【正文】 GM1200550W型高壓輥磨機(jī)的總體設(shè)計院 系機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)教師沈陽航空工業(yè)學(xué)院2008年6月沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要高壓輥磨機(jī)作為一種高效、節(jié)能的粉磨設(shè)備在水泥行業(yè)中已得到了廣泛應(yīng)用，并正在向金屬礦山選礦行業(yè)拓展，其巨大的發(fā)展?jié)摿Υ偈蛊湫纬僧a(chǎn)業(yè)化、系列化的生產(chǎn)趨勢。為解決實際開發(fā)設(shè)計和系列化定型設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題，本論文采用基于3D特征的CAD技術(shù)，對高壓輥磨機(jī)進(jìn)行三維模型設(shè)計，實現(xiàn)以先進(jìn)的科技手段解決關(guān)鍵性技術(shù)問題，而且為高壓輥磨機(jī)設(shè)計的產(chǎn)業(yè)化、系列化發(fā)展，加速該設(shè)備在金屬選礦行業(yè)推廣應(yīng)用的進(jìn)程奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。本論文主要敘述了高壓輥磨機(jī)的總體設(shè)計與三維建模分析。主要內(nèi)容如下：。首先根據(jù)經(jīng)驗公式，設(shè)計完成給定任務(wù)量所需的高壓輥磨機(jī)的各部分參數(shù)，如輥徑，輥寬、輥磨力，功率等參數(shù)。然后是結(jié)構(gòu)設(shè)計和整體規(guī)劃。最后進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸確定與標(biāo)準(zhǔn)件的選型。，通過實體建模、虛擬裝配設(shè)計完成輥磨機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；通過對裝配體進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查，以檢驗結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。本論文從工程實用角度出發(fā)，不但縮短了產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計周期，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，降低設(shè)計成本，而且為高壓輥磨機(jī)整個設(shè)備的設(shè)計提供了有效的解決途徑。關(guān)鍵詞：高壓輥磨機(jī)；組合輥；特征造型；虛擬裝配設(shè)計AbstractHighPressure Grinding Roller(HPGR)，as a kind highefficiency and energysaving equipment，has been widely applied in cement industry， and is extending to the domain of metal ore mining and beneficiation，the industrialization and series trend will be formed for its tremendous development potential. In this thesis， HPGR are designed and dynamic simulation with CAD technology based on feature 3D solid modeling， to solve the important technical problems in term of development and design of the equipment， but also lays a technical base for furthering the development progress of industrialized and serial equipment，accelerate the application of equipment in metal mining for crushing hard ironstone.This thesis mainly introduces the normal design and 3D solid modeling on the HighPressure Grinding