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摘 要 煤炭資源作為一種主要資源，在國民經(jīng)濟中起著非常重要的作用。近年來，煤炭的價格持續(xù)飚升，形成大力開采之勢，與此同時，礦井事故也頻繁發(fā)生，經(jīng)濟損失巨大，人員傷亡之事故非常慘痛，煤礦安全日益成為重中之重，急待加強。 粘土制漿系統(tǒng)被廣泛用于煤礦企業(yè)的產(chǎn)煤一線，在煤礦企業(yè)中扮演著井下滅火和預防性灌漿的重要角色，所以是煤礦企業(yè)不可缺少的重要系統(tǒng)之一。也可以用于其他行業(yè)的混凝土制漿，所以，它的設計有著廣泛的前景和豐富的可鑒的經(jīng)驗。本設計的主要內容是設計一個制漿系統(tǒng)，用于實現(xiàn)礦上用的預防性灌漿，設計關鍵在于一個制漿機的設計。在完成總體的設計方案以后，就指出各個零部件的設計、安裝、定位的等問題，并對個別零件進行強度校核。以往設計一個制漿系統(tǒng)要設計好多部分，例如，設計給料機、破碎機、制漿機等一些重要系統(tǒng)組成部分，本設計沒有拋開基本組成部分的設計，只是把它們進行一體化設計，把各個分散的主體，結合成一個大的主體，安裝方便，操作簡單，維護也很輕松。 關鍵詞： 粘土制漿系統(tǒng) ；制漿機 ；方便 73 ABSTRACT Coal resources as a main resource, in the national economy plays an important role. In recent years, coal prices have continued to soar and the potential exploitation of the formation of strong, at the same time, mine accidents have been frequent reports of huge economic losses, casualties of a very tragic accident, mine safety has increasingly become the most important, urgent need to strengthen. Clay systems have been widely used in pulp and coal mining enterprises of the coal line, in the coal mining enterprises play an underground fire and filling an important preventive role, it is coal an important and indispensable enterprise systems in the world. Other industries can also be used for concrete making, therefore, it is designed with a wide range of prospects and a wealth of experience to be learned. The main contents of this design is the design of a pulping system for the realization of the preventive use of the mine grouting, design lies in the design of a pulping machine. Upon completion of the overall design scheme, would be pointed out that the various parts of the design, installation, positioning and so on, Strength of individual parts of the check. The past to design a system to design a lot of pulp in part, for example, the design of feeder, crusher, pulping machine, such as a number of important components of the system, the design did not set aside an integral part of the basic design, only the integration of them design, the main body of the various scattered light into the main body of a large, easy to install, simple operation, is also very easy to maintain. Keywords：Pulping system clay ； Pulping machine ； Convenient 目 錄 第 1 章 緒論 1 第 1.1 節(jié) 制漿系統(tǒng)的發(fā)展背景及其應用現(xiàn)狀 1 第 1.2 節(jié) 煤炭自然和其他井下滅火技術的簡介 1 1.2.1煤炭自然因素與特征 1 1.2.2煤炭自然發(fā)火的預防措施 3 第1.3 節(jié) 制漿系統(tǒng)的介紹和分類 4 1.3.1 制漿系統(tǒng)的介紹 4 1.3.2 制漿系統(tǒng)的分類 5 第 1.4 節(jié) 制漿系統(tǒng)的優(yōu)點 7 第 1.5 節(jié) 新型多功能型制漿系統(tǒng)的提出 7 第 2 章 制漿系統(tǒng)的分析和總體方案的設計 8 第2．