回转圆筒干燥机结构设计

回转圆筒干燥机结构设计

作者姓名：贾 指导教师：张

单位名称：机械工程与自动化学院 专业名称：机械工程及自动化

东北大学 2007年6月

Gyre Cylinder Drier Structure Design

by Jia Jian

Supervisor: Professor Zhang Zhen Wei

The college of Mechanical Engineering and Automation

Northeastern University

June 2007

东北大学毕业设计（论文） 摘要

摘要

为了提高生产效率，便于储存和加工，降低生产成本，提高产品质量等目的，通常对一些产品进行干燥处理。干燥设备因此产生，现如今市场上出现了各种各样的干燥设备，回转圆筒干燥机是一种传统的也是应用最广泛的一种干燥设备。

本文是根据干燥过程的基本原理，针对其它机型的特点和社会的需求，在已有成功设计实例的基础上，参考以前设计者的经验和结论，进行的设计。在设计中，以回转圆筒干燥机为研究对象，分析了其它干燥机的不同特点以及存在的问题，由此探讨回转圆筒干燥机的设计。

在深入了解回转圆筒干燥机的功能原理基础上，针对设计中遇到的不同问题，本文在计算过程中对此进行了计算和说明；另外，分析了此类型干燥机的动力学参数，并对在机器运作过程中容易出现问题的一些部位，在设计中进行了力学分析和疲劳验算。

回转圆筒干燥机是在热空气的作用下对物料进行干燥，将物料由高端送入，低端下侧出料，此过程中通入热风进行干燥，最终达到干燥物料的目的。原料从圆筒一端（高端）上部加入，经过圆筒内部时，与通过筒内的热空气接触而被干燥，干燥后的产品从另一端（低端）底部收集。其主体部分是略带倾斜并能回转的筒体。在干燥过程中，物料借助于圆筒的缓缓转动，由于重力作用，物料向底端移动。筒体内部的抄板，将物料扬起、抛下，使物料与热气充分接触，提高干燥速率。

由于回转圆筒干燥机已被成功广泛应用于生产实践，因此本文在设计时引用了其他一些设计老师的实验方法和结论。

关键词：筒体，干燥机，传动

东北大学毕业设计（论文） Abstract

Abstract

In order to improve production efficiency and ease of storage and processing, reduce production cost and improve product quality goals. usually on some products drying. Thus drying equipment, the market is now emerging in a variety of drying equipment, rotary dryer is a traditional application is the most extensive of a drying equipment. Rotary drum dryer design is a practical significance, because it is widely used in industrial and agricultural production.

This is according to the drying process of the basic tenets against other type of characteristics and the needs of the community. has been successful in the design example, on the basis of information before the designer's experience and conclusions of the design. Designed to rotary drum dryer for the study, analysis of other dryer and the different characteristics of the problems This study rotary drum dryer design.

In-depth understanding will be cylindrical dryer functional theory, based on the design of the different problems encountered, Based on the calculation of this process and the calculation; In addition, the analysis of this type of dryer kinetic parameters, also in the process of the operation of machinery can easily run into problems in some parts of the design of mechanical fatigue analysis and calculation.

Rotary dryer is in hot air under the right materials drying, materials will be sent by the high-end and low-end side of the next expected,This process leads to hot air for drying, drying materials to achieve the ultimate objective. Raw materials from the cylinder end (high-end) to the top, after internal cylinder, with the adoption of the thermal chamber were exposed to the air drying, drying products from the other side (lower) the bottom of the collection. Its main parts and is slightly tilted to the rotary cylinder. In the drying process, material aid to the slowly rotating cylinder, as gravity, and materials to the bottom of Mobile. Shell internal copy plate material hoist will drop, material sufficient contact with the hot, drying rate increase.

As the rotary dryer has been successfully applied to production practice, in the design of this paper quoted some other teachers design the experimental methods and conclusions. Keywords : cylinder, dryer, transmission

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毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目： 回转圆筒干燥机结构设计 基本内容： 1.满足对回转圆筒干燥器的设计； 2.完成二维装配图和零件图，达到4张A0图量； 3.撰写设计说明书一份，附加外文翻译一份。 毕业设计（论文）专题部分： 题目：回转圆筒干燥机结构设计 基本内容： 回转圆筒干燥整体设计，电机通过减速器再通过传动装置，带动主筒体旋转，通过入料口加入物料及热气体，此时进行干燥。二维建模，使用CAXA软件，完成各部件的二维图纸。进行校核计算。5月底前完成总装图。 学生接手毕业设计（论文）题目日期 第 1 周 指导教师签字： 年 月 日 III

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东北大学毕业设计（论文） 目录

目录

摘要 ····································································································································································· I

ABSTRACT ····················································································································································· II

目录 ···································································································································································· 1 第一章 绪论 ······································································································································· 1

1.1干燥器的设计背景 ·························································································································· 1 1.2回转圆筒干燥器工作的基本原理 ························································································· 2 1.3回转圆筒干燥器的基本构成 ···································································································· 2 1.4工艺流程 ················································································································································ 3

1.4.1 物料流程······································································································································ 3 1.4.2 空气流程······································································································································ 4 1.4.3回转圆筒干燥机的结构组成 ································································································· 4

1.5回转圆筒干燥器的类型 ··············································································································· 5

1.5.1直接传热干燥器 ························································································································ 5 1.5.2间接传热干燥器 ························································································································ 5 1.5.3复合加热式转筒干燥器 ·········································································································· 5 1.5.4蒸汽煅烧干燥器 ························································································································ 6 1.5.5喷浆造粒干燥器 ························································································································ 6

1.6 回转圆筒干燥器的有关介绍 ··································································································· 6

1.6.1回转圆筒干燥器的应用范围 ································································································· 6

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1.6.2回转圆筒干燥器的应优缺点 ································································································· 6 1.6.3回转圆筒干燥器的发展趋势 ································································································· 7