Roller. The main contents are as follows: design of the total drawing: First， the calculation of the parameters of HPGR to finish the task of giving，such as rolling diameter， rolling width，grind force， driving power，then，the structure and programming design，last，the design for the abnormal part and the selection of the normal part.2. The structure of HPGR is designed through solid modeling and virtual assemble， meanwhile，the structure rationality is tested by checking the static intervention among parts of HPGR.Stating from engineering application，its enforcement not only shortens the exploratory period of the new product，enhances its design quality，and reduces its research cost，but also lays a technical base for furthering the development progress of industrialized and serial equipments，hastens the equipments’ application in metal mining for crushing hard ironstone.Keywords: HighPressure Grinding Rollers；Assembled grinding rollers；Solid modeling based on feature；Virtual assemble design目 錄1 概述 1 輥磨機(jī)的發(fā)展過程 1 輥磨機(jī)的與傳統(tǒng)破碎設(shè)備的區(qū)別 2 輥磨機(jī)的發(fā)展趨勢 2 本課題的提出 22 設(shè)備的工作原理及參數(shù)的設(shè)計計算 4 設(shè)備的工作原理及粉碎過程 4 工作原理 4 粉碎過程 4 設(shè)備的組成 5 設(shè)備的主要參數(shù)的設(shè)計計算 6 工藝參數(shù)的計算 6 動力參數(shù)的選擇 10 運動參數(shù)的設(shè)計計算 12 生產(chǎn)能力的估算 13 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù) 133 總體方案的設(shè)計 15 傳動方案的設(shè)計 15 擠壓方案的設(shè)計 15 壓輥支承方案的設(shè)計 15 動、靜輥組件定位方案的設(shè)計 15 設(shè)備的總體框架 15 軸承類型的選擇及潤滑方式 16 液壓推力系統(tǒng) 16 設(shè)備的密封及防塵裝置的設(shè)計 16 設(shè)備的總體布局設(shè)計 184 動輥組件的設(shè)計與計算 19 動輥軸的設(shè)計與計算 19 動輥軸的材料選用 19 初估動輥軸軸徑 21 動輥軸的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 21 軸承的選擇與校核 22 動輥軸的校核 23 減速器的選擇與校核 25 減速器的介紹 25 減速器的選擇 26 減速器的校核 26 聯(lián)軸器的選用 27 選擇聯(lián)軸器的類型 27 十字軸式萬向聯(lián)軸器的校核 28 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 28 液壓缸的設(shè)計計算 28 液壓泵的選擇 32 液壓系統(tǒng)工作原理圖 32 蓄能器的選擇與充氣及使用維護(hù)規(guī)程 335 高壓輥磨機(jī)的三維設(shè)計 36 軟件簡介 36 CAD技術(shù)綜述 36 三維軟件Solidworks的綜述 36 三維建模技術(shù) 37 基于特征的建模技術(shù) 37 參數(shù)化建模 38 實體建模 38 高壓輥磨機(jī)的建模及虛擬裝配技術(shù) 38 高壓輥磨機(jī)的建模 38 高壓輥磨機(jī)的虛擬裝配技術(shù) 416 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 46 高壓輥磨機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 46 本課題的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 46 總結(jié) 47參考文獻(xiàn) 48致 謝 49V沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）1 概述由于世界能源的緊缺，粉碎過程中的能耗越來越引起人們的重視。