1節(jié) 制漿系統(tǒng)的分析 8 第 2.2 節(jié) 總體方案的設計 9 2.2.1 總體方案的設想 9 2.2.2 破碎機部分的設計構思 10 2.2.3 給料部分的設計構思 11 2.2.4 攪拌機的設計構思 11 第 3 章 破碎機部分的設計 12 第 3.1 節(jié) 破碎機轉速和功率的確定 12 3.1.1 破碎機的齒輥的轉速 12 3.1.2 電動機功率的確定 12 第 3.2節(jié) 電動機的選擇和傳動方式的確定 14 3.2.1電動機的選擇 15 3.2.2傳動方式的擬定 15 第 3.3 節(jié) 齒輥部件及箱體的設計 16 3.3.1 齒的設計 16 3.3.2 齒板的設計 17 3.3.3 齒輥輥筒的材料的選擇 17 3.3.4 齒輥軸的設計 17 第 3.4 節(jié) 破碎機用的減速器的設計 19 3.4.1 各級傳動比的確定 19 3.4.2 傳動裝置運動參數(shù)計算 19 3.4.3 各齒輪的設計計算 20 3.4.4 軸的設計 28 3.4.5 軸的校核 30 3.4.6鍵的選擇與強度驗算 32 第 3.6節(jié) 箱體結構及相關設計 36 3.6.1 鑄造方法 36 3.6.2 截面形狀的選擇 36 3.6.3 肋板的布置 36 第 4 章 給料機和攪拌機的設計 38 第 4.1 節(jié) 給料機的設計 38 4.1.1 給料機的介紹 38 4.1.2 螺旋給料機的參數(shù)設計 40 4.1.3 螺旋給料機功率的計算 42 4.1.4 軸端的密封設計 43 4.1.5給料機電機的確定 43 4.1.6其他零件的選擇 45 第 4.2 節(jié) 制漿機的設計 47 4.2.1 攪拌葉的設計 47 4.2.2 確定傳動方式 48 4.2.3 電機的選擇 49 第 5 章 部分零件上的公差和配合 50 第 5.1 節(jié) 配合的選擇 50 5.1.1 配合的類別的選擇 50 5.1.2 配合種類的選擇 50 第5.2節(jié) 一般公差的選取 50 第5.3節(jié) 形位公差 51 5.3.1 形位公差項目的選擇 51 5.3.2 公差原則的選擇 51 5.3.3 形位公差值的選擇或確定 52 結論 54 翻譯部分 57 英文原文 57 中文譯文 64 致 謝 71 第 1 章 緒論 第 1.1 節(jié) 制漿系統(tǒng)的發(fā)展背景及其應用現(xiàn)狀 在我國，現(xiàn)在正處于經(jīng)濟的蓬勃的發(fā)展時期，無論是第一第二產(chǎn)業(yè)還是第三產(chǎn)業(yè)，都在迅速發(fā)展。能源產(chǎn)業(yè)做為發(fā)張經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，在社會經(jīng)濟中扮演著重要角色。其中的煤能源，在我國還占據(jù)著主要能源的地位。近幾年，經(jīng)濟的快速發(fā)展，導致煤的供應需求增加，開采煤本身就是個高危行業(yè)，超量開采導致事故頻繁發(fā)生。制漿系統(tǒng)本身就是用在煤礦保證煤礦生產(chǎn)安全的一個系統(tǒng)。雖然制漿系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)很久，雖然其發(fā)展速度緩慢，但是其優(yōu)點和必要性沒有什么可以代替，所以至今各大煤礦都在使用。 第 1.2 節(jié) 煤炭自然和其他井下滅火技術的簡介 1.2.1煤炭自然因素與特征 煤炭自然發(fā)展過程的三個必要條件：煤炭具有自然的傾向性；有連續(xù)的供氧條件；熱量易于積聚。 表1·1 煤炭的自然因素與特征 煤炭自然因素 基 本 因 素 煤的炭化程度 煤炭的自然性隨煤炭的質量程度的增高而降低。沒的炭化程度越低，揮發(fā)份含量越高，煤炭自然發(fā)火傾向越強。一般說來，褐煤易于自然，煙煤中長焰煤危險性最大，貧煤及揮發(fā)份含量在12%以下的無煙煤難以自然 續(xù)表1·1 煤巖成分 煤巖成分包括有絲煤、暗煤、亮煤和鏡煤。煤層中有集中的鏡煤和亮煤，特別是含有絲煤時，煤的自然傾向就大；而暗煤多的時候，一般不易于自然 煤的含硫量 含硫分越多，吸氧能力越大，越易自然；含黃鐵礦、黃銅礦結核較多，也具有自然的危險 煤的破碎程度 煤的破碎程度大，增加了沒的氧化面積，使煤的氧化速度加快，容易自然。脆性和風化率較大的煤就易于自然 煤的水分 水分能加速煤的氧化過程，同時使煤體疏松，造成細微裂縫，加大吸氧能力，并降低著火溫度，但過多水分能抑制煤的氧化作用 溫度 隨著溫度升高，氧化作用加劇。根據(jù)實驗煤的溫度由30℃升高到60℃時，吸氧能力要增加3~10倍，如果煤的溫度達到臨界值則開始迅速氧化，并積極增高溫度，導致燃燒 地質構造 煤層厚度與傾角大，開采時煤炭損失、破損程度大，以及圍巖等受到破壞，形成裂縫，而煤層厚還易于局部儲熱，固自然危險性愈大。在地質構造破壞的地帶，自然發(fā)火頻率較煤層賦存正常地段高 開拓開采條件及通風方式 礦井開拓方式和開采方法及通風方式選擇不合理，往往造成丟煤多、煤柱破碎、漏風嚴重，給煤炭自然造成良好條件，增加自然可能性 1.2.2煤炭自然發(fā)火的預防措施 （1） 開拓、開采技術措施 （2） 通風安全技術措施 （3） 預防性灌漿 預防性灌漿時目前我國使用最廣泛的一種行之有效的預防煤炭自然的方法。 （4） 調節(jié)風壓法防滅火 根據(jù)漏風和煤炭自然火災的關系，漏風量太大，氧化熱量不能積聚；漏風量很小，則供氧不足，煤也不易于自然。 （5） 阻化劑防火 將無機鹽類的化合物，如:氯化鈣、氯化鎂、氯化氨以及水玻璃等物質的溶劑藥液噴灑在煤塊或注入煤體內，具有阻止煤體氧化，防止和撲滅其自熱的作用。