YQP36预加水盘式成球机设计

1 前言

预加水小料球快速煅烧技术，小料球快速烧成技术是立窑煅烧的一项重要技术进步，目前应用十分成功的企业并不多，主要原因是前几年预加水成球系统的控制技术和设备还不太过关，小料球的操作控制要点还没完全掌握，目前预加水成球技术已经发展到第六代产品，设备及控制系统基本过关。这些都是能否取得高产量、高质量料球的保证，从而提高水泥的煅烧质量和产量。

本课题来源于江苏海建集团，该公司为了适应现代立窑水泥生产的需要，设计产量为25t/h的预加水盘式成球机。他们提出了以下几个技术要求：

a．产量为25t/h；

b．盘体工作面直径为3.6m； c. 结构紧凑，工作连续稳定； d. 节能、高效、环保。

在杨晓红老师的指导下，首先进行方案论证。通过讨论研究，最终确定采用可调盘高式 盘体、无动力刮刀系统、电机?皮带?ZQ减速机?直齿轮副?成球盘的传动方式。然后根据分析的结果，开始计算轴向力、扭矩以及功率。分析拟定传动装置的运动简图，分配各级传动比，进而进行传动零件的结构进行设计和强度校核。然后对盘式预加水成球机进行总体结构设计。

YQP36预加水盘式成球机改变了以往所成料球粒径大，料球耐压强度和孔隙率质量低的缺陷。并且采用无动力刮刀系统，大大地节省了电耗和维护费用。本课题新颖实用，在技术上有较大改进，具有较强的竞争力。该预加水盘式成球机将具有很大的市场前景。

1

2 总体方案论证

2.1料球的技术要求及对成球盘的技术调整分析

高质量的料球与成球机的盘转速、盘倾角α、盘边高等的选择和调整有直接的关系。转速高时，成球时间缩短，孔隙率提高，料球炸裂温度提高，爆球率低；转速太高将很难成球。一般取12—13r/min。适当增大α，可降低爆球率，一般取值在45°—55°范围内。倾角的调整要与盘径、转速、边高综合考虑。一般盘边高H=（0.14—0.19）D。在不影响成球质量前提下，为降低爆球率，可适当减少边高。 2.2盘体的技术分析论证

对于老式的盘边高偏高的盘边改进为盘边高为400—500mm的可调式的盘边，从而提高了成球质量和煅烧质量。成球盘使用时间越长，盘底平面和侧平面变形较大，这将增加成球机的工作负荷，极易烧坏电机、损坏减速机和传动齿轮。采用型钢可以提高盘体强度，解决此类问题。成球盘扩径主要是提高成球盘的造球能力和料球质量。

2.3传动机构的技术分析论证

传动装置一般为整个成球机正常稳定运行的关键。以往采用伞齿轮副传动，传动方式路线为电机?皮带?ZQ减速机?伞齿轮副?成球盘。这种传动方式下的球盘负荷较重时会导致的间隙配合的孔键相对运动产生黏附磨损和变形，甚至断齿。现在更多采用直齿轮副传动，也有通过行星减速机直接带动的。

常用的减速机有三种型式，圆柱齿轮减速机、行星减速机和摆线针轮减速机。其中采用圆柱齿轮减速机较合适，而采用行星减速机和摆线针轮减速机常会出现因球盘起动扭矩大，传动系统刚度不足，故障多，有漏油问题。相对而言圆柱齿轮减速机传动稳定，噪音小，齿面接触稳定，在润滑保养良好的条件下，运转稳定。对于圆柱齿轮减速机，其高速轴伸出端在下侧，唇形橡胶密封圈极易磨损，润滑油大量外泄导致缺油、轴承寿命缩短的问题。改进为将高速轴伸出端与低速轴同在减速箱的上侧，原伸出孔由端盖静密封。改进后密封圈略有磨损，不致大量漏油，从而避免缺油事故。

另外，对成球盘减速机输入轴采用花键联接的，因为这样的孔轴联接是间隙配合，所以传动上存在着诸多缺陷。采用平键双键联接避免了在与轴安装时的间隙配合，从而导致的在盘内物料无法卸空的环境下花键由于承受不了较大的惯性力而失效的问题。在强度达到要求的前提下，平键采用过盈配合能保证扭矩的正常传递。 2.4刮刀系统的分析论证

固定形式底刮刀装置常采用角钢和耐磨钢板制成断面为三角的整体刮刀。其优点为结构简单，便于安装检修，无动力。缺点有成球盘旋转阻力大，振动大，刮刀易磨损。活动形式的底刮刀装置有以下几种：

2

a. 无动力点触式旋转刮刀装置，其结构简单，刮灰阻力小，成球质量相对较高，零电耗；

b. 电动往复式底刮刀装置，成球盘旋转阻力极小，但结构复杂，需经常维护； c. 电机拖动摆线针轮减速机形式的底刮刀装置，它具有较好的“刮全性能”阻力小，成球质量高，节能效果显著，但结构复杂，故障率高。

