自同步立式振動離心機設計【含CAD高清圖紙和說明書】
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畢業(yè)設計(論文)開題報告學 號學生姓名 專 業(yè)班 級指導教師姓名校外指導教師姓名職稱職稱題目名稱自同步立式振動離心機設計題目類型設計工程類 裝備裝置類 產品類 軟件類論文自然科學:基礎研究類 應用基礎研究類 應用研究類社會科學:基礎研究類 應用研究類 綜合研究類選題依據(jù)(目的、意義等): 本設計是自動化專業(yè)教學計劃中不可缺少的一個綜合性環(huán)節(jié),是實現(xiàn)理論與實踐相結合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能去分析和解決本課程范圍內的一般工程技術問題,建立正確的設計思想,掌握工程設計的一般程序和方法。通過設計使學生得到工程知識和工程技能的綜合訓練,獲得應用的知識和技術去解決工程實際問題的能力。主要設計(研究)內容:此次所設計的VVC型自同步立式振動離心機適用于細粒煤,中煤的脫水,處理能力為250t/h,產品水分在7.58%之間。該型離心機實現(xiàn)了由自同步激振裝置帶動振動系統(tǒng)僅在軸向振動的方式,其結構簡單,安裝和維護方便;各項技術參數(shù)選擇適宜,運行可靠,對物料量的變化敏感度?。贿h共振區(qū)工作,故障率低;無需專門的潤滑油,解決了潤滑油泄漏的問題。設計(研究)方案: (1)了解自同步立式振動離心機的結構和基本工作原理和適用范圍等, (2)對離心機的設計進行實際的調查研究分析,為以后的計算過程中一些參數(shù)的選擇做準備。 (3)研究分析現(xiàn)有類似成功案例,針對其設計的結果和本次設計任務進行對比,并確定總體設計方案。 (4)方案經論證確定后,綜合機械與電氣控制進行技術設計,包括運動學參數(shù)、運動學參數(shù)的分析計算,CAD二維設計以說明書的整理等。預期目標及工作進度安排:2011. 12.01 2011.12.30 收集整理資料,完成開題報告 2012. 01.01 2012.03.30 收集查閱相關資料,方案論證及裝置的結構圖2012. 04.01 2012.05.25 繪制裝置的裝配圖、零件圖及撰寫設計說明書2012. 05.25 2012.05.30 整理畢業(yè)設計圖紙、說明書2012. 06.01 2012.06.15 準備答辯指導教師意見: 指導教師簽名: 年 月 日中 國 礦 業(yè) 大 學本科生畢業(yè)論文姓 名: 徐利云 學 號:21056353學 院: 應用技術學院 專 業(yè): 機械工程及自動化05-4班 論文題目: 自同步立式振動離心機設計 專 題: 指導教師: 楊寅威 職 稱: 副教授 2009 年 6月 徐州中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文任務書學院 應用技術學院 專業(yè)年級 機自05-4班學生姓名 徐利云 任務下達日期:2009年1月11日畢業(yè)論文日期:2009年3月25日至2009年6月10日畢業(yè)論文題目:自同步立式振動離心機設計畢業(yè)論文專題題目:畢業(yè)論文主要內容和要求:設計參數(shù):篩籃大端直徑:1500mm 入料煤粒度: 80mm料煤水分: 30 產品水分: 7.58篩孔尺寸: 0.5mm 處理能力: 250t/h篩籃回轉速度:280r/min 振幅: 23mm振動電機轉速:1500r/min 設計要求:1. 參考查閱有關資料,完成離心機總體方案的設計;2. 結合離心機總體方案完成激振器、回轉系統(tǒng)、電機、殼體等的配套布置圖;3. 完成主要部件、組件、零部件的參數(shù)設計;4. 按畢業(yè)設計要求編寫完成設計說明書。院長簽字: 指導教師簽字:目 錄1 緒論11.1煤脫水的意義11.2煤的性質與脫水效果的關系11.3煤脫水的方式21.4離心機在工業(yè)上的應用與分類21.4.1離心機的應用及其發(fā)展21.4.2、離心機的分離過程及分類31.5離心機工作原理42 方案確定62.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機62.1.