煤礦利用阻化劑防滅火是60年代末誕生的一項新技術，我國起步較晚，1974年撫順煤研所在試驗室和現(xiàn)場開始研究，先在沈陽、平莊兩局實驗成功。近年來，在實驗室和現(xiàn)場試驗的基礎上，尋找合適我國煤礦不同煤種的阻化劑做了大量工作，并在阻化劑防火的機理方面提出了“吸水鹽類液膜隔氧降溫學說”，正確的闡述了阻化劑防火的原理，為阻化劑防火技術和發(fā)展奠定了基礎。目前，我國有13個省40多個礦區(qū)應用阻化劑防火均收到了不同程度的效果;80年代利用工作面部采空區(qū)的漏風攜帶霧化阻化劑微粒進入采空區(qū)防止遺煤自燃，在銅川礦務局試驗成功，為阻化防火工藝的發(fā)展作出了貢獻。理論的成熟、工藝的發(fā)展使阻化劑防滅火已成為我國黃泥灌漿防火技術的重要補充。但是，目前使用阻化劑的阻化率較低，壽命較短，對環(huán)境有不同程度的污染，這些問題今后要進一步研究解決。 （6） 惰氣防滅火 （7） 泡沫滅火 泡沫有化學泡沫和空氣高倍數(shù)泡沫(簡稱高泡)兩種?；瘜W泡沫一般儲裝于小型滅火器內，泡沫滅火器使用靈活，撲滅初起的火災非常有效。常裝備在井下碉室、膠帶輸送機的機頭等易于發(fā)火的地方?？諝鈾C械泡沫滅火裝置產(chǎn)生的泡沫倍數(shù)一般在500-1000之間。撫順煤研所于60年代開始開發(fā)，研制了高效電動(BG P-200 )和水動((SGP-180)型發(fā)泡機。使該技術投入實戰(zhàn)應用。其優(yōu)點是能快速、遠距離撲滅礦井火災。至目前為止，在我國煤礦井下應用高泡滅火技術撲滅火災達30余次，成為世界上應用該項技術次數(shù)最多的國家之一。 90年代，為了提高滅火效果，開始研制以惰氣為氣源的高穩(wěn)定性泡沫。這種惰氣(氣氮或液氮氣)泡沫，既可安全高效滅火，又可充入采空區(qū)起到隔離作用。由多組分復配而成的高穩(wěn)定性泡沫劑和惰泡發(fā)生裝置，已由撫順煤科分院研制成功，使泡沫滅火技術獲得新的發(fā)展。 第1.3 節(jié) 制漿系統(tǒng)的介紹和分類 1.3.1 制漿系統(tǒng)的介紹 50年代末，在我國煤礦開始應用灌漿防滅火，是目前我國使用最廣泛的一種行之有效的的預防煤炭的自然方法。其方法是將灌漿材料（粘土或砂質粘土及爐灰等）按適當比例配合制成泥漿，利用井上、下高度差或借助泥漿泵通過輸送管送到可能自然發(fā)火的采空區(qū)或其它地點進行灌注。預防性灌漿防滅火原理是，漿液包裹煤塊，其水份有增濕減緩氧化速度的作用，其固體沉淀物能充填于媒體縫隙，能起隔絕漏風阻止氧化作用。按與會采工藝的關系來分，灌漿的方法有：隨采隨灌，采前預灌和采后密閉灌漿；按實施方法來分有埋管灌漿，鉆孔灌漿和工作面撒漿?，F(xiàn)在已被公認為是厚煤層分層開采較為有效的防滅火技術。 1.3.2 制漿系統(tǒng)的分類 因為每個煤礦的實際情況不一樣發(fā)展出多種制漿系統(tǒng)： （1）水力取土鉆孔灌漿的制漿系統(tǒng)。 水力沖刷表土制成泥漿，熱后經(jīng)泥漿溝流入灌漿鉆孔至井下干管。 圖 1·1 水力取土鉆孔灌漿的制漿工藝流程 （2）水力取土加壓輸送的制漿系統(tǒng)。 水力沖刷表土制成泥漿，然后由泥漿溝流入泥漿攪拌池，再經(jīng)泥漿泵加壓輸送至灌漿鉆孔，最后流至井下灌漿干管。 圖 1·2 水力取土加壓輸送的制漿流程 （3）人工取土自流輸送的制漿系統(tǒng)。 取土場人工取土裝上V型礦車（運輸距離短，需土量大可采用膠帶輸送機運送黃土）。一條線路經(jīng)窄軌鐵路直接運送泥漿攪拌池；另一條線路經(jīng)窄軌鐵路運送至貯土場加以貯存。攪拌好后的泥漿可由灌漿管輸送至井下；在雨季或冬季取土場無法取土時，可由水槍從貯土場直接沖土成漿，然后經(jīng)泥漿溝流入泥漿攪拌池。 圖 1·3 人工、機械取土制漿工藝流程 （4）高壓水采土的分區(qū)灌漿站制漿系統(tǒng)。 高壓水沖刷鉆孔附近的黃土，泥漿沿著泥漿溝自流到鉆孔，通過鉆土上設置的篩箅清除完雜物后，再從鉆孔流到井下干管內。 （5）人工采土的頁巖制漿系統(tǒng)。 采土場采用炮采，大塊巖石經(jīng)由人工破碎，然后用電扒斗耙往膠帶輸送機運送至破碎機破碎，在經(jīng)球磨機磨制成漿。通過球磨機磨成的泥漿沿著泥漿溝流入集泥池，經(jīng)攪拌后即可由下漿孔輸往井下干管進行灌漿；若集漿池盛滿，可用泥漿泵或砂漿泵將泥漿送往泥漿池以備使用。 第 1.4 節(jié) 制漿系統(tǒng)的優(yōu)點 制漿系統(tǒng)的優(yōu)點 （1）系統(tǒng)組建簡單，操作方便。 （2）工作連續(xù)可靠，維護修理方便。易損零部件容易檢修和拆換。 （3）工作環(huán)境范圍廣，生產(chǎn)量高。 （4）能根據(jù)工作狀況來組建系統(tǒng)，保持系統(tǒng)的簡潔性。 （5）制漿系統(tǒng)小，占地面積少。 （6） 價格便宜，實用性高。 第 1.5 節(jié) 新型多功能型制漿系統(tǒng)的提出 在查了好多資料后，發(fā)現(xiàn)制漿系統(tǒng)大都采用的制漿模式都是一樣的，都是先破碎到攪拌，合格的漿液被送到集泥池，需要用的時候經(jīng)過泥漿泵被送到井下進行填充。 在此我就設想，有沒有可能把這幾個環(huán)節(jié)中在一臺機器上面，形成一個多功能的制漿機，生產(chǎn)出來的漿液直接可以用來預防性灌漿。 設計一臺多功能的制漿機，就是本次設計的主要核心。 第 2 章 制漿系統(tǒng)的分析和總體方案的設計 第2．1節(jié) 制漿系統(tǒng)的分析 制漿系統(tǒng)的分析 80年代以前，制漿系統(tǒng)比較單一，灌漿所用的漿材是黃泥，但是這對于西南或山區(qū)缺土地區(qū)就無土可作為漿材。