现在为了能向节能这要求上发展，更流行采用无动力式刮刀，其相对于有动力刮刀大大降低了电耗。

固定式边刮刀由于所刮的物料量不同使刀角磨损成弧形，最后造成盘角积料过多，加快了刀的磨损。这里采用活刮刀，在机械机构中实现边刮刀随滑柱沿盘边上下移动，当成球盘转动时，盘边即被刮净，从而保证了生产的连续性。

面对无动力刮刀在运转过程中所出现的刮刀杆的刮底作用不均匀，刮刀损坏，成球质量差的问题，在刮刀盘的机架上安装一飞轮从而起到调节刮刀盘转速的作用，使其能稳定运转。这样解决了成球质量差的问题，减低了电耗和制造使用成本。 2.5刮刀盘、刮刀杆和刀头分析论证

刮刀盘从形状上分为五边形刮刀盘和六边形刮刀盘。

采用圆柱形刮刀杆的五爪无动力刮刀时，即采用五边形刮刀盘，存在刀杆不易夹紧，彻底清盘一次的周期长，清料阻力大，成球盘动力消耗高等缺陷。将其改进为方形刮刀杆和在刀头焊接耐磨的硬质合金刀头。从而利于刮刀杆的夹紧，缩短了清盘周期，也有利于清除粘附在成球盘面上的物料，减小了成球盘的运转阻力和提高了刮刀的使用寿命。另外采用十爪无动力刮刀，即在五边形刮刀盘各边中间多装配一根刮刀杆，其优越性更加突出。刮刀底焊YT15-A325铜焊合金，作为刀头。刮刀与盘边盘底距离保持3—8cm。设计一五等分支架，可用角钢（5#和6#）焊接，然后焊卡板把刮条固定在支架上。

3

3盘式预加水成球机综合参数计算

3.1 生产能力计算

根据参考文献[21]，可知预加水盘式成球法的生产经验公式如下：

G=（1.5～2.0）D2 （3-1）

D—成球盘直径，m； G—生产能力，KW。

已知G= Q= 25t/h, 求得D≈3.6m。 3.2 功率计算

根据参考文献[21]，可知预加水盘式成球所需功率相对滴水成球的小，其经验公式如下：

N=（1.2～1.5）D2 （3-2） D—成球盘直径，m；

N—成球盘所需功率，KW。

由D=3.6m，N=（1.2～1.5）×3.62KW=（15.6～19.44）KW 根据参考文献[25]，可知预加水盘式成球功率计算公式： No=0.2KHR2nγ

1? （3-3）

No—成球盘传动所需功率，KW；

K—刮刀阻力系数，当采用固定刮刀时，K=1.5； γ—料球体积密度；

η—机械传动效率，η=0.85～0.9。

取H=0.6m、R=1.8m、n=12r/min、η=0.85，

No=0.2×1.5×0.7×1.82×12×1.2×1／0.85KW=11.52KW 电机功率：N=K1 No （3-4）

K1——备用系数，一般K1=1.2～1.5。

D较大时取低值，反之取高值。取K1=1.4。

N=1.4×11.52KW=16.14KW 主机功率取N=18.5KW 3.3 成球机盘高计算

根据参考文献[25]，可知预加水盘式成球机盘高计算公式：

H=（0.16～0.2）D （3-5） H—盘边高，m； D—盘直径，m。 由D=3.6m

4

H=（0.16～0.2）×3.6m=（0.576～0.72）m 3.4 成球机转速计算

根据参考文献[25]，可知预加水盘式成球机盘体临界转速计算公式： nKP=

42.4sin??fcos? （3-6）

DD—圆盘直径，m;

nKP—圆盘临界转速，r/min。 取α=49o、f=tg35 o=0.7 n42.4KP=sin49o?0.7?cos49or/min=12.15r/min 3.6

可知预加水盘式成球盘为全盘成球，圆盘工作转速计算公式如下： n23P= D nP—工作转速，r/min。 n3P= 2 r/min =12.122r/min 3.63.5 圆盘倾角计算

根据参考文献[25]，取预加水盘式成球机盘体倾角为45o～55o。 3.6 料球运动基本方程

查根据参考文献[25]，可知预加水盘式成球机料球运动基本方程：

图3-1 料球受力图

Rn2cosβ≈

900?1(sin??fcos?)

5

（3-7）

（3-8）

5.1 皮带传动设计

设计一V带传动。已知该传动为带式传动系统中的高速级传动,所需传动功率P=18.5KW, 由Y系列三相异步电动机驱动, 转速n1=1440r/min, 从动轮转速n2=480r/min。

5.1.1 选择V带型号

查表4.6得工作情况系数KA=1.4，由式（4.22）

PCA=KAP （5-1） =1.4×18.5KW=25.9KW

按PCA=25.9KW、n1=1440r/min查图4.11选C型V带。 5.1.2 确定带轮直径dd1、dd2

5.1.2.1 选取小带轮直径dd1

参考图4.11及表4.4，选取小带轮直径dd1=224mm 5.1.2.2 验算带速 由式（4.8）：

V=?dd1n1/?60?1000? ?224?1440?/?60?1000?m/s ?16.9m/s

在5～25m/s内，合适。 5.1.2.3 确定从动带轮直径dd2

dd2=i dd1 =3×224mm=672mm 查表4.4，取dd2=670mm 5.1.2.4 计算实际传动比i i =dd2d d1 ?670?2.99224

