
烧成带:
L3/D=4.55.5L3=(5~6.5)D
中间跨距:
L4=(6~8.2)D
确定:
L1=3~3.6m取L1=3.5m
L2=7.5~10m取L2=7.5m取L3=L4则L3=L4=(48-L1-L2)÷2=(48-3.5-7.5)÷2=18.5m
1.1.3简体钢板厚度的确定
1>一般基体钢板:
S=18-50mm
2>烧成带比普通跨厚度大:
轮带下简体厚:
S1=0.015D=0.015×3=0.045m=45mm
过渡带简体厚:
S2=0.01D=0.01×3=0.03m=30mm
烧成带简体厚:
S3=0.007D=0.007×3=0.021m=21mm
普通跨间简体厚:
S4=0.006D=0.006×3=0.018m=18mm
3>回转窑:
D=2.5~3mS=20MM
D=3~3.6mS=22mm
一般基体钢板厚:
D=3m取S=20mm
4>烧成带简体厚:
S3=22mm
轮带下简体厚:
S/D=0.012~0.015-S=(0.012~0.015)
取S=36-45mmS1=40mm
5>过渡段简体厚S2
S/D=0.01S=0.01D=0.03m=30mm
取S2=25mm
6>普通跨舰体厚:
S/D=0.006S4=0.006D=0.018m=18mm
为减少钢板厚度型号取S4=S3=22mm与烧成带相同。
1.1.4钢板宽度和长度的选择和确定
1>钢板宽度的选择:
共选取几种不同的宽度2.0m1.5m10.m2.1m
2>钢板长度的选择:
L=∏D=3∏=9.42m
1.1.5钢板的排布
1>保证轮带和大齿轮下面没有孤焊缝
2>钢板数量和焊缝应尽量少
3>纵向焊缝应铺开200-300mm
1.1.6垫板
1>垫板与简体集结形式的确定
选用焊接形式为保证简体厚可自由伸长采用一端焊接一端自由
2>安装形式
选用可调试(间隙可调试)垫板一薄一厚两块,薄垫板在上厚的在下,在薄垫板磨损后
可以更换,从而保证垫板与轮带的间隙。
3>垫板尺寸,如下图:
设计研究图纸:
取b=200mmh=40mml=1100mm薄垫板:
S1=10mm厚垫板:
S2=30mm
1.1.7简体的结构
本设计为直简体结构窑尾处设有倒锥形窑尾收口以防止倒料。
1.2简体的计算
1.2.1载荷的计算
1〉画线载荷图。
2〉集中载荷计算。
取大齿圈:
P4=120KH窑尾集中载荷:
P5=50KH
1.2.2支点弯矩的计算
1>支点Ⅲ的弯矩Ⅷ,Ⅲ的弯矩可由窑尾悬伸段求出
Ⅷ=(-1/2)q5l5l5-p5l5=(-0.5)×50.8×7.5×7.5-50×7.5=-1084kN.m
2>支点Ⅰ的弯矩可由窑头悬伸段求出
Ⅵ=-q1l1(l1/2+l2)-0.5q2L22=-72.2×3×(3/2+0.5)-1/2×97.5×0.52=-445.3KH.M
3〉支点Ⅱ的弯矩可由简化后的三弯矩方程求出,支点Ⅱ的弯矩Ⅶ
Ⅵ=(-6B1-6A2ф-L1M1-L2M3)÷2(L1+L2)=[-6×(q3/24×L33)-6×(q4L43/24+P4×(18.5-3)×3×(18.5+3)÷(6L4)]-L3Ⅵ-L4Ⅶ]÷2(L3+L4)={-0.4×86×18.53-6×[50.8÷24×18.53+20×(18.5-3)×3×(18.5+3)÷(6×18.5)-18.5×(-445.3)-18.5-(-1804)]}÷2(18.5+18.5)=-2452KH.M
由此各支点的弯矩为Ⅵ=-445.7KH.MⅦ=-2452KH.MⅧ=-1804KH.M
1.2.3支反力的计算
1>支点Ⅰ的反力
RI.0=q1L1+q2L2=72.2×3+97.5×0.5=265.35KH
RI.I可由L3跨(Ⅰ-Ⅱ)求得对静定其Ⅱ点取矩
RI.I×18.5+Ⅵ-q3×18.5/2-Ⅶ=0
RI.I=(-2452+445.3+86×18.5/2)÷18.5=687KH
同理由此RI=RI.0+RI.I=265.35+687=952.35KH
根据同样的道理求RⅡRⅢ
2>RⅡ.Ⅰ=1/18.5(2452-445+86×0.5×18.52)=904KH