后來重慶分院與采礦現(xiàn)場合作，在芙蓉和兗州礦區(qū)分別建立了習佩關頁巖和煤矸石破碎系統(tǒng)，用破碎的矸石與頁巖作為灌漿材料；開灤、平頂山等礦務局采用電廠飛灰作為灌漿材料均取得成功。煤矸石與飛灰的利用不僅解決了灌漿的用土，而且也凈化了環(huán)境。 煤矸石及一些頁巖被用來當做制漿的材料的多樣話，用到破碎機的地方越來越多，原有的制漿系統(tǒng)的設計見下圖：2.1 圖 2·1 制漿系統(tǒng)過程 泥漿的制備過程雖然不麻煩但是過程比較多，要經(jīng)過給料機、破碎機、輸送皮帶的輸送再到制漿機混合攪拌制成成品的泥漿，各個過程都需要來操作，所以我就設想可不可以設計一種機器擁有制漿的眾多功能于一體。 第 2.2 節(jié) 總體方案的設計 2.2.1 總體方案的設想 本設計在原來的制漿方法和過程上并有什么新的創(chuàng)新，而是把一系列的制漿過程做了個整合，把好需要幾臺機器完成的的制漿過程整合成一臺機器上來完成制漿任務。簡單的說就是把好幾臺機器合并成一臺，這樣做可以節(jié)省占地空間，不需要過多的人為來操作。 具體設計同時具有破碎、給料、制漿、過濾的功能于一體，整體化設計，把一個一個單一的環(huán)節(jié)合并成一個，實現(xiàn)一臺機器多種功能。 把漿材放到破碎機的料斗里面，經(jīng)過破碎機的破碎是漿材直接到達給料機，經(jīng)過螺旋給料機的定量給料進入制漿機，在制漿機中高速的攪拌，過濾后的泥漿就是可以用的成品了。這樣子的泥漿就是可以直接拿來井下灌漿的合格產(chǎn)品。多功能制漿機示意圖見下圖2·2 圖2·2 多功能制漿機 這樣的多功能制漿機不僅實現(xiàn)的制漿系統(tǒng)中必要的環(huán)節(jié)，而且對于制漿系統(tǒng)來說安裝很方便，一臺機器占地少。 2.2.2 破碎機部分的設計構思 破碎機是整個機器部分的最上層機器，我采用的是齒輥式破碎機的結構。主要是因為考慮制漿所需要的漿材中有粘土和頁巖的混合材料，采用中碎就可以達到效果了，而且齒面輥式破碎機以劈碎作用為主，同時兼有研磨作用，適用于脆性和軟礦石的粗碎和中碎，可以達到目的。在選擇采用單齒輥破碎機還是雙齒輥破碎機的時候我給2種類型破碎機做了個比較，單齒輥破碎機更適合用于粗碎，所以我采用了雙齒輥的破碎機。 2.2.3 給料部分的設計構思 在給料部分的設計，我查了好多資料，發(fā)現(xiàn)好多給料機都是擁有振動功能，如果采用則不適合整體機器的穩(wěn)定性，經(jīng)過仔細考慮，采用一種螺旋給料機，這種給料機輕便，無噪聲，運行穩(wěn)定，最重要的是定量給料。這樣可以持續(xù)不斷穩(wěn)定的給料。 2.2.4 攪拌機的設計構思 攪拌機部分采用市面上一般的攪拌機的樣式即可，因為對于攪拌機的功能要求并不高，只要能轉動，能有攪拌效果就可以。但是以往的攪拌機有個缺點就是不能過濾，出來的泥漿必須在經(jīng)過過濾才能用來灌漿，所以我就想到在攪拌機擁有普通的攪拌功能功能上增加過濾功能，即在攪拌機里面裝個篩網(wǎng)，當攪拌葉高速旋轉攪拌泥漿的時候，泥漿被甩到篩網(wǎng)一側，通過篩網(wǎng)的泥漿就是可以使用的成品了。 第 3 章 破碎機部分的設計 第 3.1 節(jié) 破碎機轉速和功率的確定 用外力克服固體物料各質點間的內聚力，使物料破壞以減小其顆粒粒度的過程，稱為破碎。 3.1.1 破碎機的齒輥的轉速 滾筒的直徑D=390mm, 根據(jù)經(jīng)驗公式轉子的轉速可按下式計算： （3·1） 其中轉子的圓周速度一般都是根據(jù)實驗來確定。根據(jù)經(jīng)驗，齒形輥子的圓周速度=1.5 ~ 1.9m/s ，根據(jù)高轉速對機器零部件的加工、安裝精度要求也隨之增高，所以取1.6m/s 則 3.1.2 電動機功率的確定 根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗公式 N = 0.1i Q (kW) （3·2） 式中 i ——破碎比 Q ——生產(chǎn)率 t/h 根據(jù)胡基（HUKKI）1961年所作的能量輸入與熱度的關系圖分析，齒輥破碎機屬于常規(guī)破碎范圍，宜用基克（KICK）的破碎理論，即“無論原始粒度如何，只要每單位質量的能量輸入不變，總能得到相同體積減少”，基克方程 E = K × ln (x/ x) = K ln i（3·3） 根據(jù)基克的體積與能量關系可以得出理論功率 N = 9.81 10 KW （3·4） 式中 ——物料的抗壓強度 E ——彈性模量 由下表可知道： 表3.1 普氏巖石分級表及碎礦和磨礦中的硬度分級 等級 堅固性程度 巖 石 f 1 2 3 4 Ⅰ 最堅固的巖石 最堅固、細致和有韌性的石英巖和玄武巖，其他各種堅固巖石 20 Ⅱ 很堅固的巖石 很堅固的花崗質巖石、石英斑巖、很堅固的花崗巖，硅質片巖，比上一級較不堅固的石英巖，最堅固的砂巖和石灰?guī)r 15 Ⅲ 堅固的巖石 堅固的巖石 花崗巖（致密的）和花剛質巖石，很堅固的砂巖和石灰?guī)r，石英質礦脈，堅固的礫巖，極堅固的鐵礦 石灰?guī)r（堅固的），不堅固的花崗巖，堅固的砂巖，堅固的大理石和白云巖，黃鐵礦 10 8 Ⅳ 頗堅固的巖石 頗堅固的巖石 一般的砂巖，鐵礦 硅質頁巖，頁巖質砂巖 6 5 Ⅴ 中等的巖石 中等的巖石 堅固的粘土質巖石，不堅固的砂巖和石灰?guī)r，各種頁巖（不堅固的），致密的泥灰?guī)r 4 3 Ⅵ 頗軟弱的巖石 頗軟弱的巖石 軟弱的頁巖，很軟弱的石灰?guī)r，白堊，巖鹽，石膏，凍結的土壤，無煙煤，普通泥灰?guī)r，破碎的砂巖，膠結礫石，石質土壤 礫石質土壤，破碎的頁巖，凝結成塊的礫石和碎石，堅固的煤，硬化的黏土 2 1.5 機器破碎的材料是中等礦石，所以選擇普氏硬度系數(shù)f為3，又知道普氏系數(shù)約為單軸抗壓強度σ的百分之一： = （3·5） 