5.1.2.5 验算从动轮实际转速

n2?n1/i ?1440/2.99r/min?481.6r/min

（481.6-480）/480×100%=0.3%<5% 允许。

5.1.3 确定中心矩a和带长Ld 5.1.3.1 初选中心矩a0

由式（4.23）：7.0?dd1?dd2??a0?2d1d??d2d? 0.7×（224+670）mm≤a0≤2×（224+670）mm 625.8mm≤a0≤1788mm 取a0=1100mm 5.1.3.2 求带的计算基准长度L0

11

（5-2）

（5-3） （5-4）

（5-5） （5-6） 由式（4.24）： L0 =2a0+

?2

?dd1?dd2?dd1?dd2???24a0 （5-7）

2 L0=?2?1100??224?670??? 查表4.2得 Ld =3150mm 5.1.3.3计算中心矩a 由式（4.25）： a?a0?Ld?L02/2?(670?224)/?4?1100??mm?3288.2mm?

（5-8）

?3150?3288.2??1100???mm?1030.9mm2??5.1.3.4 确定中心矩调整范围

由式（4.26）：

amax?a?0.03Ld （5-9） ??1030.9?0.03?3150?mm?1125.4mm

amin?a?0.015Ld （5-10） ??1030.9?0.015?3150?mm?936.4mm 5.1.4 验算小带轮包角?1 由式（4.12）： ?1?180??180?oodd1?dd2a1030.9?60o （5-11）

o670?224?60?154o?120o 合适。

5.1.5 确定V带根数z 5.1.5.1 确定额定功率P0

n1?1200r/min及n1?1460r/min查表4.5得单根C型V带的额 由dd1?224mm、

定功率分别为6.71KW和7.47KW，用线性插值法求n1=1440r/min时的额定功率P0 值： p0?7.47?6.71??6.71???1400?1200?KW?7.41KW??1460?1200??

5.1.5.2确定V带根数z

由式（4.28）： z?Pca?P0??P0?K?K （5-12）

L确定 △P0：查表4.7得 △P0?1.27KW 确定包角系数K?：查表4.8得 K?=0.92 确定长度系数KL：查表4.2得 KL=0.97

12

计算V带根数z：z?25.9?7.41?1.27??0.92?0.97根?3.34根 取z=4根合适

5.1.6 计算单根V带初拉力F0

查表4.1得 q=0.30Kg/m 由式（4.29）：

F0?500?Pca?2.52?1???qvve?K?? （5-13）

??25.9?2.5?2?500???1?0.3?16.9????N?415N16.9?4?0.92???

5.1.7 计算对轴的压力FQ 由式（4.30）： FQ?2zF0sin?12 （5-14）

1482o ?2?4?415?sinN?3191N

5.1.8 确定带轮的结构尺寸，绘制带轮工作图、

dd1?224mm，采用辐板式，工作图见附录8。

dd2?670mm，采用辐条式（za?6），工作图见附录7。 5.2 齿轮传动设计

设计一对直齿圆柱齿轮传动。已知输入功率P=16.54KW，小齿轮转速n1?24r/min，齿数比μ=2.06，电动机驱动，工作寿命10年，每年工作300天，三班制，工作轻微冲击，齿轮转向不变。

5.2.1 选择齿轮材料热处理方法、精度等级，齿数z1、z2及齿宽系数?d

考虑到该功率较大，故大、小齿轮都选用40Cr调质处理，齿面硬度分别为250HBS、280HBS，属硬齿面半开式传动，载荷轻微冲击，齿轮速度不高，初选7级精度，小齿轮齿数z1?30, 大齿轮齿数z2??z1?2.06?30?61.8，取z2?65，按硬齿面齿轮悬臂布置安装查表6.5，取齿宽系数?d?0.35。

5.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 由式（6.11）： d1t?2.323KT1?d??1?zE???????H13

?????2 （5-15）

5.2.2.1 确定公式中参数

a. 载荷系数KT： 试选KT=1.5

b. 小齿轮传递的转矩T1： T1=6581.54N?m=6.58?106N?mm c. 材料系数ZE： 查表6.3得 ZE=189.8MPa d. 大、小齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim1、?Hlim2

按齿面硬度查图6.8得 ?Hlim1?850MPa、?Hlim2?780MPa

e. 应力循环系数

N2?N1/? （5-16） ?1.04?108/2.06?5.03?107

N1?60n1JLh ?60?24?1?10?300?24?1.04?108 f. 接触疲劳寿命系数KHN1、KHN2 查图6.6得 KHN1?0.98、KHN2?1.22

g. 确定许用接触应力???H??1?、???H2?