RⅡ.Ⅱ=18.5+Ⅶ-50.8×0.5×18.52–120×3=Ⅶ=0
RⅡ.Ⅱ=(Ⅶ-Ⅶ+360+8693)÷18.5=524.4KH
RⅡRⅡ.Ⅱ=RⅡ.Ⅰ+RⅡ.Ⅱ=904+5204.4=1428.4KH
3>RⅢ.Ⅲ=(Ⅷ-Ⅷ+50.8×0.5×18.52+120×155)÷18.5=535.4KH
RⅡ.Ⅲ=50+7.5×50.8=966.4KH
RⅢ=535.4+431=966.4KH
因此各支点反力为RI=952.4KHRⅡ=1428.4KHRⅢ=966.4KH
1.2.4求跨中最大走距
1>Ⅰ—Ⅱ跨中最大弯距
设跨中最大弯距离支点Ⅰ为X米
MI.X=RI.I-X1-q3×X1/2+MI当MI.1X1=RI.I-q3X1=0
X1=RI.I/q3=687/86=7.89MMI.1X1=687×7.98-86×7.98/2-445.3=2298KH.M
2>求Ⅱ.Ⅲ跨的跨中最大弯距
同理X2=RⅡ.Ⅱ/q4=524.4/50.8=10.32M
MⅡ=10.32=524.4×10.32-2452-50.8×0.5×10.322=254.6HK.M
将各支点弯距支点反力.跨中最大弯距总列表
支点号
支点弯距
(KH.M)
支点反力Rn(KH)
跨内危险断面距左支点距离M
跨中最大弯距(KH.M)
Rn.n
Rn.n
Rn.n
7.89
2298
Ⅰ
-445.3
265.35
687
952.35
Ⅱ
-2452
904
524.4
1428.4
10.32
254.6
Ⅲ
-1804
535.4
431
966.4
由上表可知Ⅰ.Ⅲ质点反力相近,Ⅲ点反力最大.最大弯距与跨中最大玩具接近。
因此,在设计中轮装置时可将Ⅰ.Ⅲ设计成相同尺寸。
档托轮设计成最大尺寸,校核简体强度。
在Ⅰ、Ⅲ跨钢板厚22mm距处于烧成带,设筒体取低温度350℃(由于支点处钢板比基体钢板厚,故反验算跨中最大弯距)。
δ=M/WKT.KS
1>M最大弯距:
M=2298KH.M
2>W抗磨断面模数W=∏/4P2δ=∏/4×32×(103)2×22=1.58×108MM3
3>温度影响系数:
T=350℃KT=[K(340)+K(350)]÷2=(0.75+0.71)÷2=0.73
4>KS焊接强度系数,取KS=0.85
5>许用弯曲应力IδI
P68[δ]=2000-2700N/cm2=20-27Mpa
δ=M/WKT.KS=(2298×106)÷(1.55×108×0.73×0.85)=23.89Mpa
在[δ]=20-27Mpa范围内,所以简体强度合格
1.3轮带的设计(Ⅲ档靠近窑尾一档)
1.3.1轮带的形式
轮带是一个环形铸钢料是回转窑中重要的零件,它套装在简提上,随窑体在齿轮上转动。
回转体上的全部重量通过轮带给托轮,轮带本身增强,简体钢性的作用,轮带在简体上的位置依窑的规格和简体强度而定。
因此设计选用实心矩形轮带。
下图就是实心矩形轮带断面形式。
1.3.2轮带尺寸的确定
1>外径D1的确定
实心矩形轮带D=3m<3.5D1=(1.19-1.25)D
因采用液压档轮装置D1取最大值
D1=1.25D=3.75m=3750mm=3.75m
2>内径D2截面高H
D2=D+2×δ+2×0.04+0.01=3017m=3170mm
截面高H=(D1-D2)/2=(3.75-3.17)÷2=0.29m
3>轮带宽度B1的确定
B1=(0.202·Q2·E(i+1)/[P0]2D1
轮带外径D1=3.75m
Q2=1.1Rn=1.1×1428.4×103=1.57×106H
i=3-4取i=3
E=2×1011Pa
[P0]许用接触应力,轮带材料ZG340-640
HB=160~190取[P0]=450Pa=4.5×108Pa
所以轮带宽度B1=(0.202·Q2·E(i+1)/[P0]2D1=[0.202×1.57×106×2×1011×(3+1)]÷(4.5×108)2×3.75=0.334m
取B1=0.5m
1.3.3弯曲应力与温度应力计算
1>轮带断面模数
平均直径D1C=D1+1=3.46m平均半径R1C=1.73m