因此，巖礦的抗壓強度 σ==1003=300 （3·6） 而實際功率： N= （3·7） 其中 ——功率系數(shù) =0.528 ——破碎比系數(shù) ==ln10 所以得出： N=1.695 =44.2 kW 第 3.2節(jié) 電動機的選擇和傳動方式的確定 3.2.1電動機的選擇 根據(jù)計算得到的功率和實際需要的功率有一定余量，所以選擇功率P=45 Kw的電機，查詢《機械設計手冊》，選取Y系列繞線轉子三相異步電動機，型號YR250M2-4，電動機的主要參數(shù)如下： =45 Kw =1480 r/min I=85.9A =741r/min =91.5% cosφ=0.87 = 3.0 輸出軸的直徑d =160 mm 3.2.2傳動方式的擬定 在開始選擇傳動方式的時候有2套方案可以選擇，就是在拖動方式上面選擇是單電機，還是使用雙電機，其傳動方式如下圖 ： 圖3·.1 單電機的傳動方式 圖3·2 雙電機傳動方式 經(jīng)過考慮，最終選擇了雙電機的的傳動方式，因為結構簡單，組建起來很方便。 第 3.3 節(jié) 齒輥部件及箱體的設計 3.3.1 齒的設計 以往輥齒的型式有如下幾種：鷹嘴式、標槍式，刀刃式和矩形帶式。粗碎時大部分采用鷹嘴式，齒的高度70~110mm，長短齒一起配合使用。長齒用以破碎特大塊，大塊進入內腔后再用短齒進一步破碎。單齒輥破碎機的破碎過程基本上式這樣進行的。 中碎時鷹嘴和標槍式都可以使用，齒的高度最低為80mm。刀刃式使用的地方不多。矩形帶式主要是用在齒輥破碎機的第二段上。 在本次設計中，輥齒選擇了類似刀刃式的輥齒作為破碎機輥齒。輥齒的壽命是破碎機性能的重要指標。提高輥齒的壽命將直接降低維護費用，減少維修率和檢修時間，為此除了降低轉速，優(yōu)化破碎機之外，更重要的還有要全程選擇耐磨性強的材料。 齒的材料選擇ZG30Mn,.齒的表面需用耐磨焊條堆焊10mm的焊層，齒高方向設計為40mm。 3.3.2 齒板的設計 （1） 齒板的材料選用 ZG270-500 （2） 齒板的結構設計 為了便于破碎機的維護和拆裝，齒板的設計如圖： 圖 3·3 齒板圖 用高強度螺栓固定在齒輥的輥筒上面。 3.3.3 齒輥輥筒的材料的選擇 由于考慮到輥筒受力和材料的經(jīng)濟成本，所以材料選用ZG270-500。 3.3.4 齒輥軸的設計 （1）軸的常用材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。碳鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨和抗疲勞強度，故應用廣泛，其中最常見的是45號鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的機械和更好的淬火性能。因此，在傳遞大的動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。 （2）軸設計中應解決的主要問題 設計軸時，應解決的主要問題有結構設計和工作能力計算兩個方面的內容。 軸的機構設計師根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。 軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。 （3） 軸的參數(shù)設計 軸的最小直徑的計算 選取45號鋼作為軸的材料，調質處理 由公式 （3·8） 式中 n----軸的轉速，r/min P----軸所傳遞的功率，Kw A----取決于軸材料的許用扭轉切應力的系數(shù) 由前面可知，n=80r/min P=44.2Kw 取 A=110 則 mm 則取 輥軸的最小直徑為63mm 第 3.4 節(jié) 破碎機用的減速器的設計 3.4.1 各級傳動比的確定 已知電動機的轉速n=1480r/min， 齒輥的轉速n=80r/min 所以總傳動比 1480/80=18.5 r/min （3·9） 各級傳動比的分配 對于展開式二級齒輪減速器,為保證起高低速級大齒輪浸油深度相近,其傳動比要滿足下式: i1=(1.3~1.4)i2 式中　　i1－高速級傳動比 　　　　i2－低速級傳動比 取 i1=1.3 i2 總傳動比i=1.3i2·i2=1.3i22 i2===3.77 i1=1.3i2=1.3×3.77=4.9 3.4.2 傳動裝置運動參數(shù)計算 從減速器的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸,Ⅱ軸，Ⅲ軸 （1）各軸轉速計算 n1=n/i0=1480/1=1480(r/min) n=n/i1=1480/4.9=302(r/min) （3·10） n=n/i2=302.57/3.77=80(r/min) 式中　n－電動機轉速，r/min； 　　　i0－電動機至第Ⅰ軸傳動比； i1,i2－第Ⅰ軸至第Ⅱ軸，第Ⅱ軸至第Ⅲ軸傳動比 （2）各軸功率計算 P=P·1·2=45×0.99×0.99=44.1（KW） P= P·2·3=44.1×0.99×0.97=42.35（KW） （3·11） P= P·2·3=42.35×0.99×0.97=40.67（KW） 式中 －連軸器效率； =0.99 －軸承效率； =0.99 －齒輪效率； =0.97 ?。?）