取安全系数sH?1

???H?1??KHN?Hlim1/SH 1 ?0.98?850MPa?833MPa

??H2??KHN?/S2Hlim2H ?1.02?780MPa?795.6MPa

5.2.2.2 设计计算

a. 试算小齿轮分度圆直径d1t 取??H????H2? d6?121t?2.3231.5?6.58?1060.5?2.02.06??189.8??795.6?mm?275.18mm

??b. 计算圆周速度v v??d1tn160?1000 ???275.18?24m/s?0.35m/s60?1000

c. 计算载荷系数K

查表6.2得使用系数kA?1.25；

根据v=0.35m/s，7级精度查图6.10得动载系数Kv?1.1； 查图6.13得K??1.24

则K=KAKvK? ?1.25?1.1?1.24?1.705

14

（5-17） （5-18）

（5-19）

（5-20）

（5-21） d. 校正分度圆直径d1

由式（6.14）：d1?d1t3K/Kt （5-22） ?275.18?31.705/1.5mm?287.18mm 5.2.2.3 计算齿轮传动的几何尺寸

a. 计算模数m

m?d1/z1 （5-23） ?287.18/30?9.57mm 按标准取模数m=16mm。

b. 两轮分度圆直径d1、d2

d1?mz1 ?16?30mm?480mm

d2?mz2 ?16?65mm?1040mm

c. 中心矩a

a?m?z1?z2?/2 ?16??30?65?/2mm?760mm d. 齿宽

b2??dd1 ?0.35?480mm?168mm 取b2?170mm

由公式：b1?b2?（5～10）mm 取b1?175mm

e. 齿高h

h?2.25m

?2.25?16mm?36mm 5.2.3 校核齿根弯曲疲劳强度 由式（6.12）： ?F?2KT1?23YF?YS????F?

dz1m5.2.3.1 确定公式中各参数值

a. 大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限?Flim1、?Flim2 查图6.9，取?Flim1?370MPa、?Flim2?350MPa b. 弯曲疲劳寿命系数KFN1、KFN2 查图6.7，取KFN1?0.91、KFN2?0.95

c. 许用弯曲应力??F1?、??F2? 取定弯曲疲劳安全系数SF?1.4，应力修正系数YST?2.0得

??F1??KFN1YST?Flim1/SF ?0.91?2?370/1.4MPa?481MPa

15

（5-24） （5-25） （5-26）

（5-27）

（5-28） （5-29） （5-30） （5-31）

??F2??KFN2YST?Flim2/SF （5-32）

?0.95?2?350/1.4MPa?475MPa

d. 齿形系数YFa1、YFa2和应力修正系数YSa1、YSa2 查表6.4得：YFa1?2.55、YFa2?2.28、YSa1?1.61、YSa2e. 计算大小齿轮的

YFa1YSa1YFa1YSa1?1.73

??F1?和

YFa2YSa2??F2?，并加以比较取其中大值代入公式计算

YFa2YSa22.28?1.72475

??F1??2.55?1.61481?0.0085

??F2???0.0083

小齿轮的数值大，应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度 5.2.3.2 校核计算

?F1?2?1.705?6.58?100.5?30?16236?2.55?1.61?97.64MPa???F1? 弯曲疲劳强度够。

5.2.4 齿轮结构设计及绘制齿轮零件图见附录5与附录6 5.3 Ⅲ轴设计及校核

5.3.1 Ⅲ轴设计

已知输入大齿轮旋转方向从左向右看为顺时针，单向旋转。n???11.7r/min、P???16.05KW、T???13100.64N?m。

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ

图5-1 Ⅲ轴结构图

Ⅳ—Ⅴ段轴身的长度L45、L67：为使密封盖与轴身有良好的密封效果，减小摩擦，取L45?L67?100mm。5.3.1.1 确定轴上零件的装配方案

为方便表示，记轴的左端面为Ⅰ，并从左向右每个截面变化处依次标记为Ⅱ、

??????和L12、L23、?????? Ⅲ、??????，对应每轴段的直径和长度则分别记为d12、d23、5.3.1.2 确定轴的最小直径dmin

Ⅰ—Ⅲ轴段主要受转矩作用，直径最小。

a. 估算轴的最小直径domin

45钢调质处理，查表11.3确定轴的C值 取C=112

3 d0min?CP/n （5-33）

?112?316.05?0.99/11.7mm?124mm

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双键槽轴径应增大10%～14%，即增大至136.4mm～141.36mm，取domin=138mm b. 确定轴的最小直径dmin

应满足dmin?d12?d2?d0min，取d12?138mm 5.3.1.3 确定各轴段的尺寸

Ⅰ—Ⅱ段轴头的长度L12：为了保证大齿轮的轴向定位的可靠性，L12应略小于b大齿轮，取L12?200mm

Ⅱ—Ⅲ段轴身的直径d23：Ⅱ处轴肩高h=(0.07～0.1)d=(9.8～14)mm，又因轴肩有承受轴向力，故取h=11mm

则d23?d12?2h。 （5-34） ?(138?2?11)mm?160mm

Ⅱ—Ⅲ段轴身的长度L23：取L23?130mm

Ⅲ—Ⅳ段d23、d78，选择轴承型号：取d34?d78?160mm?d23，查参考文献[35]，选用型号为角接触球轴承7232AC，其内径d=160mm、外径D=290mm、宽度B=48mm、额定载荷Cr=262KN、Cor=298KN。