第二章 筒体及支撑部分设计与计算 ··········································································· 9

2.1筒体···························································································································································· 9

2.1.1筒体计算的概念 ························································································································ 9 2.1.2筒体跨度计算 ····························································································································· 9 2.1.3筒体壁厚计算 ··························································································································· 10 2.1.4筒体载荷计算，参考筒体最小壁厚计算 ······································································· 10 2.1.5筒体弯矩与应力计算 ············································································································· 11 2.1.6筒体变形计算 ··························································································································· 13 2.1.7悬伸端挠度计算 ······················································································································ 14 2.1.8支座处弯矩计算 ······················································································································ 14 2.1.9支座处的轴向弯曲应力计算 ······························································································· 14 2.1.10筒体安装尺寸计算 ··············································································································· 15

2.2滚轮的设计与计算 ························································································································ 16

2.2.1滚轮与托轮材料 ······················································································································ 16 2.2.2许用接触应力计算及校核 ··································································································· 16

2.3托轮及轴的计算 ······························································································································ 17

2.3.1托轮直径 ····································································································································· 18 2.3.2托轮宽度 ····································································································································· 18 2.3.3托轮轴 ········································································································································· 18 2.3.4托轮轴的弯矩核算 ·················································································································· 19

2.4挡轮及轴的设计与计算 ············································································································· 20

2.4.1挡轮 ·············································································································································· 20 2.4.2挡轮受力 ····································································································································· 20

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2.4.3挡轮参数的确定 ······················································································································ 21 2.4.4挡轮轴的计算 ··························································································································· 22

第三章 传动部分设计与计算 ······························································································· 25

3.1电动机选型 ········································································································································· 25 3.2传动装置设计与计算 ··················································································································· 25

3.2.1传动装置的确定 ······················································································································ 25 3.2.2传动轴的设计与校核 ············································································································· 25 3.2.3轴承的选用与校核 ·················································································································· 35

3.3联轴器的选用 ··································································································································· 38

第四章 结论 ··········································································································································· 39 参考文献 ····················································································································································· 41 结束语 ··························································································································································· 43 附录 外文翻译 ······························································································································· 45 附录 中文 ··············································································································································· 57

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

第一章 绪论

1.1干燥器的设计背景

干燥技术的应用，在我国具有十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术，就显示了干燥技术的应用。解放前，我国的干燥技术一直停留在手工作坊阶段。解放后，我国的干燥技术发展很快，尤其是改革开放以后 ，随着工农业的迅速发展，为了提高生产效率，干燥技术迅猛发展。

干燥是通过一定方法将物料中的水分或其他溶剂去除或减少的操作，通常各种产品的含水量都有一定的要求，以便于贮存、运输、加工和使用。例如食盐、尿素和硫氨等，当其干燥到含水率为0.2%～0.5%左右时，物料不易结块，使用比较方便。干燥技术广泛应用于工农业生产中，据统计资料表明，我国干燥能耗约占整个加工过程总能耗的10%，但干燥过程的热效率很低特别是对流干燥一般只有20%～60%，这主要是由于干燥过程中尾气直接排空，因而尾气带走余热浪费能源，并且一些有害的产品进入大气污染空气，特别是在干燥一些化工产品时。进入70年代以来能源问题在世界各国引起普遍的重视，干燥加工是一项耗能巨大的作业过程，特别是近几年（美国攻打伊拉克以后），随着能源价格的不断提高，为了降低生产成本，一种新的低耗能的干燥技术出现迫在眉睫。据英国对11种行业的统计，干燥作业的能源消耗占总能源消耗的11.6%；意大利科学家的调查则显示，水稻干燥加工的能源消耗占水稻生产加工总能耗的64%。自20世纪70年代初发生石油危机以来，世界各国均对干燥加工的节能技术展开了广泛而深入的研究，我国也将“开发与节能并重，近期把节能放在首位”作为能源方针，因此，千燥过程的节能问题也日益被人们重视。

20世纪50年代初期，分散悬浮态技术（如气流干燥器等）开始工业应用，干燥技术的研究工作也普遍开展，高效的干燥器也在生产应用。随着工业现代化的进展，化学工业的机械化、大型化和自动化水平的提高，作为化工单元操作设备之一的干燥器，也必将迅速的发展。目前，化工产品干燥的设备种类繁多，特点各异，对干燥的效果要求也越来越高。

目前国内市场大量应用的回转圆筒燥机。回转圆筒干燥器是一种处理大量物料干燥的干燥器。其主要特点：

生产能力大、运转可靠、操作弹性大、适应性强、流体阻力小等优点，因此广泛用

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

于冶金、建材、轻工等部门。在化工行业中使用尤为广泛。

1.2回转圆筒干燥器工作的基本原理

回转圆筒干燥器工作原理：

需要干燥的湿物料由皮带运输机或斗式提升机送到料斗，然后经料斗的加料机构通过加料管进入进料端。加料管大斜度要大于物料的直然倾角，以便物料顺利进入干燥器内干燥器圆筒是一个与水平线落成倾斜的旋转圆筒。物料从教一端加入，载热体由低端进入，与物料成逆流接触，也有载热体和物料一起兵流进入进入筒体，本课题的设计采用的是后者。随着圆筒的旋转物料受重力作用运行到较低的一段。湿物料在移动过程中，间接得到了爱热体的给热，使湿物料得以干燥，然后在出料端经皮带机或螺旋输送机送出。在桶内壁上装有抄板，它的作用是把物料抄起来又洒下，使物料与气流接触表面增大，以提高干燥速率并促使物料前进。在热体一般为热空气、或烟道气等。在热体经干燥以后，一般须经旋风除尘器将气体内所带物料捕集下来。如需进一步减少尾气含尘量，还应经过袋式除尘器或湿法除尘器后再放入周围环境。