各軸扭矩計算 T1=9550 P/n1=9550×44.1/1480=284.56 (N·m) T2=9550 P/ n=9550×42.35/302=1339.21 (N·m) T3=9550 P/ n=9550×40.67/80=4854.98 (N·m) 3.4.3 各齒輪的設計計算 （1）高速級減速齒輪設計（直齒圓柱齒輪） (工作環(huán)境假設: 每天工作8小時,每年工作300天,預期壽命10年) ① 選擇齒輪材料，確定許用應力 由表6.2 小齒輪40Cr調質 大齒輪45 正火 許用接觸應力［H］ 由《機械設計》中公式6-6， ［H］=Z （3·12） 接觸疲勞極限 查《機械設計》圖6-4 б=700 N/mm б=550 N/mm 接觸強度壽命系數(shù)Z，應力循環(huán)次數(shù)N，由《機械設計》公式6-7 N1=60n （3·13） =60×1480×1×(10×300×8)= 2.13×10 N2= N/i （3·14） =2.13×10/4.9=4.35×10 查《機械設計》表6-5得 Z=1 Z=1.05 接觸強度最小安全系數(shù)=1 則 ［H1］=700×１/１ ［H2］=550×1.05/1 許用彎曲應力［F］ 由《機械設計》式6-12， （3·15） 彎曲疲勞極限 查《機械設計》圖6-7，雙向傳動乘0.7 б=378 N/mm б=294 N/mm 彎曲強度壽命系數(shù)Y 查《機械設計》圖6-8 Y=1 Y=1 彎曲尺寸壽命系數(shù)Y 查《機械設計》圖6-9(設模數(shù)小于5mm) Y= 1 彎曲強度最小安全系數(shù) =1.4 則 ［F1］=378×１×１/1.4=270 N/mm ［F2］=294×１×１/1.4=210 N/mm ② 齒面接觸疲勞強度設計計算 確定齒輪傳動精度等級，按 v=(0.013~0.022) n (3·16) 估取圓周速度 vt= 6.56m/s, 參考表6.7、表6.8選取 Ⅱ公差組8級 小輪分度圓直徑d1,由式6-5得 d1≥ （3·17） 齒寬系數(shù) 查《機械設計》表6.9，按齒輪相對軸承為非對稱布置 =0.8 小輪齒數(shù)z1 在推薦值20～40中選 =27 大輪齒數(shù)z2 z2=iz1=4.9×27=132.3圓整取 =132 齒數(shù)比u u= z2 /z1=132/27=4.89 傳動比誤差u/u=(4.89-4.9)/3.28<0.05 小輪轉矩 T=9.55×10×P/n=9550×44.1/1480 =284564 N·m 載荷系數(shù) K= （3·18） KA－使用系數(shù) 查《機械設計》表6.3 K=1.25 KV－動載系數(shù)　由推薦值1.05~1.4 K=1.2 K－齒間載荷分配系數(shù) 由推薦值1.0~1.2 K=1.1 K－齒向載荷分布系數(shù) 由推薦值1.0~1.2 K=1.1 載荷系數(shù) K= =1.25×1.2×1.1×1.1=1.81 材料彈性系數(shù)Z 查《機械設計》表6.4 ， Z=189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 查《機械設計》圖6-3（，x1=x2=0） ZH =2.5 重合度系數(shù)Z 由推薦值0.85～0.92 Z=0.87 故 d1≥=46.68 齒輪模數(shù)m=d/z=46.68/27=1.73mm 圓整后 m = 2 mm 小輪分度圓直徑d1=mz1=2×27=54 mm 圓周速度 v=πd1n1/60000 （3·19） =π×54×1480/60000=4.18 m/s 標準中心距a a=m(z1+z2)/2=2×（27+132）/2=159 mm 齒寬 b=0.8×48.68=38.94mm 大輪齒寬 b2=b=39 mm 小輪齒寬 b1=b2+（5～10） b=45 mm ③ 齒根彎曲疲勞強度校核計算 由《機械設計》式6-10 （3·20） 齒形系數(shù)Y， 查表6.5 小輪Y=2.57 大輪Y=2.21 應力修正系數(shù)Y，查表6.5 小輪Y=1.60 大輪Y=1.777 重合度 （3·21） = =1.7 重合度系數(shù) Y=0.25+0.75/ （3·22） =0.68 故 =2×1.81×284560×2.57×1.60/(45×54×2) = 186.2N/mm2 =2×1.81×284560×2.21×1.777/(39×54×2) = 197.5 N/mm2 ④ 齒輪其他主要尺寸計算 大輪分度圓直徑 2×132=264mm 根圓直徑 =54-2×1.25×2=39 mm =264-2×1.25×2=259 mm 頂圓直徑 =54+2×2= 58 mm =264+2×2=268 mm （2） 低速級齒輪傳動計算 ① 選擇齒輪材料，確定許用應力 由《機械設計》表6.2 小齒輪40Cr調質 大齒輪45 正火 許用接觸應力［H］ 由公式6-6， ［H］=Z 接觸疲勞極限Hlim 查《機械設計》圖6-4 б=700 N/mm б=550 N/mm 接觸強度壽命系數(shù)Z， 應力循環(huán)次數(shù)N N1=60n=60×1480×1×(10×300×8) = 2.13×10 N2= N/i=2.13×10/4.9 =4.35×10 查表6-5得 Z=1 Z=1.05 接觸強度最小安全系數(shù)=1 則［H1］=700×１/１=700 N/mm2 ［H2］=550×1.05/1= 577 N/mm2 許用彎曲應力［F］ 由《機械設計》式6-12， 彎曲疲勞極限Flim 查《機械設計》圖6-7，雙向傳動乘0.7 б=378 N/mm б=294 N/mm 彎曲強度壽命系數(shù)YN 查《機械設計》圖6-8 Y=1 Y=1 彎曲尺寸壽命系數(shù)YX 查《機械設計》圖6-9(設模數(shù)小于5mm) Y= 1 彎曲強度最小安全系數(shù) =1.4 則 ［F1］=378×１×１/1.4=270 N/mm2 [F2］=294×１×１/1.4=210 N/mm2 ② 齒面接觸疲勞強度設計計算 確定齒輪傳動精度等級，按 v1=(0.013~0.022) n 估取圓周速度vt= 3.56m/s, 參考表6.7、表6.8選取 