Ⅳ—Ⅴ段轴身的直径d45、d67：为方便安装及减小摩擦应略大于d34，取d45?d67?170mm。

Ⅴ—Ⅵ段轴身的直径d56：为减小加工时车削的背吃刀量，d56应略大于d45，取d56=175mm。

Ⅴ—Ⅵ段轴身的长度L56：取L56=1179mm。 5.3.1.4 轴上零件的周向固定

齿轮与轴的周向固定：采用双键连接，轴承与轴的周向固定采用过渡配合。 齿轮处的双键选择：查参考文献[32]普通平键（GB/T1096—1979），选型为A型36×20×160，即键36×160 GB/T1096—0979。 齿轮轮毂与轴的配合：为了保证对中良好，采用较紧的过渡配合，配合为H7/k6。 滚动轴承与轴的配合：采用较紧的过盈配合，轴径尺寸公差为h6。 5.3.1.5 确定倒角和圆角的尺寸

轴两端的倒角：根据轴径查手册，去倒角为2×45o。

各轴肩出圆角半径：考虑应力集中的影响，由轴段直径查手册，取装配圆角R1，其他圆角R2。

5.3.1.6 绘制轴的结构装配图：见附录4。

5.3.2 Ⅲ轴强度校核

估算盘体与存料共重38KN。 5.3.2.1 求轴上载荷

17

a.计算齿轮受力

齿轮的分度圆直径：d2?mz2?16?65mm?1040mm

Ft1?Ft2?2T2/d2 圆周力：（5-35）

?2?13100.64?103/1040N?2.52?104N

Fr1?Ft2/tg? 径向力：（5-36）

?2.52?104/tg20oN?6.9?104N

FN?Ft2/cos? 合力：（5-37）

?2.52?104/cos20oN?2.68?104N

F2r?FN?G2r?2FNGrcos? ?26.82?31.12?2?26.8?31.3?cos20oKN =10.9KN

b. 求支反力 轴承支点位置：

齿宽中心距左支点距离：L1??225/2?130?48/2?mm?266.5mm

齿宽中心距右支点距离：

L2??225/2?130?48?1379?48/2?mm?1693.5mm

图5-2 轴向受力图 图5-3 轴截面受力图

左支点的支反力： MB?0 XA?0N

YA?FrL2/?L2?L1?

?10.9?1693.5/?1693?266.5?KN

=12.9

右支点的支反力：XB??Fa??21.8KN

YB?FR?YA

18

（5-38） （5-39） （5-40）

?(10.9?12.9)KN??2KN

MA?FrL1

?10.9?266.5N5.3.2.2 绘制轴力图和弯矩图

?m?2904.85N?m

图5-4 轴力图和弯矩图

5.3.2.3弯矩强度校核

通常只校核轴上最大弯矩截面的强度：危险截面为A 截面A处弯矩：Mca?MA?2904.85N?M

?ca?Mca/W 截面A处计算应力：（5-41）

32?2904.85?10/?0.1?160?MPa ?8.4MPa 强度校核：45号锻钢调质处理，由表11.2查得???1?? ?ca????1? 弯矩强度满足要求。

60MPa

5.3.2.4 轴向压应力强度校核

通常只校核轴上受压应力轴径最小的截面强度，取Ⅱ—Ⅲ段任一截面 截面处压力：Fva?21.8MPa 截面处计算应力：?va?FaS （5-42）

3 ?21.8?10??15842MPa?1.1MPa

强度校核：45号锻钢调质处理，由表11.2查得??B?? ?va???B640MPa

? 抗压强度满足。

5.4 轴承校核

现选一对角接触球轴承7232AC，轴转速n=12.12r/min，轴向力Fa?21.8KN，径向负荷分别为Fr1?12.2KN、Fr2?2.1KN。工作时有中等冲击，脂润滑，正常工作

19

温度，预期寿命100000h。

5.4.1 确定7232AC轴承的主要性能参数 查参看文献[35]得

??25o、Cr?262KN、Cor?298KN、e5.4.2 计算派生轴向力FS1、FS2

FS1?eFr1 （5-43）

?0.68、Y?0.87

?0.68?12200N?8296N

FS2?eFr2 ?0.68?2100N?1428N

5.4.3 计算轴向负荷Fa1、Fa2

图5-5 轴承支承图

FS1?Fae?(8296?21800)N?30096N?FS2

故轴承Ⅱ被压紧，轴承Ⅰ被放松，得：

Fa2?FS1?Fae ?(8296?21800)N?30096N Fa1?Fs1?8296N

5.4.4 确定系数X1、X2、Y1、Y2

Fa1F?82968?e

r112200?0.6Fa2?30096F?14.3?e

r22100查表8.10得

X1?1、Y1?0X2?0.41、Y2?0.87

5.4.5 计算当量动负荷P1、P2

P1?X1Fr1?Y1Fa1 20

（5-44） （5-45） （5-46）

?1?12200N ??12200N

P2?X2Fr2?Y2Fa2

(0.41?2100?0.87?30096)N?30957.9N5.4.6 计算轴承寿命

已知ε=3，查表8.7、8.8得：

16667?ftC? Ln????fP?1.6、ft?1 （5-47）

n?fPp? ?16667??262000?3??h?203509h

12.12?1.6?30957.9?5.4.7 验算轴承是否合适

Ln?203509h?100000h 该轴承合格。 5.5 双键（Ⅲ轴）设计校核（普通平键）

已知T=13100.64N·m、d=138mm、k=h/2、l=160mm。 由公式（12.1）： ?P?2T?dkl??P?