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機的結構62.1.2傳統(tǒng)臥式振動離心機的主要特性參數(shù)82.1.3傳統(tǒng)臥式離心機激振器和及特點92.1.4傳統(tǒng)臥式振動離心脫水機的優(yōu)缺點92.2 VC型立式振動離心機的介紹102.3設計方案的確定103 各種工藝參數(shù)對離心機工作的影響123.1顆粒在篩籃上的受力分析123.2篩籃的半徑和篩面傾角的影響153.3篩籃轉速的影響153.4振幅和頻率的影響164 離心機運動學和動力學分析174.1物料的運動學分析174.1.1物料的受力分析及運動方程式174.1.2濾渣停留時間的計算194.2振動系統(tǒng)動力學分析234.2.1自同步原理234.2.2振幅分析275 VVC離心機結構分析及其設計315.1 VVC離心機的總體分析315.1.1 VVC離心機的總體結構分析315.1.2 VVC離心機的質量325.2篩籃結構分析及設計325.2.1篩籃的結構分析325.2.2篩籃主要結構參數(shù)的確定335.2.3離心機篩籃表面積、離心因數(shù)、濾渣層平均高度的計算375.3傳動系統(tǒng)及其支承裝置的設計395.3.1傳動系統(tǒng)及其支承裝置的總體結構設計395.3.2回轉電機的選型405.3.3 V帶傳動的設計415.4 激振器的設計425.4.1等效參振質量的計算425.4.2振動電機的選型435.4.3偏心塊的設計455.4.4軸承的選擇計算495.4.5軸的設計及校核495.5主軸的設計及校核555.6碟形彈簧的設計605.6.1碟形彈簧的介紹605.6.2碟形彈簧的設計625.7主軸軸承的校核645.8橡膠彈簧的設計645.8.1支承橡膠彈簧655.8.2減振橡膠彈簧675.8.3定位橡膠彈簧685.9鍵的校核696 VVC離心機設計思考與展望726.1對設計中帶傳動的思考726.2對設計中振動部分的思考726.3對設計中篩籃的思考736.3.1傳統(tǒng)篩籃結構的不足736.3.2新型篩籃的特點和工藝措施74結論76參考文獻77翻譯78英文原文78中文譯文:83致謝87中國礦業(yè)大學2008屆本科生畢業(yè)設計目 錄1 緒論11.1煤脫水的意義11.2煤的性質與脫水效果的關系11.3煤脫水的方式21.4離心機在工業(yè)上的應用與分類21.4.1離心機的應用及其發(fā)展21.4.2、離心機的分離過程及分類31.5離心機工作原理42 方案確定62.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機62.1.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機的結構62.1.2傳統(tǒng)臥式振動離心機的主要特性參數(shù)82.1.3傳統(tǒng)臥式離心機激振器和及特點92.1.4傳統(tǒng)臥式振動離心脫水機的優(yōu)缺點92.2 VC型立式振動離心機的介紹102.3設計方案的確定103 各種工藝參數(shù)對離心機工作的影響123.1顆粒在篩籃上的受力分析123.2篩籃的半徑和篩面傾角的影響153.3篩籃轉速的影響153.4振幅和頻率的影響164 離心機運動學和動力學分析174.1物料的運動學分析174.1.1物料的受力分析及運動方程式174.1.2濾渣停留時間的計算194.2振動系統(tǒng)動力學分析234.2.1自同步原理234.2.2振幅分析275 VVC離心機結構分析及其設計315.1 VVC離心機的總體分析315.1.1 VVC離心機的總體結構分析315.1.2 VVC離心機的質量325.2篩籃結構分析及設計325.2.1篩籃的結構分析325.2.2篩籃主要結構參數(shù)的確定335.2.3離心機篩籃表面積、離心因數(shù)、濾渣層平均高度的計算375.3傳動系統(tǒng)及其支承裝置的設計395.3.1傳動系統(tǒng)及其支承裝置的總體結構設計395.3.2回轉電機的選型405.3.3 V帶傳動的設計415.4 