1.3回转圆筒干燥器的基本构成

基本上由热源设备、给料设备、干燥设备、排料设备和除尘设备等构成。

如图1.1，1.2所示。

图 1．1实际生产时的安装简图

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

图1.2回转圆筒干燥器的基本构成及工作原理

1.4工艺流程

工艺流程由物料流程、空气流程等组成。

1.4.1 物料流程

物料由给料机均匀的给入干燥机，在干燥机中，物料在重力及抄板的作用下沿着筒壁逐渐下降，在此过程中，物料和热空气接触得到热量，将水分汽化逐渐转化成为合格产品，经输送机将产品送到产品库，部分物料失去水分，重量变轻，随废气进入除尘器；在除尘器中，收集较粗粒物料，进入物料产品库，极细粒物料排至大气。

图1.3 传统干燥系统物料流程图

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

1.4.2 空气流程

它由送气和排气装置组成。

在系统中，由鼓风机提供的室温冷空气，在热风炉的加热作用下变成热空气，和物料一起进入干燥机筒内；在干燥机内部热空气和物料在筒内相遇，进入干燥筒内，使物料遇到热空气变热，从而使水分蒸发，并逐渐将其转化为合格产品；热空气逐渐流向出风口，在温度下降到一定的的时候热风已到达了出气筒，然后顺着管道经过除尘器，最后排入大气。

图1.4传统干燥系统空气流程图

1.4.3回转圆筒干燥机的结构组成

回转圆筒干燥器由主筒体、传动装置、出料装置、入料装置、托轮及挡轮装置等。如图1.5所示

图1.5回转圆筒干燥机的结构组成

1——入料装置；2——主筒体；3——托轮及挡轮装置； 4——传动装置；5——出料装置

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

1.5回转圆筒干燥器的类型

回转圆筒干燥器的形式一般按照被干燥物料的加热方式来划分，可分为以下几种类型。

1.5.1直接传热干燥器

此种干燥器内载热体直接与被干燥物料接触，主要靠对流传热，热利用效率较高，使用最广泛。本课题研究的就是采用的直接传热干燥器。干燥设备简图如1.6图所示。

图1.6干燥设备简图

1——加料口；2——空气出口；3——档轮； 4——筒体齿轮；5——传动齿轮；6——产品；7——抄板

1.5.2间接传热干燥器

当被干燥物料不易与烟道气或热空气直接接触时，可以采用间接传热干燥器。在此种干燥器中，载热体不直接与被干燥的物料接触，而干燥所需的全部热量都是经过传热壁传给被干燥物料的。

间接传热干燥器特点：干燥成本低、产量高，热效率好、对燃料要求不高，可烧烟煤，无烟煤，油，气，煤粉等、操作简单稳定。

1.5.3复合加热式转筒干燥器

其一部分热量是由干燥介质经过传热壁传给被干燥物料，另一部分热量则由载热

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

体直接与物料接触而传递的，是热传导和对流传热两种形式的组合，热利用率较高。主要由转筒和中央内管组成，热风进入内筒，由物料出口端折入外筒后，由原料供给端排出。物料则沿着外壳壁和中央内筒的环状空间移动。干燥所需的热量，一部分由热空气经过内筒传热壁面，以热传导的方式传给物料；另一部分通过热风与物料在外壳壁与中央内筒的环状空间中逆流接触，以对流传热的方式传给物料。

1.5.4蒸汽煅烧干燥器

在蒸汽煅烧干燥器内，一方面进行煅烧，一方面进行干燥。并设有自身返料装置。热量是通过设在回转筒内的翅片管蒸汽加热而获得的。传热系数高，热效率可达到75%，蒸发水强度为150kg/ｍ3。

1.5.5喷浆造粒干燥器

它将产品干燥和造粒在一个回转圆筒中完成。料浆由喷嘴喷射到筒内，筒体内部设有返料螺旋抄板，使成品自身返料而减少返料倍数，简化流程，降低设备负荷，提高设备生产强度。

1.6 回转圆筒干燥器的有关介绍

1.6.1回转圆筒干燥器的应用范围

回转圆筒干燥器一般适用于颗粒状物料，也可用部分参入干物料的干燥粘性膏状物料或含水量较高的物料，现在已成功用于溶液（料浆）物料的造粒干燥中。国内回转圆筒干燥器的直径一般在0.4～3m,个别的达到5m。干燥器长度一般在2～30m，也有50m甚至更长的。一般L/D在6～10。所处理的含水量的范围3%～25%，也有高达50%的。干燥后含水量可以达到0.5%左右，甚至可以达到0.1%。物料在筒体内停留时间5分钟到2小时。气流速度，对粒径为1～5mm的物料，气速在1.2～2.2m/s范围内。

1.6.2回转圆筒干燥器的应优缺点

回转圆筒干燥器的优点:是生产能力达、适用范围广、流涕阻力小、操作上允许波

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

动范围大、操作方便。

回转圆筒干燥器的缺点：设备复杂庞大、一次性投资大、占地面积大、填充系数小、热损失较大，一般不适于中小单位使用。

1.6.3回转圆筒干燥器的发展趋势

回转圆筒干燥器将沿着提高能源利用率，提高产品质量和产量，减少对环境的污染，安全操作，易于控制，一机多用等方向发展。

回转圆筒干燥机是很多工业生产中用于大处理量的大负荷设备。这种设备投入大，效益低，但弹性大。在旋转外壳内插入蒸汽管可以提高多级回转圆筒干燥机的热效率。然而一段时间 以来，这种干燥技术没有什么真正的创新。 最近，日本东京Yamoto Sankyo Mfg公司取得了一项回转圆筒干燥机专利，设计较为简单 ：干燥气流由许多从中心管分出的支管注入旋转回转圆筒携带的物料层中。其热质传递速率提 高了近两倍，并且具有尺寸小、结构简单、成本低等优点。然而这种干燥机并不能适用于通 常由多级回转圆筒干燥机处理的所有物料。但在可行的情况下，相似的操作条件，Yamoto的 设计可以减少一半设备容积。这是该回转圆筒干燥机创新思维的一个主要优点。