高壓輥磨機(jī)問世十年來，主要應(yīng)用在水泥行業(yè)及個別有色金屬礦山，水泥界從這種節(jié)能、節(jié)鋼耗的高效設(shè)備中得到了較高的效益。冶金礦業(yè)粉碎礦石的數(shù)量也相當(dāng)可觀，且金屬礦石大都堅硬難磨，而目前球磨機(jī)的能耗、鋼耗和效率的問題都比較突出，礦物回收率受粉磨方式的影響也比較嚴(yán)重。能否將高壓輥磨機(jī)普遍應(yīng)用到冶金礦業(yè)，一直是行內(nèi)人關(guān)心的問題。 輥磨機(jī)的發(fā)展過程八十年代，德國Clausthal大學(xué)礦物工程學(xué)院蕭納特教授和東北大學(xué)巖石破碎專家徐小荷教授幾乎在同一時代不同的實驗室內(nèi)作出了礦巖靜壓粉碎后入球磨可節(jié)省粉碎綜合能耗的結(jié)論。該結(jié)論說明礦石在對壓輥的高壓載荷作用下，內(nèi)部受到極大的創(chuàng)傷并產(chǎn)生眾多的微裂紋，甚至直接被擠壓成餅狀或更細(xì)粒度，從而大幅度減少了使后續(xù)磨礦的工作量。八十年代末，德國洪堡公司(KDH)依據(jù)德國Clausthal大學(xué)礦物工程學(xué)院蕭納特的理論研究成果，研制開發(fā)出第一臺高壓輥磨機(jī)，又稱輥壓機(jī)。輥磨機(jī)開始普遍應(yīng)用于水泥行業(yè)，其應(yīng)用技術(shù)也達(dá)到一定水平，趨于成熟，為水泥行業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本起到了關(guān)鍵作用。由于金屬礦山行業(yè)的礦巖硬度高、成分復(fù)雜等原因，輥磨機(jī)在冶金礦山應(yīng)用和推廣較水泥行業(yè)發(fā)展速度慢，但是輥磨機(jī)高效、節(jié)能的優(yōu)點，使國內(nèi)外業(yè)內(nèi)科研工作者從未放棄對其的研究工作，經(jīng)過二十多年的不懈努力，用于礦巖粉碎的輥磨機(jī)技術(shù)和設(shè)備在結(jié)構(gòu)上不斷改進(jìn)、完善，并最終在金屬礦山行業(yè)應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展，如德國洪堡公司(KDH)的鐵礦石輥磨機(jī)、美國BH、DH系列型煤輥壓機(jī)等。其中德國洪堡公司(KDH)在鐵礦石輥壓機(jī)的研制開發(fā)上取得了卓越的成就，該公司生產(chǎn)的鐵礦石輥壓機(jī)已經(jīng)開始應(yīng)用于世界各國的有色金屬冶金礦山行業(yè)，并有3臺設(shè)備已經(jīng)成功用于鐵礦石的粉碎。高壓輥磨機(jī)在國外普遍應(yīng)用到冶金行業(yè)，該機(jī)在國內(nèi)冶金行業(yè)立即受到了普遍的關(guān)注。經(jīng)過高壓輥磨機(jī)輥壓后的物料在粒度分布上明顯不同于傳統(tǒng)的粉碎設(shè)備。在我國，天津水泥設(shè)計院較早地開展了輥磨機(jī)在水泥超細(xì)碎中的應(yīng)用研究；中南礦冶大學(xué)開展了輥磨機(jī)在有色金屬礦超細(xì)碎中應(yīng)用研究；東北大學(xué)結(jié)合國家“九五”重點科技攻關(guān)計劃項目，開展了輥磨機(jī)超細(xì)碎鐵礦石的應(yīng)用研究，研制開發(fā)出GM系列鐵礦石高壓輥磨機(jī)樣機(jī)，并成功地對黑鷹山鐵礦、棒磨山鐵礦、姑山鐵礦進(jìn)行了工業(yè)化粉碎應(yīng)用試驗。目前，國產(chǎn)化的高壓輥磨機(jī)已大量投入生產(chǎn)。 輥磨機(jī)的與傳統(tǒng)破碎設(shè)備的區(qū)別高壓輥磨機(jī)在形式上很像傳統(tǒng)的對輥破碎機(jī)，但在實質(zhì)上有兩點不同。其一是高壓輥磨機(jī)實施的是準(zhǔn)靜壓粉碎，它與沖擊粉碎方式相比，節(jié)省能耗約30%；其二，它對物料實施的是料層粉碎，是物料與物料之間的相互粉碎，粉碎效率高，物料之間的擠壓應(yīng)力可通過輥子壓力來調(diào)節(jié)。