查表12.1得：静连接钢质轮毂冲击状态下??P??(60?90)MPa 查参考文献[32]表12.25得：选用36×20的键 即h=20mm, k=h/2=20/2mm=10mm ?2?13100.64/2?103P?138?10?160MPa?59.3MPa???P?

故该双键选型满足强度要求。 5.6 盘体固定螺栓校核 已知主轴转矩T?13100.64N?m

z查公式（13.6）得：Frr2?1?Tmax/?i i?1 Fr1?13100.64?103?500/?10?5002?N?2.6?103N?2.6KN F?2?G/10 ?31.1/10KN?3.11KN

比较得，取F2?max?F2?1?F?2 ?(2.62?3.12)KN?4.05KN 查得公式（13.24）：4F??d2???? 0m 查表（13.4）得

?s?240MPa

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（5-48） （5-49）

（5-50） （5-51） （5-52）

查表（13.8）得 s? ???? ??s?5

ss (5-53)

240/5MPa?48MPa 取m=1

??4?4.05?1032MPa?2.24MPa???? 满足强度要求。

??48?1

6 传动机构的密封润滑

6.1 密封

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采用预加水成球新工艺，优点之一就是作业区基本无粉尘污染。但是，立窑水泥生产工艺，仍然存在粉尘污染比较严重的问题，水泥机械设备出在粉尘污染较严重的工作环境下运转。为了减少运动部件的磨损，延长使用寿命，预加水成球装备在密封上采用了一些必要的装置。 6.1.1 齿轮传动防尘密封

如果灰尘进入传动齿轮上，不仅造成齿轮传动精度降低，噪声增大，而且由于灰尘的吸湿性，用于润滑齿轮的润滑油被灰尘吸收，齿轮处于干摩擦状态下工作，造成齿轮齿面的磨损加剧。

为了减少齿轮的磨损，提高齿轮的啮合精度，延长齿轮的使用寿命，应对传动齿轮加齿轮罩装置。这些装置不可随意拆除。 6.1.2 皮带轮传动部分防尘密封

若灰尘飞落在皮带轮槽内，并有部分灰尘粘附在轮槽两侧面上，与皮带和轮槽侧面接触，产生摩擦，使磨损严重。

为了减少皮带与皮带轮的磨损，提高皮带传动的平稳性，同时也从安全防护考虑，需对皮带传动部分加皮带轮罩，可起防尘密封作用。这些装置也不能随意拆除。 6.2 润滑

水泥生产工艺有很强的连续性，要求运转率高，然而水泥厂多数设备是在粉尘大、温度高、润滑和密封都不好的条件下工作。因此，做好设备的润滑保养，不但可以避免不应有的设备事故，提高运转率，延长零部件的使用寿命，而且还可以减少设备维修费用。 6.2.1 齿轮润滑

6.2.1.1 减速机齿轮润滑

冬季选用90号工业齿轮油；夏季选用120号工业齿轮油。 6.2.1.2 传动齿轮副润滑

冬季选用2#号开式齿轮油；夏季选用3#号开式齿轮油。 6.2.2 轴承润滑

选用钙钠润滑脂：冬季选用1号；夏季选用2号。

7预加水盘式成球机的总体设计

机架：机架主要采用的型材有10mm切割钢板及20号的切割槽钢焊接而成，其中焊接有铰孔套。前脚座主要由45mm和60mm的切割及钢板锻压件焊接而成。后脚

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座由45mm、10mm和30mm切割钢板焊接而成。节头座由180mm的切割圆钢和15mm及20mm的切割钢板焊接而成。节头座与机架体之间采用焊接连接。而机架体和前脚座由前脚销定位连接形成转动副。后脚座与机架体采用螺栓螺母连接固定。在调角器调至一个角度后，用螺栓螺母将机架体和后脚座固定。

调角系统：采用蜗轮蜗杆连接和螺纹连接起到调节高度和锁定高度的作用。 传动机构：传动机构所采用的传动方式为：电机?皮带?ZQ减速机?直齿轮副?成球盘。其中电动机采用Y180M-4，减速机采用ZQ65-20，轴承采用7232AC及轴承座采用整体式轴承座。皮带轮采用HT200材料铸件精加工而成，而齿轮采用40Cr材料铸件精加工而成。主轴采用45号锻钢精加工而成。盘体主要由8mm钢板、10mm切割钢板及10号工字钢切割和托盘等焊接而成。采用可调盘高式结构。

刮刀系统：刮刀系统采用无动力刮刀。支架采用180mm的圆钢、20mm及15mm的切割钢板焊接而成。刮刀盘采用5爪方刀杆合金刀头结构，并且采用飞轮来调节刮刀盘工作时的转速。