目前真空干燥设备也随着真空技术计算机控制技术的发展的发展得到相应地发展，这主要因为真空技术有许多优点，在低压干燥时含氧量低，能防止物料被氧化变质，可干燥易燃易爆的危险品；可在低温时使水分气化，易干燥热敏性物料；能回收干燥物料中的贵重成分等一系列优点。但还有以噢些不足之处，需要一套玩整的抽水蒸汽真空，因此成成本较高。但随着现代控制技术和真空技术的发展，还有广大科研工作者的共同努力，真空干燥设备还有很好的发展空间。

随着人们对转筒干燥器研究的不断深入以及生产经验的不断积累，一些问题将会得到进一步的解决。转筒内抄板的结构形式对干燥效果的影响，将得到进一步的研究。也将会为转筒转数、倾斜度、干燥介质温度、速度对干燥速率的影响，提供较为准确的最佳参数范围。为进一步提高效率、降低能耗、优化干燥器性能，提高控制水平和产品质量，不断增强在线检测的能力，计算机技术、专家系统将在转筒干燥器的应用领域得到进一步的应用和发展。

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东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论

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东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

第二章 筒体及支撑部分设计与计算

2.1筒体

筒体是回转圆筒干燥器的基体。筒体内部既进行热和质的传递又输送物料，通体大小标志着干燥器的规格和生产能力。筒体应满足一定的刚度和强度。在安装和运转中应保持轴线的直线性和截面的圆度，这对于筒体安全使用极为重要 。筒体刚度主要是筒体截面在巨大的横向切力作用下，抵抗径向变变形能力。筒体强度问题表现在筒体在载荷作用下产生的裂纹，尤其是滚圈附近筒体。

2.1.1筒体计算的概念

筒体计算采用一定假设条件下的轴向力计算的方法。在统计基础上，确定许用应力。通过轴向应力计算来间接保证径向变形和切向应力，满足刚度和强度的要求。

筒体计算的基本条件是：

（1）将筒体视作圆环截面水平连续梁。布吉截面变形后对截面魔术的影响。因角度很小，水平力相对于垂直李小得多。

（2）不及物料中心对筒体轴线的偏移，不计筒体所受扭矩的作用。因扭矩所产生的剪应力仅占弯曲应力5%~6%，相对来说是很少的，不影响其计算的准确程度，因吃可忽洛不计。

（3）按经载荷计算，必须指出，按这样的假设计算应力与薄壁截面的筒体的实际情况有很大出入，因此这种应力计算方法是统计基础上的假定计算。 进行筒体计算的主要目的是：

（1）验算强度——变形条件，以确定所选定的筒体厚度是否合适。 （2）根据计算结果，满足等反力，其次满足等弯矩原则。 （3）为支撑件计基础件提供设计载荷。

2.1.2筒体跨度计算

干燥器的长度与直径的比一般小于12，采用两档支撑。确定两端悬伸长度之点位置除考虑结构要求外，应按等弯矩原则设计，一般取（0.56~0.6）Z，Z为筒体长度20m,

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东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

本课题取0.6Z=12m。筒体材料取Q235-A，取支点跨矩Zm=12m=12000mm。

2.1.3筒体壁厚计算

筒体壁厚与许多因素有关，若跨径比Zm/D偏小，壁厚可略小；反之，壁厚增大，通体的最小壁厚按一下经验公式核算：

?min?7.07?10?k?4R2?s (2-1)

K——抄板与筒体壁重量比的系数，对于升举式抄板K=1.6； R——筒体半径，1500mm；

?s——筒体材料在操作温度下的屈服应力，200N/mm2(温度为150°使得?。

s?min15002?7.07?10?1.6??12.7mm

200?4考虑到实际生产时筒体要受到一定的腐蚀，为了安全，取?min=15mm。

2.1.4筒体载荷计算，参考筒体最小壁厚计算

(1) 筒体自重

`筒体自重qs的估算：

`qs?7.85?9.8???(D??)? (2-2)

式中，?——筒体壁厚，0.015m；

D——筒体直径，3m。

`qs?7.85?9.8?3.14?(3?0.015)?0.015?10.9KN/m

考虑到滚圈下面垫板的质量还有叶片的质量等，单位长度重量取

`qs?1.25qs?13.6KN/m

（2）筒体齿轮的重力计算

设齿轮靠近托轮1.8m处，齿轮重量为p1?26.4KN (3)物料重量qm

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东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

qm????4D2 (2-3)

?——为物料的堆积密度，本文是以硫酸氨为例进行计算的,故堆积密度为900kg/m3

?——物料在筒体内的填充系数，即填充率，取??0.14 则物料重量：

qm?900?0.14?3.142?3?8723.8N/m?8.72KN/m 4由以上的计算可得筒体的均布载荷q：

q?qs?qm?8.8?13.6?22.4KN/m (2-4)

（4）单个轮带重量为 P2?67.5KN

2.1.5筒体弯矩与应力计算

由均布载荷引起的最大弯矩 筒体受力图如2.1图所示，

图2.1筒体受力图

由均布载荷引起的最大弯矩

由均布载荷引起的最大弯矩图如图2.2所示，

图2.2 筒体所受弯矩图

2qZmMmax1?(1?4?2) （2-5）

8- 11 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

??Zh4000??0.333 （2-6） ZM12000所以

M22.4?120002max1?8?(1?4?0.111)?2.24?108N.mm

由集中载荷引起的弯矩其弯矩图如图2.3所示，

图2.3 集中载荷所受弯矩图

Mpabmax2?L 式中 c=1800mm，b=10200mm， L?Zm?12000mm,p?p1?26.4KN

M26400?1800?10200max2?12000?4.0?107N.mm

假设均布载荷引起的弯矩与集中载荷引起的弯矩作用在同一面上，则

M87max?Mmax1?Mmax2?2.24?10?4.0?10?2.64?108N.mm 计算弯曲应力

??MKK?[?] sTWW??32(D?2?)[(D?2?)4?D4] W?3.14?[(3000?30)4?30004]?1.06?108mm332?3030

式中，M——M?Mmax?5.8?107N.mm；

Ks——筒体焊缝系数，取0.9； KT——温度系数，取1；

- 12 -

（2-7） （2-8）

（2-9） 2-10）

（东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

W——筒体抗弯截面系数，W?1.0?108mm3；

[?]——许用弯曲应力，

[?]?10~15N/mm2； ??2.64?1081?0.9?1.06?108?2.76N.mm?[?]