w=BH2/6=[6.5×103×(0.29×103)2]÷6=7.008×106mm3
2>弯曲应力校核
内缘δ1500(2100)=0.086QiRiC/W=(0.086×1.57×106×1.73×103)÷(7.008×106)=33.33MPa
外缘δ1500(2100)=-0.086QiRiC/W=(-0.086×1.57×106×1.73×103)÷(7.008×106)=-33.33MPa
轮带ZG340-640HB=160~190[G]=90MPa
因为δ内缘=-δ外缘<[G],所以弯曲应力合格
3>温度应力的校核
外缘δ外=E2(TB-TH)/3 (2R1+R2)/(R1+R2)(Pa)
内缘 δ内=-E2(TB-TH)/3 (2R1+R2)/(R1+R2)(Pa)
1.3.6轮带钢度的计算
W=△1+△2<2P1C/1000或中W轮带椭圆度
△1垂直方向直径减少△1=0.039Q2Ri3c/EJ
△2水平方向直径减少△2=0.0418Q2Ri3c/EJ
D1C轮带平均直径D1C=3.46m
IX=BH3/12=500×2903÷12=1.016×109mm4
IY=B3H/12=5003×290÷12=3.021×109mm4
J=(IX2+IY2)1/2=(1.016×109)2+(3.021×109)2=3.19×109mm4
因为△1=(0.039×1.57×106×1.733)÷(2×1011×3.19×10-3)=4.97×10-4m
△2=(0.0418×1.57×106×1.733)÷(2×1011×3.19×10-3)=5.33×10-4m
所以W=△1+△2=1.03×10-3m
2P1q/1000=(2×3.46)/1000=6.92×10-3m
所以W<2D1C/1000钢度合格
2、传动装置
传动装置是回转窑的主要组成部分之一,为保证回转窑的长期安全运转,除了切实保证窑体“横刚纵柔”的要求和支承装置的坚固可靠外,传动的平稳可靠也是一个重要条件。
2.1对传动装置的要求
鉴于回转窑低速回转而传动机的转速为750、1000、15000转/分,故减速比大。
鉴于回转窑形大体重应充分注意大挡矩对零件的要求。
2.2传动方式
回转窑传动主要分为机械传动和液压传动两类,机械传动又分单传动和双传动,本设计用单传动。
单传动传动方式:
减速器传动方式、减速器与半敝式齿轮组合传动方式、三角皮带与减速器组合传动方式。
2.2.1主传动功率
根据公式
N=S(D-2δ)2.5Ln(KW)式系数S=0.05~0.055取S=0.0525
回转窑规格直:
D=3m
窑衬的厚度:
δ=0.018m
L—窑长:
L=48m
n—窑的最高转速:
r/min取n=3.108r/min
N=0.0525×(3-2×0.18)2.5×4.8×3.018=88.69KW
N=KNe=(1.15-1.35)Ne=101.99~119.73
选电动机Ne=110KWNmax=1000r/min
2.2.2辅助传动功率Nf
Nf=2NNf/n或nf/n=0.025~0.05,取nf/n=0.0375Nf=2×88.69×0.0375=6.65Kw
2.2.3传动的确定与减速器的选择
1>总传动比的确定I总=N电/N窑=I减-Ig或中I减—减速器的传动比Ig—大齿轮的传动比I总=1000/3.108=321.75
2>Ig传动长窑Ig=6~8取Ig=8
3>I减=I减/Ig=321.75/8=40.22
4>减速器的选型
根据I减=40.22n=1000r/minNi=110kw
选ZSY315型减速器i=40,n1=1000r/min,p1=108kw验算功率P2m=P2f1≤P1或f1—I总系数取f1=1P2是传动功率P2=N=95.34kw