图7-1 预加水盘式成球机结构图

8 预加水盘式成球机的使用维护和修理

8.1 预加水盘式成球机的使用维护 维护中应注意如下事项：

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a. 每班传动齿轮涂抹润滑油2～3次，保持工作齿面的润滑。

b. 每班认真检查一次件速机，注意齿轮啮合声响是否正常，轴承温升是否正常（不超过350C）。

c. 经常检查传动三角皮带松弛程度，是否有打滑现象，如发现打滑现象应及时调紧。

d. 经常检查底刮刀和侧边刮刀与盘面的间隙，如发现间隙超出允许范围时，应及时调整。如无法调整时（例如刮刀头磨损严重），则应更换新的刮刀。 e. 主轴的滚动轴承在工作时要承受较大的径向和轴向负荷，其游隙必须适当。应经常检查轴承的运转情况，尤其应注意上端轴承的运转情况，发现成球机有振动时，应考虑调整轴承的游隙。

f. 经常检查减速机润滑油的油面位置是否在规定的范围内。一般每个月检查一次，如发现漏油应及时处理，并及时补足油量。

g. 如盘底加焊钢板网应定期检查钢板网是否有脱焊现象，以免因凸起变形而与刮刀相碰，造成损坏刮刀头或因增大阻力而烧坏电机。

h. 盘面磨损后，将会逐渐产生较大的变形，盘边也随之产生变形，运转振动增大，扁摆现象严重，此时应更换新盘。 8.2 预加水盘式成球机的修理与修理周期

8.2.1 小修理

一般经过一个月的运转后，要进行一次小修，时间安排为8～9小时。

a. 清理盘面和盘边的残存粘结物料。

b. 更换已磨损的刮刀，并调整好安装位置。

c. 检查减速机的润滑情况，发现润滑油（脂）不清洁或润滑油失效，要进行更换新的润滑油（脂）。

d. 更换或修复不通或损坏的加油嘴、加油杯等。 e. 紧固及检查所有的连接螺丝。

以上修理内容可以利用停电、待料、库满，及抢修主机故障的机会，穿插进行。 8.2.2 中修理

成球机经过半年的运转，要进行一次中修，时间2～3个工作日。

a. 进行小修理的主要内容。

b. 清洗减速机，轴承家润滑油（脂），根据润滑油的情况，进行更换或过滤。

c. 检查高速齿轮的磨损情况，及轴承的间隙，并做好记录，磨损严重的要进行更换。

d. 更换老化或开列损坏的三角皮带并予调整找正。 e. 整修变形的盘边。

f. 检查大小齿轮齿面接触情况。

g. 密封易漏油的接合处，清除漏油现象。 8.2.3 大修理

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成球机运转一年后，要进行大修，时间安排10～15个工作日。

a. 进行中修理的主要内容。

b. 全部进行解体落地，零部件清洗后进行技术测量。

c. 更换已磨损的盘面、刮刀、齿轮和轴承。主轴装配处如已磨损严重，要进行喷镀修理或更换。

d. 减速机进行解体清洗，更换已磨损严重的高速齿轮及轴承，根据润滑油情况进行更换或过滤。

e. 电机解体保养、清洗轴承，并加润滑油（脂），加量要适宜，大约加至整体腔体的2/3左右。

f. 修正已变形的支架、刮刀架等。

g. 按技术、工艺要求装配好后，经过空载试运转，无异常现象，然后进行除锈，除垢。

h. 底刮刀轨迹校验。

9 结论

YQP36盘式预加水成球机主要抓住最新的预加水小料球快速煅烧技术来提高立

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窑水泥生产产量和质量。它的主要创新特点在于无动力刮刀系统。通过飞轮来调节底边刮刀和侧边刮刀的转速以防止刮刀被料球卡死。同时它也可根据客户需要拆除飞轮改装成为动力刮刀。

本专机由于厂方考虑成本的问题，对YQP36盘式预加水成球机采用了人工调角。在以后的改装中调角系统可以改装成为液压调节式，这样更大的减轻工人的工作量。因而适用范围更大，性能也将大大提高。

参考文献

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[1] 彭常皓.对老式成球盘的改造[J].四川水泥,1996.No.2:32～34.

[2] 马正先.合理调整成球盘 降低爆球率[J].水泥技术,1994.No.6:50～51,32. [3] 王振宇,孟德忠.清理成球盘边挂泥的办法[J].水泥,1996.No.12:59. [4] 李国权.成球盘减速机的选型[J].水泥,1996.No.12:43. [5] 徐双龙.成球盘减速机漏油的处理[J].四川水泥,2001.No.6: 32. [6] 黄胜.成球盘减速器输入轴的改进[J].水泥,2001.No.1:49.

[7] 侯义杰.成球盘孔与轴键联接失效的修复及改进[J].工程师园,2000.No.4:27. [8] 孙德隆,姜勇.成球盘扩径改造的实践及论证[J].四川水泥,1998.No.2:23～25. [9] 梁东武.φ3.6m成球盘传动机构的改造[J].水泥,1996.No.3:23. [10] 郝志东.φ3.2m成球盘传动装置的改进[J].水泥,1998.No.12:49～50. [11] 李银锋.预加水成球盘传动装置的现状及改进[J].水泥,1994.No.4:32～34.