2.1.6筒体变形计算

轴线挠度计算

4ym?ymax?qzm384EI(5?24?2) I??64((D?2?)4?D4) I?3.1464?[(3000?30)4?30004]?1.61?1011mm4 式中，

E——材料弹性模量，E?2.1?105N/mm2 ； I—— 筒体惯性矩，1.61?1011mm4。

4ym?y?22.4?12000max384?2.1?105?1.61?1011?(5?24?0.111)?0.0835mm只需检验

ymaxZ?[y]?0.3mm/m 是否成立，代入数据可得 mZmymaxZ?0.0835?0.00696?[y]?0.3mm/m m12zm上式成立，所以筒体满足使用要求，故筒体安全。

- 13 -

2-11） 2-12）

2-13） （ （ （东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

2.1.7悬伸端挠度计算

4qZh? （2-14）

8EIy0式中， Zh——筒体悬伸端长度，4000mm 代入数据可得

22.4?40004y0??0.0212mm 5118?2.1?10?1.61?10y00.0212??0.0053mm/m?0.3mm/m Zh4因此筒体端部满足使用要求，可以安全使用。 （2-15）

2.1.8支座处弯矩计算

支座处弯矩M1，M2，筒体受力如图所示

图2.4 筒体受力图

1222.4?1032M1?qZt??4?1.792?105N.m

22（2-16）

1222.4?1032M2?qZh??4?1.792?105N.m （2-17）

222.1.9支座处的轴向弯曲应力计算

支点1处弯曲应力

M1?10?6?1?KwKtW （2-18）

- 14 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

支点2处弯曲应力

M2?10?6?? 2KwKtW （2-19）

式中：

W——筒体截面模数；

[(D?2?)4?D4]3W??10?,m （2-20）

32D?2???9?——筒体壁厚，m；

D——筒体内经，m；

Kw——焊接接头系数，0.9； Kt——温度系数，取1；

[?]——需用弯曲应力，9.8～14.7Mpa。

代入数据可得

1.792?105?10?6?1??1.868Mpa?[?]?9.8~14.7Mpa

0.9?1?0.106571.792?105?10?6?1??1.868Mpa?[?]?9.8~14.7Mpa

0.9?1?0.106572.1.10筒体安装尺寸计算

由于干燥器的筒体较长，安装时在常温条件下进行的，工作时温度升高100～200°C以上，其轴向膨胀量较大。筒体的热膨胀将影响到滚圈与托轮的子昂对位置及、进出口处密封装置。确定支撑装置的安装位置时，必须计热膨胀量。对本课题探讨的单跨支撑装置的干燥器，则应以靠近大齿轮的支撑为基准，另一端应比相应跨间的筒体跨矩大△Z，

?z??Zm(t1?t0) （2-21） 式中：

?——热膨胀系数，对于钢?=0.000012m/(m.°C)；

- 15 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

Zm——跨矩，12m；

t0——干燥器安装时的环境温度，25°C；

t1——筒体工作时的表面温度，155°C。

?z?0.000012?12?(155?25)?0.01872m?18.72mm

2.2滚轮的设计与计算

滚轮的断面有实心矩形、正方形、空心箱形数种。小型的回转圆筒也有用钢轨或型钢弯接而成。本题目采用的是矩形滚轮，因为矩形滚轮 ，其界面是矩形，形状简单。截面是整体的，铸造缺陷相对来说不显得突出，裂缝少。矩形滚圈可以铸造也可以锻造。

2.2.1滚轮与托轮材料

滚轮的作用是支撑着整个回转体的质量，使其能在托轮上回转，因此托轮和滚轮都必须有足够的刚性。一般用ZG270-500制造滚轮，托轮也用ZG270-500制造。ZG270-500制造的托轮与滚圈的许用接触应力375Mpa。

2.2.2许用接触应力计算及校核

qE(Rr?Rt) （2-22）

RrRt?s?0.0132式中：

q——作用在滚轮单位长度上的均布载荷；

q?Q?Grg （2-23）

2cos??Br2.8?105?0.08?2.8?105?9.8q??1121.3N/m

2cos30?250?——托轮与滚轮中心线与垂直方向的夹角，30°；

Br——滚轮宽度，250mm；

- 16 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

Gr——等于0.08Q；

Q——取最大支撑载荷的1.1倍，Q?1.1R1?1.1?2.5436?105?2.8?105N；

Rr——滚轮外径,3680mm； Rt——托轮外径，610mm

1121.3?2.1?105?(3680?610)?s?0.0132??8.8Mpa?[?c]

3680?610顾满足要求。因此可以安全使用。

2.3托轮及轴的计算

拖轮装置承受整个回转部分的重量，因此实在重负荷下工作的部件，并且要使筒体滚圈能在拖轮上平稳转动。为了平稳，一个滚圈下面有一对托轮，中心线夹角成60°，结构分布如图2.5所示，

图2.5托轮与滚轮的结构

轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承，承受较大载荷时，所需滚动轴承尺寸较大，使安装体积较大，本题目虽然是以硫酸铵为例来讨论的，虽然滚动轴承托轮组具有结构简单，维修方便，摩擦阻力小，减小电耗及制造简单等优点，但为了该设备还能进行其他物料的干燥，因此本课题采用滑动轴承。