Ⅱ公差組8級 小輪分度圓直徑d1,由式6-5得 d1≥ 齒寬系數(shù) 查表6.9，按齒輪相對軸承為非對稱布置 =0.8 小輪齒數(shù)z1 在推薦值20～40中選 =30 大輪齒數(shù)z2 z2=iz1=3.77×30=113.1圓整取 =113 齒數(shù)比u u= z2 /z1=113/30=3.766 傳動比誤差u/u=(4.766-3.77)/3.77<0.05 小輪轉矩T=9.55×10×P/n=9550×44.1/1480=1339.21 (N·m) 載荷系數(shù) K= KA－使用系數(shù) 查表6.3 K=1.25 KV－動載系數(shù)　由推薦值1.05~1.4 K=1.2 K－齒間載荷分配系數(shù) 由推薦值1.0~1.2 K=1.1 K－齒向載荷分布系數(shù) 由推薦值1.0~1.2 K=1.1 載荷系數(shù) K= =1.25×1.2×1.1×1.1=1.81 材料彈性系數(shù)Z 查表6.4 Z=189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 查圖6-3（，x1=x2=0） ZH =2.5 重合度系數(shù)Z 由推薦值0.85～0.92 Z=0.87 故 d1≥=74.56 mm 齒輪模數(shù)m=d/z=74.56/30=2.48mm 圓整后 m = 2.5 mm 小輪分度圓直徑d1=mz1=2.5×30=75mm 圓周速度 v=πd1n1/60000 =π×75×302/60000=1.18 m/s 標準中心距a a=m(z1+z2)/2=2×（30+113）/2=143 mm 齒寬 b=0.8×75.56=60.45mm 大輪齒寬 b2=b=60 mm 小輪齒寬 b1=b2+（5～10） b=65 mm ③ 齒根彎曲疲勞強度校核計算 由式6-10 齒形系數(shù)Y 查表6.5 小輪Y=2.57 大輪Y=2.21 應力修正系數(shù)Y, 查表6.5 小輪Y=1.60 大輪Y=1.777 重合度 = =1.73 重合度系數(shù) Y=0.25+0.75/=0.62 故 =2×1.81×284560×2.57×1.60/(45×54×2) = 186.2N/mm2 =2×1.81×284560×2.21×1.777/(39×54×2) = 197.5 N/mm2 ④ 齒輪其他主要尺寸計算 大輪分度圓直徑 2.5×113=284mm 根圓直徑 =75-2×1.25×2.5=68.75 mm =284-2×1.25×2.5=277.75 mm 頂圓直徑 =75+2×2.5= 80mm =284+2×2.5=289 mm 3.4.4 軸的設計 初步估算軸的直徑 選取45號鋼作為軸的材料，調質處理 由式8-2 d (3·23) 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響 查表8.6 取A=115 則 d=34.46mm 軸的結構設計 （1） 確定軸的結構方案 小齒輪和右軸承從軸的右端裝入，小齒輪靠軸肩定位，右軸承靠端蓋和擋油環(huán)定位。左齒輪靠軸肩定位，左右軸承均采用軸承端蓋。齒輪采用普通平鍵得到周向固定。采用圓錐輥子軸承。軸的結構如圖3·4所示。 圖 3·4 中間軸的結構示意圖 （2） 確定各軸段直徑和長度 ①段根據(jù)d圓整（按GB5014-85） 查GB/T297-95,暫選圓錐輥子軸承型號為32007,其寬度T=15mm。軸承潤滑方式選擇脂潤滑。齒輪和箱體內壁▽取16mm,考慮軸承脂潤滑，取軸承距箱體內壁距離f=8mm,則L3=T+f+▽+4==38mm，軸的直徑=35mm ②段d2=d1+(1～3)mm, 為使擋油環(huán)端面可靠地壓緊齒輪，l2應比齒輪轂孔長（取等于齒寬B2）短1～4mm。=52mm ③齒輪右端定位軸肩高度h=2.5mm,則軸環(huán)直徑d=43mm，取10mm。 ④段d=d2, 為使套筒端面可靠地壓緊齒輪，l4應比齒輪轂孔長（取等于齒寬B2）短1～4mm。mm ⑤段 d5=d1 L5=L1=38mm 3.4.5 軸的校核 因為輸出軸的轉矩大，所以驗算輸出軸，如果輸出軸合格，則其他軸也合格。 計算作用在齒輪上的力 轉矩 T=9.55×106P/n=9.55×106×40.67/80 =485498 N·mm 輸出軸上大齒輪分度圓直徑 d=284mm 圓周力 Ft=2T/d=2×485498/284=3419 N 徑向力 Fr=Fttann/cos =3419×tan200/cos9022′=1260N 軸向力 Fa=Fttan=1054×tan9022′=541.5N (1) 求軸承反力 水平面上的支反力 垂直面上的支反力 RV1=2355.6N RV2=1683.2N (2) 求齒寬中點處彎矩 H水平面 MH=100425 N·m 垂直面上的彎矩經(jīng)計算得 MA1=85981 N·m MA2=13085 N·m 合成彎矩M M1=136904 N·m M2=104457 N·m 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 圖 3·5 軸的彎矩圖和扭矩圖 （3）按彎扭合成強度校核軸的強度 當量彎矩 （3·24） 取折合系數(shù)a=0.6,則齒寬中點處當量彎矩 =256473 N·m =246781 N·m 當量彎矩見上圖 軸的材料為45號鋼，調質處理。 由表查得： ， 材料許用應力 由公式計算得軸的計算應力為 =5.4 N／mm 經(jīng)較核，該軸滿足強度要求 3.4.6鍵的選擇與強度驗算 對低速軸的鍵選擇 8級以上精度的齒輪有定心精度要求，應選用平鍵. (1) 根據(jù)軸徑d d=63mm 查鍵的標準,得到鍵的截面尺寸b×h=18×11 (2) 根據(jù)輪轂寬度B,查鍵的標準,在鍵長度系列中選擇適當?shù)逆I長L=54 (3) 驗算鍵的強度 平鍵的強度計算式為: 擠壓強度條件 （3·25） 耐磨性條件(動聯(lián)結) （3·26） 式中,T－轉矩，N·mm； d-軸徑，mm； h-鍵的高度，mm； l-鍵的工作長度，mm.