[12] 黄金平.φ3.2m预加水成球盘成球刮刀机的改进[J].中国建材装备,2001.No.3:16～17. [13] 张贵春.φ3.2m 成球盘曲柄滑块式刮刀装置[J].水泥,2000.No.5:39. [14] 李升朝.成球盘边刮刀的改进[J].水泥,1996.No.12:41. [15] 赵文涛.成球盘底刮刀传动系统的改进[J].水泥,1998.No.11:48. [16] 杨军.成球盘刮刀的改造[J].水泥,2004.No.2:65.

[17] 郭红军.成球盘刮刀系统的改造技术[J].水泥,1996.No.12:42～43. [18] 邓清华.成球盘刮料装置的改进[J].江西建材,1998.No.1:31～32. [19] 王树华.成球盘无动力刮刀的改进[J].四川水泥,1998.No.1:31,25. [20] 郝志东.预加水成球盘底刮刀装置简介[J].水泥工程,1999.No.4:29～30.

[21] 阎瑞敏，常敏.水泥工业自动控制预加水成球技术及装备[M].江苏科学技术出版社，

1990.10.

[22] 黄有丰.预加水成球技术及其应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1991.9. [23] 许林发.建筑材料机械设计（一）[M].武汉：武汉工业大学出版社，1990.8. [24] 褚瑞卿.建材通用机械与设备[M].武汉：武汉理工大学出版社，1996.9. [25] 朱昆泉，许林发.建材机械工业手册[M].武汉：武汉工业大学出版社，2000.7. [26] 徐灏.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1991.9. [27] 胡家秀.机械零件设计实用手册.北京：机械工业出版社，1999.10. [28] 赵忠.金属材料与热处理[M].北京：机械工业出版社，1991.5. [29] 甘永立.几何量公差与检测[M].上海：上海科学技术出版社，2001.4. [30] 钱志锋，刘苏.工程图学基础教程[M].北京：科学出版社，2001.9. [31] 徐锦康.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2004.4.

[32] 王旭，王积森.机械设计课程设计[M].北京：机械工业出版社，2003.8. [33] 张一公.常用工程材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，1998.6. [34] 盛君豪.减速机使用技术手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[35] 吴瑞琴.滚动轴承产品样本[M].北京：机械工业出版社，中国石化出版社，2000.

致 谢

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为期三个月的毕业设计业已经结束。回顾整个毕业设计过程，虽然充满了困难与曲折，但我感到受益匪浅。本次毕业设计的课题是YQP36盘式预加水成球机。本设计是解决预加水小料球快速煅烧技术中的成球问题，因此立窑水泥生产企业对此项目的要求很高。本设计是学完所有大学期间本专业应修的课程和完成毕业实习以后所进行的，是对我三年半来所学知识的一次大检验，也是对我实习过程的再学习。使我能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通，并且学到了书本上没有的知识点，加深了我对理论知识的理解，扩展了我对水泥机械和生产工艺的认识，强化了实际生产中的感性认识。

通过此次毕业设计，我掌握了最新的预加水成球技术、盘式预加水成球机的设计方法和步骤及认识到了在设计过程中所要注意的问题。另外也学会了如何应用图书、手册和网络收寻资料信息等。

总的来说，这次设计，使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的锻炼，提高了我独立思考问题、解决问题以及创新设计的能力，缩短了我与工厂工程技术人员的差距，为我以后从事实际工程技术工作奠定了一个坚实的基础。同时也让我更了解这个专业。

本次设计任务业已顺利完成，但由于本人水平有限，缺乏经验，难免会留下一些遗憾，在此恳请各位专家、老师及同学不吝赐教。

此次毕业设计是在杨晓红老师和刘平成的认真指导下进行的。杨老师和刘老师经常为我解答一系列的疑难问题，以及指导我的思想，引导我的设计思路。在历经三个多月的设计过程中，一直热心的辅导。其他同学也有对我在设计过程中给予帮助。在此，我忠心地向他们表示诚挚的感谢和敬意！

附 录

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1.YQP36总装图 YQP36-00-00 A0 2.YQP36 机架部件图 YQP36-01 A1 3.YQP36盘体部件图 YQP36-02-01 A1 4.YQP36主轴 YQP36-02-02-01 A3 5.YQP36大齿轮 YQP36-02-02-02 A3 6.YQP36小齿轮 YQP36-02-02-03 A3 7.YQP36大皮带轮 YQP36-02-02-04 A3 8.YQP36小皮带轮 YQP36-02-02-05 A3 9.YQP36 后脚座 YQP36-01-02 A3 10.YQP36 前脚座 YQP36-01-01 A3 11.YQP36前铰销 YQP36-01-03 A3 12.YQP36铰孔套 YQP36-01-05 A3 13.YQP36节头座 YQP36-01-06 A3 14.YQP36加强板1 YQP36-01-07 A4 15.YQP36加强板6 YQP36-01-12 A4 16.YQP36飞轮 YQP36-03-06 A3 17.YQP36

支架 YQP36-03-01 A3

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