从上面的拖轮与筒体结构图可知，拖轮主要承受与中心线呈30°夹角的力。因此选用于与中心线成30°夹角的非标轴承座，可以减小安装体积。此时结构受力也比较合理

- 17 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

2.3.1托轮直径

Dt?610mm

2.3.2托轮宽度

Bt?Br

Br——轮带宽度，250mm 所以取托轮宽度为260mm。

2.3.3托轮轴

托轮轴最小直径，采用心轴

d?32.5?N`(l1?b1)0.2[?] 式中：

N`——N`=0.652Q，

N`?0.652?2.5436?105?1.66?105N，Q=2.5436?105N；

l1——轴承跨矩610mm； b1——轴承结构宽度，300mm； 代入前式可得

d?32.5?1.66?105(610?300)80?117mm考虑到实际生产情况，轴的直径为180mm。

- 18 -

2-24）

（

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

2.3.4托轮轴的弯矩核算

Mmax?1`N(l1?b1) （2-25） 4ZZq(?Zh)?P1C2R1??P1 （2-26） Z?Zh?ZtZZq(?Zt)?P1C2 R1? （2-27）Z?Zh?Zt

P1——集中载荷，26.4kN；

Z——筒体长度，20m； q——均布载荷，22.4kN/m；

N`——托轮处所受的力，大小等于托轮处的支撑反力R1,R2取大值；

l1——轴承跨矩，610mm； b1——轴承结构宽度，300mm；

20?4)?26.4?103?1.82R1??26.4?103?2.5436?105N 20?4?42020?22.4?103?(?4)?26.4?103?1.82R1??2.2796?105N 20?4?420?22.4?103?(所以取N`=R1=2.5436?105N 代入前式得：

M157??2.5436?10?(610?300)?1.97?10 max4M??max?[?] （2-28）

WW——为轴的抗弯截面系数，

W??32d3?3.14?1803?572265mm3 （2-29） 32所以

- 19 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

1.97?107???34.4N/mm?[?]

572265所以轴安全，可以正常使用。

2.4挡轮及轴的设计与计算

筒体是倾斜安装的，由自重及摩擦产生的轴向力，又因滚圈和托轮轴线不平行而产生附加轴向力。形大体重的筒体的轴向位置难于固定，应允许沿轴向往复窜动。为使宽度不等的托轮和滚圈的工作表面磨损均匀，也要求筒体能轴向窜动。挡轮则起限制筒体的轴向窜动的作用。为了使筒体有自由伸长的可能，故每个通体只用一对挡轮夹在滚圈的两边。

2.4.1挡轮

挡轮材料选用ZG270-5000

2.4.2挡轮受力

按普通挡轮推力计算 挡轮图如图2.6所示

图 2.6挡轮与筒体结构图

Fad?G0(f?sin?1) （2-30） cos?

G0——回转部分重量；

- 20 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

G0?p1?2p2?qz?26400?2?67500?20?22400?609400N（2-31）

?——托轮与筒体中垂线的夹角，30°；

f——滚圈与托轮的摩擦系数，取0.1；

?1——筒体与水平线的夹角，2°13`；

cos?=0.866 sin?1=0.0383

所以，

Fad?609400?(0.10.866?0.0383)?46976N 2.4.3挡轮参数的确定

（a）有接触强度确定直径

d2EFADcp?(0.59[p)h 0]式中：

[p20]——挡轮许用接触应力值，375N/ mm；

E——弹性模量，E?2.1?105N/mm； H——挡轮厚度，90mm；

dcp——挡轮侧面平均半径；

d(0.5922.1?105?46976cp?375)?90?271.3mm 取dcp?275mm。 (b) 挡轮大端直径 又：

dcpH?d1?h/D r- 21 -

（2-32） （2-33）

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

Dr——滚圈半径,3680mm。

dH?2751?90/3680?281.9mm

取 dH?605mm。

2.4.4挡轮轴的计算

（1）挡轮轴向力

挡轮推力 Fad?46976N （2）轴的计算

挡轮轴的初步确定（按滑动轴承计算）

d?FAD1.25[P 01][P01]——轴瓦单位许用应力，查表得8N/mm。

d?469761.25?8?68.53mm

取d=150mm。

d——轴颈处直径，mm。 （3）轴颈剪切力的验算

??Fad??[?] 4d2[?]——需用剪应力，120N/mm2

??469763.14?2.659N/mm2?[?]

?15024因此轴满足剪切应力。满足安全要求。 （4）弯曲应力计算

M?Fadh`?46976?(133?45)?4.1?106N.mm- 22 -

2-34）

2-35）

2-36）

（ （ （东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

??MW （2-37）

3.14?1503W???331171.8mm3 （2-38）

3232?d34.1?106???12.3N.mm2?[?]?80N.mm2 331171.8因此挡轮轴满足使用要求，可以安全使用。

- 23 -

东北大学毕业设计（论文） 第二章 筒体及支撑部分设计与计计算

- 24 -

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

第三章 传动部分设计与计算

3.1电动机选型

回转圆筒干燥机是用于固体颗粒物料的干燥或冷却的设备，操作时周围环境温度较高，灰尘较大，在逸出气体中往往含有腐蚀气体。选用电动机时应防尘、防腐防暴，还应具有通风冷却装置，以适应高温腐蚀的需要。本题目根据经验选用三项异步电动机，型号Y250M-4。

以硫酸氨为例

D=3000mm,圈速 n=5r/min,，物料堆积密度ρ=900kg/m3,Ф=0.14

3.2传动装置设计与计算

回转圆筒设备的转速都较慢，一般在2～6r/min,因而电动机将转矩传给转筒时，就必须进行减速。减速速比较大，通常是电动机通过减速器输出轴上的小齿轮经过一级开式齿轮传给通体，使筒体转动。