對Ａ型鍵l=L-b=36 mm --許用擠壓應力，N／mm２，見表3.2 =120 N／mm２ ――許用壓強，N／mm２，見表3.2 =40 N／mm 將以上各數(shù)據(jù)代入強度計算公式，計算得 N／mm２ P==36 N／mm２ 因為，p< 所以強度足夠 第 3.5 節(jié) 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器分類有機械式、液力式、電磁式。 機械式聯(lián)軸器又分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器如套筒、凸緣、夾殼聯(lián)軸器等；撓性有無彈性元件、金屬彈性元件、非金屬彈性元件。無彈性元件如十字滑塊、齒式、滾子鏈、萬向聯(lián)軸器等；金屬彈性元件如蛇形彈簧、簧片、膜片、波形管聯(lián)軸器等；非金屬彈性元件如彈性套性銷、輪胎式、彈性銷聯(lián)軸器等。 液力式有液力聯(lián)軸器，電磁式有電磁式聯(lián)軸器。 在選擇聯(lián)軸器的時候增加考慮過用剛性聯(lián)軸器，但是考慮到剛性聯(lián)軸器無補償軸間相對位移能力，和傳遞轉矩上面，所以選用液力式的。 液力耦合器以液體為工作介質的一種非剛性聯(lián)軸器，液力聯(lián)軸器。液力偶合器(fluid coupling)以液體油作為工作介質通過泵輪將液體的動能轉變?yōu)闄C械能連接電動機與工作機械實現(xiàn)動力的傳遞。它具有空載啟動電機，平穩(wěn)無級變速等特點，用于電站給水泵的轉速調節(jié)，可簡化鍋爐給水調節(jié)系統(tǒng)，減少高壓閥門數(shù)量，由于可通過調速改變給水量和壓力來適應機組的起停和負荷變化，調節(jié)特性好，調節(jié)閥前后壓降小，管路損失小，不易損壞，使給水系統(tǒng)故障減少，當給水泵發(fā)生卡澀、咬死等情況時，對泵和電機都可起到保護作用。故現(xiàn)代電站中，機組鍋爐給水泵普遍采用了帶液力偶會器的調速給水泵。 主要部件有：泵輪、渦輪、轉動外殼、、輸入軸、輸出軸及勺管。通常，轉動外殼與泵輪是在外緣用法蘭用螺栓聯(lián)接。 泵輪與渦輪稱為工作輪，兩輪中均有葉片，兩輪分別與輸入、輸出軸相聯(lián)接，它們之間是有間隙的，泵輪和渦輪均有徑向尺寸相同的腔形，所以，合在一起形成工作油腔室，工作油從泵輪內側進入，并跟隨動力機一起作旋轉運動，油在離心力的作用下，被甩到泵輪的外側，形成高速油流沖向對面的渦輪葉片，流向渦輪內側逐步減速并流回到泵輪的內側，構成了一個油的循環(huán)。工作液體在工作腔中的絕對流動是一個三維運動。轉動外殼與泵輪聯(lián)接后包圍在渦輪之外，使工作液體能貯于泵輪之中。輸入軸與動力機相聯(lián)（如電機），輸出軸與被驅動機相聯(lián)（如水泵）。 液力偶合器的特點是：能消除沖擊和振動；輸出轉速低於輸入轉速，兩軸的轉速差隨載荷的增大而增加；過載保護性能和起動性能好，載荷過大而停轉時輸入軸仍可轉動，不致造成動力機的損壞；當載荷減小時，輸出軸轉速增加直到接近於輸入軸的轉速，使傳遞扭矩趨於零。液力偶合器的傳動效率等於輸出軸轉速與輸入軸轉速之比。一般液力偶合器正常工況的轉速比在0.95以上時可獲得較高的效率。液力偶合器的特性因工作腔與泵輪、渦輪的形狀不同而有差異。它一般靠殼體自然散熱，不需要外部冷卻的供應。力偶合器是一種柔性的液力傳動元件,置于動力機與工作機之間傳遞扭矩。廣泛應用與礦山、石油、化工、冶金、輕工、水泥、制革、建筑、陶瓷、郵電、交通、電力、食品、紡織、鑄造、游藝等部門和行業(yè)。該產(chǎn)品具有柔軟性傳動自動適應功能；具有減緩沖擊和隔離扭振功能；具有使電機輕載起動功能；具有使電機在起動時減少對電網(wǎng)的沖擊，提高供電線路的功率因數(shù)，提高電機起動力矩的功能；協(xié)調多機傳動，均勻分布負載功能；具有節(jié)電功能；具有過載保護功能；在特定條件下具有制動功能；無級調速功能。液力偶合器其特點為除軸承、油封外，無任何機械磨擦，使用壽命長，故障率低，不需要特殊維護保養(yǎng)。液力偶合器屬于傳遞連接件，單純功能看它不屬于節(jié)能產(chǎn)品。但是在使用時由于實現(xiàn)了低負荷啟動，減少了啟動電流和時間。在這方面比直接啟動節(jié)能 。 選取限矩式液力偶合器 YDX400 圖 3·.6 限矩式液力偶合器的示意圖 第 3.6節(jié) 箱體結構及相關設計 3.6.1 鑄造方法 根據(jù)有關資料，機座（機架和基板等）和箱體（包括機殼等）的形式很多。按構造形式可以分為機座類、機架類等。本次設計到破碎機，是固定式重型機器。而且，機座和箱體的結構復雜，剛度要求也較高，因此，通常都是鑄造。鑄造材料常用便于施工而又便宜的鑄鐵。（包括普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵等）。而且該破碎機的機座，屬于大型機座的制造，所以，常采用分零鑄造，然后焊成一體的辦法。 3.6.2 截面形狀的選擇 因為絕大數(shù)的機座和箱體受力情況較為復雜，因此要產(chǎn)生振動，彎曲等變形。所以，當受到彎曲或扭轉時，截面形狀對其剛度和強度的影響很大。所以，正確設計出合理的機座和箱體的截面形狀，可以起到既不增大截面面積，又不增大（或者減?。┝慵|量（材料消耗量）的效果。而且增大了截面系數(shù)以及截面慣性矩，就能提高其強度和剛度。 在使用中，絕大數(shù)的機座和箱體都采用這種截面