兩個輥子相向轉(zhuǎn)動，一個固定輥，另一個是可調(diào)距離的（調(diào)整方式有兩大類，一類是滑動式，另一類是擺動式動輥。）輥間壓力一般可達(dá)1500～3000個大氣壓，破碎產(chǎn)品可達(dá)2mm，不僅可實現(xiàn)“多碎少磨”，還很可能成為以碎代磨的新型粉碎設(shè)備。由于它具有強(qiáng)大的作用力，不僅使物料粉碎，還可使物料顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋，從而使磨礦能力大幅度提高。 輥磨機(jī)的發(fā)展趨勢針對目前市場對鋼材的需求增加和礦山選礦對大型設(shè)備的需求情況，高壓輥磨設(shè)備向大型化、全自動控制方向發(fā)展，例如某大型高壓輥磨機(jī)，其設(shè)備技術(shù)參數(shù)為：最大入料粒度：150 mm；最大處理能力：1800 t/h（粉碎銅礦）；最大裝機(jī)容量：4500kW；最大設(shè)備自重：2500t。從設(shè)備應(yīng)用范圍上向多種類金屬礦石的粉碎方向發(fā)展，其中包括：非金屬礦（頁巖、硫礦石、陶瓷材料、金伯利巖等）、有色金屬礦（銅礦、鉛鋅礦、鉬礦、鋁礬土、鉛礦、鉻礦、鎳礦等）、金礦、鐵礦、高爐礦渣等。總之，高壓輥磨機(jī)的引進(jìn)和開發(fā)大大的降低了生產(chǎn)成本節(jié)約了能源、提高了效率，并逐步的在我國的水泥工業(yè)、冶金行業(yè)占有了重要的地位。 本課題的提出近年來，高壓輥磨機(jī)在部分鐵礦工業(yè)化試用的成功，標(biāo)志著我國礦產(chǎn)粉碎行業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，而高壓輥磨機(jī)則在其中扮演著領(lǐng)軍任務(wù)的角色。國產(chǎn)化高壓輥磨機(jī)的系列化已成為一個急需解決的問題，已成為整個行業(yè)關(guān)注的焦點。本課題主要內(nèi)容是完成GM1200550W型高壓輥磨機(jī)的工藝參數(shù)、動力參數(shù)、運動參數(shù)的計算及總體設(shè)計，來完成前期的設(shè)計圖紙；在前期完成的設(shè)計圖紙基礎(chǔ)上應(yīng)用三維CAD和虛擬裝配技術(shù)進(jìn)行總體設(shè)計，并進(jìn)行干涉檢查等內(nèi)容，來保證最終的二維圖紙的合理性與可執(zhí)行性。2 設(shè)備的工作原理及參數(shù)的設(shè)計計算 設(shè)備的工作原理及粉碎過程 工作原理高壓輥磨機(jī)的工作原理是基于靜壓粉碎原理對輥碾壓方式()，由一對相向同步轉(zhuǎn)動的壓輥組成，其中一個為定輥，另一個為動輥（可水平方向移動）。物料從壓輥上方進(jìn)料口進(jìn)入，通過壓輥轉(zhuǎn)動帶入壓輥間，受到強(qiáng)力擠壓后形成酥松料餅從機(jī)下排出。排出的料餅不僅含有大比例的細(xì)粒，而且在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生大量裂紋，從而改善物料后續(xù)球磨的可磨性，增加球磨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，并大幅度降低球磨電耗和鋼耗。 輥磨機(jī)工作原理圖 粉碎過程，物料是在兩個輥徑相同、線速度相同、相向旋轉(zhuǎn)的輥子之間，由液壓系統(tǒng)提供給料層的巨大壓力下被粉碎的。Ⅰ第一粉碎區(qū)段 Ⅱ第二粉碎區(qū)段Ⅲ第三粉碎區(qū)段 Ⅳ第四粉碎區(qū)段 高壓輥磨機(jī)工作原理示意圖具體的粉碎過程如下：當(dāng)符合高壓輥磨機(jī)粒度要求的物料喂入料斗后形成一個料柱，物料在轉(zhuǎn)動壓輥的擠壓力作用下進(jìn)入第一粉碎區(qū)段。在該區(qū)段內(nèi)，較小的顆粒順著物料間的間隙靠重力下落，較大的顆粒在兩輥的受擠壓力和剪切力作用下，發(fā)生點破碎。破碎后的物料在兩輥的帶動下，加上自身的重力、慣性向下運動，進(jìn)入第二粉碎區(qū)。由于兩輥間的容積越來越小，物料在向下運動的過程中受到的擠壓力逐漸增大，當(dāng)壓應(yīng)力超過物料的抗壓強(qiáng)度時，便發(fā)生破碎或內(nèi)部損傷。隨著物料粒度的減小，顆粒間的位移趨于零，物料密度迅速增大，構(gòu)成料層。當(dāng)料層進(jìn)入高壓粉碎區(qū)段，即第三區(qū)段時，其速度已達(dá)到甚至超過輥面的線速度，同時壓力持續(xù)增大，最小間隙處壓力達(dá)到最大值。此時料層內(nèi)部的顆粒已是傷痕累累，只是徒有其表面而不堪一擊。同時，物料在高壓作用下，顆粒間發(fā)生粘聚現(xiàn)象，形成料餅，最后從輥隙間排除