激振器的設計425.4.1等效參振質量的計算425.4.2振動電機的選型435.4.3偏心塊的設計455.4.4軸承的選擇計算495.4.5軸的設計及校核495.5主軸的設計及校核555.6碟形彈簧的設計605.6.1碟形彈簧的介紹605.6.2碟形彈簧的設計625.7主軸軸承的校核645.8橡膠彈簧的設計645.8.1支承橡膠彈簧655.8.2減振橡膠彈簧675.8.3定位橡膠彈簧685.9鍵的校核696 VVC離心機設計思考與展望726.1對設計中帶傳動的思考726.2對設計中振動部分的思考726.3對設計中篩籃的思考736.3.1傳統(tǒng)篩籃結構的不足736.3.2新型篩籃的特點和工藝措施74結論76參考文獻77翻譯78英文原文78中文譯文:83致謝87 中國礦業(yè)大學2008屆本科生畢業(yè)設計 第14頁1 緒論1.1煤脫水的意義煤的水分是指單位質量的煤中水的含量。煤的水分有內在水分和外在水分兩種。外在水分足指在開采、運輸、洗選過程中附著在煤顆粒表面和裂縫中的水;內在水分是指吸附或凝聚在煤顆粒內部毛細幾中的水。外在水分可以借助機械方法脫除;內在水分只有熱力干燥才能脫出。煤的水分是評價煤炭經濟價值的基本指標。煤的內在水分與煤的煤化程度和內部表面積有關,一般來說變質程度超低,煤的內部表面積越大,水分含量越高,經濟價值越低。煤的水分對其貯存、運輸、加工和利用均有影響。在貯存時,水分能加速煤的風化、碎裂、白燃;在運輸中,會增加運輸量,加大運費并會增加裝斗、卸車的困難。在西北、東北、華北等寒冷地區(qū),水分大的煤在長途運輸中會凍結,給卸車造成極大困難。煤的水分在燃燒時要消耗一定的熱量,在煉焦時要延長結焦時間,而且影響焦爐的壽命。脫水和干燥是固體和液體分離的過程。絕大多數(shù)選煤廠分選過程是在水中進行的,因而選煤產品在出廠前需進行脫水。以滿足用戶和運輸要求,現(xiàn)行產品目錄規(guī)定精煤水分一般不超過1213,個別用戶煤、出口煤和高寒地區(qū)濕煤冬運要求精煤水分在89以下。水是煤中的雜質,不僅對用戶使用和冬季運輸帶來困難,而且降低貨運量和浪費運輸能力,增加運費。因此,選煤廠的出廠產品必須盡量降低水分。1.2煤的性質與脫水效果的關系(1)孔隙度一般把物料中孔隙部分與總容積之比值叫做孔隙度。物料間孔隙愈大,積存水量愈多,但毛細管作用較弱,脫水較容易??紫队?,毛細管作用愈強,脫水愈困難。(2)比表面積比表面積用單位質量物料所具有的總表面積表示。顯然物料的比表面積愈大,表面吸附水愈多,脫水愈因難。(3)潤濕性物料表面硫水性愈強,物料與水的相互作用愈弱,脫水愈容易。(4)細泥含量物料中細泥充填刁:物料扎隙間或吸附于物料表面上增加了毛細管仍:用力、物料的比表面積和吸水強度會使物料脫水因難。(5)粒度組成物料的粒度組成決定物料的間隙,進而影響到含水多少和脫水難易,顆粒越大,脫水越難。毛細管和比表面積愈大脫水越易。1.3煤脫水的方式脫水方法可大致分為重力脫水、離心脫水、過濾脫水、壓濾脫水。用離心力來分離固體和液體的過程稱為離心脫水。離心脫水可以采用兩種不同的原理:離心過濾和離心沉降。離心過濾是把所處理的含水物料加在旋轉的錐形篩面上,由于離心力的作用,團體緊貼在篩面上隨轉子旋轉,液體則通過物料間隙和篩縫甩出。離心沉降是把煤泥水加在筒形(或鏈形)轉子中,由于離心力的作用,團體在液體中沉降,沉陷后的物料進一步受到離心力的擠壓擠出其中水分過濾式主要用于較粗顆粒物料的脫水,如末煤和粗煤泥的脫水;沉降式主要用于細顆粒物料的脫水,如尾煤和細煤泥的脫水。也有兩種兼有的離心沉降過濾、多用于浮選產品的脫水或煤泥回收。1.4離心機在工業(yè)上的應用與分類1.4.1離心機的應用及其發(fā)展在現(xiàn)代工業(yè)中,固液系統(tǒng)(包括懸浮液和乳濁液)分離的目的是:(1)回收有價值的固相,排掉液相;(2)回收液相,排掉固相;(3)固、液兩相都回收;(4)固、液兩相都排掉(如污泥脫水)。達到固-液分離的主要操作方法有重力沉降、過濾和離心分離。利用離心力來達到固-液、液-液、以及液-液-固分離的方法通稱為離心分離。實現(xiàn)離心分離操作的機械稱為離心機。離心機和其它分離機械相比,不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相,而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動強度、改善勞動條件,并且具有連續(xù)運轉、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點。