3.2.1传动装置的确定

筒体转速5r/min,电机转速为1480r/min,因此总传输比 ：

i??nD1480??296 （3-1） n5nD——电机转速； n——筒体转速。

选用ZL75-7-I 性减速器，传动比为14，则传动装置的传动比不小于20。却第一道传动小齿轮模数20，齿数18，第二道传动大齿轮模数20，齿数56，传动小齿轮模数32，齿数17。为了便于加工制造，因此筒体大齿轮采用焊接件，齿数选用偶数，取齿数 118。

3.2.2传动轴的设计与校核

（1）轴的设计

- 25 -

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

该轴传递较大功率，转速较低，无特殊要求，故选用45优质碳素结构钢调质处理，其机械性能查以下表得：

表3.1 轴的常用材料及其主要力学性能

表3.2 常用材料近似极限强度

?B?637Mpa, ?s?353Mpa, ??1?268Mpa, ??1?155Mpa ???0.34,???0.21

?B——材料的抗拉极限，Mpa；

- 26 -

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

?s——材料的屈服极限，Mpa； ??1——弯曲时轴的疲劳极限，Mpa；

??1——扭转时轴的疲劳极限，Mpa；

??——弯曲时将平均应力折合为应力幅的等效系数； ??——扭转时将平均应力折合为应力幅的等效系数。

（2） 按扭转强度初步计算轴径

d≥39550?103P0.2[??AP03 T]nn式中：

d——轴的直径，mm； P——轴传递的功率，48.6kW； n——轴的转速，107r/min；

[?T]——轴得扭剪应力，Mpa；

A0——由轴的材料及承载情况确定的系数，查得118~107。

d≥110?348.6107=84.9mm 考虑轴端安装联轴器需要开键槽，将直径加大并取标准值，120mm。（3）按弯扭合成条件校核轴 圆周力：

FT1t?2d 1式中：

Ft——轴上的圆周力,N； d1——齿轮分度圆直径，mm； T1——轴上的转矩。

- 27 -

3-2） 3-3） （ （东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

2?9.55?106?48.6Ft??24098N

107?360径向力：

Fr?Fttan? （3-4）

式中：

Fr——轴的径向力；

?——齿形角，20°；

Fr?24098?tan20?8771N

计算轴的支反力Ra，Rb，其受力图如图3.1,3.2所示

图3.1 轴的结构简图

图3.2 轴的受力简图

图3.3 水平方向轴的受力图

- 28 -

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

M1

图3.4 轴的水平方向弯矩图 水平面内受力图如3.3所示 有力矩平衡条件可得：

RL1Ftb1?LL 1?2 RL2Fta1?L?L 12 式中：

L1——轴承到齿轮的距离，296mm； L2——轴承到齿轮的距离，684mm；

Ra1——水平面上的支反力； Rb1——水平面上的支反力。 代入数据可得：

R24098?684a1?980?16819.4N R24098?296b1?980?7278.6N

画出力矩图如图3.4所示

M1?L1Ra1 M1——齿轮支点处弯矩。 代入数据可得：

M1?16819.4?296?4978542.4N.mm

图3.5 垂直方向轴的受力图

- 29 -

3-5） （3-6） （3-7）

（ 东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

M2

图3.6 垂直方向轴的弯矩图 垂直面内受力图如图3.5所示

R2a2?FrLL 1?L2RFrL1b2?L 1?L2Rb2——垂直面上的支反力； Ra2——垂直面上的支反力。 代入数据得：

R8771?684a2?980?6121.8N R?8771?296b2980?2649.2N

垂直面内弯矩

M2?Ra2L1

M2?6121.8?296?1812052.8N

合成弯矩M如图所示

M

图 3.7 合成弯矩图

M?M2?M212 M?4978542.42?1812052.82?5298058N.mm

按脉动循环计算

- 30 -

3-8） 3-9） 3-10）

（ （

（

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

M2?(?T2)MCA?ca???[?b] （3-11）

WW式中：

Mca——计算弯矩；

?——根据弯矩所产生应力的性质而定的应力校正系数，0.6；

[?ca]——许用应力；

T——转矩，4337663N。

?5902790ca?0.1?1552?15.8Mpa?[?b]?55Mpa 轴满足要求。

（4）精确校核轴的疲劳强度 校核I II 剖面的疲劳强度

I 剖面因键槽引起的应力集中系数查表得：

k??1.54，k??1.46，???0.7，??0.7 k?，k?——有效应力集中系数；

??，??——绝对尺寸影响系数。

II 剖面因过度圆角引起的应力集中系数查表得：

D?d130?120r4r?4?2.5，d?120?.0333 k??1.66，k??1.43，???0.7，???0.7

故应按过度圆角引起的应力集中系数来验算II剖面。 II 剖面产生的扭应力、应力幅、平均应力为：

?Tmax?W t??maxm??a?2 式中：

?max——扭应力 ，Mpa；

- 31 -

3-12） 3-13）

（（东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

?m——应力幅，Mpa；

?a——平均应力，Mpa；

4337663?12.5Mpa；

0.2?1203?12.5?m??a?nax??6.25Mpa。

22?max?II剖面的安全系数为：

S?S????1k? （3-14）

????S?S??155??????m?10.5?[s]

1.43?6.25?0.21?6.250.95?0.7[s] ——需用安全系数，1.5~1.8。

校核III 剖面疲劳强度

III 剖面因过度圆角引起的应力集中系数查表得：

表3.3 钢的??，??值

- 32 -

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

表3.4 绝对尺寸影响系数

表3.5 圆角处的有效应力集中系数

表3.6 不同表面粗糙度的表面质量系数

- 33 -

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

D?d190?155r12??2.9，??.077 r12d155k??1.41，k??1.58，???0.6，???0.6

故应按过度圆角引起的应力集中系数来验算III剖面。 III剖面承受的弯矩及转矩为：

22MIII?400?Ra?Ra?4000?17899?7159538N.mm （3-15） 12III 剖面产生的正应力、应力幅、平均应力为：

?MIIImax?W?71595380.1?1553?19.2Mpa ?a??max?19.2 III 剖面产生的扭应力、应力幅、平均应力为：

?Tmax?W t??maxm??a?2 ?4337663max?0.2?1553?5.8Mpa ???5.8m?a?max2?2?2.9Mpa

表面质量系数查表得：

???0.95，???0.95

故II剖面的安全系数为 ：

S????1k ????????m???S????1k ????????m???代入数据可得安全系数为：

S300??1.58?5.6?[s]