所以P2m=P2f1 5.辅助传动减速器选择 N辅=2-9r/n=0.03~0.15r/min取N辅=0.15r/min 小齿轮转速: n1=0.15×8.11=1.22r/min N电=I减×n=1.22×40=48.8r/min N辅=6.5kw选YTC752型电子机 Ne=7kwne=40r/min 2.3大小齿轮的设计 2.3.1材质的选择 2.3.2确定齿数Z1、Z2模数m分度圆直径df 1>初定df D=3m<3.5mdf=(1.6~1.8)D 取df=1.7D=5.1m 2>确定小齿轮数Z1 Z1=17-23选用奇数取Z1=19 3>大齿轮齿数Z2Z2=Z1IgI总=IgI减 Ig=R总/I减=321.75/40=8.04Z2=19×8.04=152.8取Z2=154 实际传动比: Ig=Z2/Z1=154/19=8.11 4>确定模数m m=df/Z2=5.1×103154=33.11 取标准值m=32 5>具体确定d1、d2 d1=mZ1=32×19=608mmd2=mZ2=32×154=4928mm 2.3.3确定齿圈的宽度 1>齿圈的宽度B2≥[4.46×1011N·Y·Kj·Kd(Ig+1)]÷[d22·n·[§j]2]或N=88.69kwKj=1.05~11取Kj=1.075Kd—动载荷系数取Kd=1.1Y=0.97~0.98取Y=0.98[§j]对于ZG340-570齿圈按HB=170取[§j]=420MPa,另外d2=4928mmn=3.108n/minIg=8.11B2≥[4.46×1011×88.69×0.98×1.075×1.1×(8.11+1)]÷[49282×3.108×4202]≥313.64mm 2>小齿宽度B1 B1=B2+(40~60)简体窜动量40~60mm取B1=B2+40=360mm 3>修正系数 小齿轮采用正变位: §1=0.4大齿轮不变位: §2=0 4>齿轮齿圈参数 Z1=19Z2=154d1=608mmd2=4928mm B1=360mmB2=320mm§1=0.4§2=0 2.3.4齿轮齿圈的弯曲强度校核 1>§f=2KT1/bmd1YFYS≤[§]FMPa [§]F=Yn§FLinL/SFLim(MPa) §FLim—齿轮材料的弯曲疲劳极限应力MPa 大齿轮: 铸钢正火HB=163~187§FLim1=310MPa 小齿轮: 铸钢调质HB=203~275§FLim2=450MPa Yn——弯曲疲劳寿命强度的许用最小安全系数 取Ym=Yn2=1 SFmin1=SFmin2=1.00所以[§]F1=1.0×310÷1.00=310MPa [§]F2=1.0×450÷1.00=450MPa 2>齿形系数YF 由Z1=19§1=0.4取YF1=2.28 由Z2=154§2=0取YF2=2.15 3>应力修正系数 YS1=1.73则Z1=19§1=0.4 YS2=1.84则Z2=154§2=0 4>T1扭矩: T1=9550N/n1 N传动功率: N=88.69kw n1小齿轮转速: n1=n电/I减=1000/40=25r/min T1=9550×86.69÷25=3.39×104Nm 载荷系数: K=KAKVKB KA—使用系数KA=1.25 KV—动载系数Kv=1.1 KB—齿向载荷分布系数KB=1.23+0.36(b/d1)2+0.61×103b=1.23+0.36(360/608)2+0.61×103×360=1.81 K=KAKVKB=1.25×1.1×1.81=2.49 所以§F1=2KT1/bmd1YF1YS1=(2×2.49×3.39×104×103)÷(360×32×608)×2.28×1.73=95.1MPa<[§]F1=310MPa [§]F2=2KT1/bmd1YF2YS2=(2×2.49×3.39×104×103)÷(320×32×608)×2.5×1.04 =107.3MPa<[§]F2=450MPa 所以小齿轮和齿圈的弯曲强度合格 3、液压档轮装置 档轮装置的作用是用来指示窑体的轴向窜动(信号档轮)或控制窑体的轴向窜动(吃力档轮和液压档轮)。 3.1液压档轮的工作原理 3.1.1普通档轮存在的问题 1>轮带与托轮表面接触不良,容易出现脱落。 点蚀等缺陷,降低使用寿命 2
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