0.95?0.6?19.2- 34 -

（3-16） （3-17）

（3-18） （3-19）

3-20）

3-21）

（（东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

S??1551.412.9?2.9?0.21?0.95?0.6?19.9?[s]

所以 III剖面安全 。

所以，轴可以在实际生产中安全使用。

3.2.3轴承的选用与校核

（1）轴承的选用

因轴的直径为130mm,轴承座选用JB2559——79中系列，因此轴承可选用圆锥滚子轴承，单列圆锥滚子轴承(GB/T 297-1994)，其代号相及关尺寸与系数如下：

轴承代号|30000型: 30326 基本尺寸/mm|d: 130 基本尺寸/mm| D: 280 基本尺寸/mm|T: 63.75 基本尺寸/mm|B: 58 基本尺寸/mm|C: 49 安装尺寸/mm|da(min): 145 安装尺寸/mm|db(max): 165 安装尺寸/mm| Da(min): 239 安装尺寸/mm|Da(max): 262 安装尺寸/mm|Db(min): 258 安装尺寸/mm|a1(min): 8 安装尺寸/mm|a2(min): 15 安装尺寸/mm|ra(max): 4 安装尺寸/mm|rb(max): 3 其他尺寸/mm|a≈: 53.2 其他尺寸/mm|r(min): 5 其他尺寸/mm|r1(min): 4 计算系数|e: 0.35

- 35 -

东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

计算系数|Y: 1.7 计算系数|Y0: 1

基本额定载荷/kN|Cr: 640 基本额定载荷/kN|C0r: 855 极限转速/(r/min)|脂: 1100 极限转速/(r/min)|油: 1500 重量/kg|W≈: 17.3 （2）轴承使用寿命的校核 （a）轴承的支反力计算

前述已经计算过 ，因此支反力Ra，Rb

Ra?Ra12?Ra22 （3-22） Rb?Rb12?Rb22 （3-23）

代入数据可得：

Ra?16819.42?6121.82?17899N Rb?7278.62?2649.22?7745.7N

作弯矩图，如图3.8所示。

图3.8 合成弯矩图 (b) 计算派生轴向力

查表可得轴承的派生力

S?R （3-24） 2Y则 轴承的派生力 为 ：

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东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

图3.9 轴承的派生轴向力

R117899??5264.4N （3-25） S1?2Y2?1.7S?R22Y?1789922?1.7?5264.4N (c) 轴承的轴向载荷A 由结构知，Fa?0

A1?max(S2?Fa,S1)?S1?5264.4N A2?max(S1?Fa,S2)?S1?5264.4N (d) 计算轴承的当量动载荷

由 A1R?5264.?40.2?9e?0. 3 5 117899查表得：

X1?1，Y1?0

A2R?5264.4?0.679?e?0.35 27745.7查表及手册： X2?0.4，Y2?1.7 根据合成弯矩图

fm?2，fd?1.5 则轴承的当量动载荷

p1?fdfm(X1R1?Y1A1)?1.5?2?(1?17899?0)?53697N p2?fdfm(X2R2?Y2A2)?1.5?2?(0.47?745.7?1.7?5264.4)?36154N - 37 -

3-26）

（3-27） （3-28）

（3-29） （3-30）

（3-31）

（3-32）

（ 东北大学毕业设计（论文） 第三章 传动部分设计与计算

(e) 计算轴承的寿命

因p1?p2，故按p1计算，查表ft?1

ft——温度系数； fm——力矩载荷系数；

fd——冲击载荷系数。 则轴承的使用寿命

106ftC?L10h?()60nP （3-33） 106101?640003??()?613892.8h60?10753697ε——寿命指数，圆锥滚子轴承的寿命系数10/3。

因此轴承完全满足使用要求。

3.3联轴器的选用

联轴器大都为标准件，一般可根据机器的工作条件选定适合的类型，在选用时可根据计算得到的轴的直径及传动的的转矩，还有轴的转速，从设计手册上选出所需要的。在满足上述条件下，可以适当选取。

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东北大学毕业设计（论文） 第四章 结论

第四章 结论

在对回转圆筒干燥机结构设计中，减速器的传动比不宜过大，如果太大，则减速器体积较大，不宜购买，并且在安装时因减速器体积过大，使减速器与筒体接触，从而导致筒体不能工作。同样传动装置，传动比不宜过大，否则同样会出现和减速器体积过大的问题。

由于干燥器筒体体积较大，运输时不太方便，为了便于运输，把筒体分为若干段在安装现场进行铆接或焊接，本题目把筒体分为两段在现场进行铆接。筒体大齿轮，因半径较大不便于加工，且整体加工成本较高，因此把大齿轮分为两部分进行加工，同时大齿轮的齿数选用偶数。

由于设计中有一些问题的相关因素比较复杂，利用现有知识分析起来还存在困难；因此在设计中还有一些地方如果经过改进，可以更加完善。例如，用 PRE/ENGINEER画出三维图，并进行动画演示，如果用ANSYS或其它软件进行力学分析，更进一步的把其中可能出现的问题搞清楚，了解得更详细,计算结果更准确；那么，在设计中将会更少地出现问题，使设计更趋于完美。另外，考虑到能源成本居高不下和环保的的问题，可以加装一个设备，通过除尘装置以后使尾气再次加以利用。

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东北大学毕业设计（论文） 第四章 结论

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