因此自1836年第一臺工業(yè)用三足式離心機在德國問世,迄今近兩百年以來已獲得很大發(fā)展。各種類型的離心機品種繁多,各有特色,正在向提高技術參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展,且組合轉鼓結構增多,專用機種越來越多?,F(xiàn)在離心機已廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個領域。例如濕法采煤中粉煤的回收,石油鉆井泥漿的回收,放射性元素的濃縮,三廢治理中的污泥脫水,各種石油化工產品的制造,各種抗菌素、淀粉及農藥的制造,牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動物油、米糠油等食品的制造,織品、纖維脫水及合成纖維的制造,各種潤滑油、燃料油的提純等都使用離心機。離心機已成為國民經濟各個部門廣泛應用的一種通用機械。離心機基本上屬于后處理設備,主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級等工藝過程,它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應發(fā)展起來的。例如18世紀產業(yè)革命后,隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展,1836年出現(xiàn)了棉布脫水機。1877年為了適應乳酪加工工業(yè)的需要,發(fā)明了用于分離牛奶的分離機。進入20世紀之后,隨著石油綜合利用的發(fā)展,要求把水、固體雜質、焦油狀物料等除去,以便使重油當做燃料油使用,50年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離機,到60年代發(fā)展成完善的系列產品。隨著近代環(huán)境保護、三廢治理發(fā)展的需要,對于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高,因此促使臥室螺旋卸料沉降離心機、碟式分離機和三足式下部卸料沉降離心機的進一步發(fā)展,特別是臥室螺旋卸料沉降離心機的發(fā)展尤為迅速。 離心機的結構、品種及其應用等方面發(fā)展很迅速,但其理論研究落后于實踐是個長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識,主要還是用來說明試驗的結果,而在預測機器的性能、選型以及設計計算,往往仍然要憑借經驗或試驗。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于離心分離過程的多樣性和復雜性,例如懸浮液的物理性能和濃縮非常容易變化,沉降速度、滲透率、孔隙率以及若干其它參變數(shù),都隨著懸浮液的物理性質的改變而改變。特別是由于固體顆粒的大小、形狀和運動的雜亂狀態(tài)所帶來的數(shù)學問題,在目前尚無法解決,給研究這一過程的理論帶來了很大的困難。其次,要能真正了解液體與固體顆粒在離心力場中運動的真相,而又不干擾或破壞這些運動,這就需要用科學的觀察和測試手段,也許正是因為這種緣故,使離心分離理論的研究受到了一定的影響。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,固-液分離技術越來越受到重視,離心理論研究遲緩落后的局面也正在積極扭轉。離心機是固液分離技術的主要設備之一,其發(fā)展前途大有可為。1.4.2、離心機的分離過程及分類離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程離心過濾和離心沉降。而與其相應的機種可區(qū)分為過濾式離心機和沉降式離心機。離心過濾過程從廣義的概念上來說,可以理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個步驟。如果就狹義的概念而言,可分為兩個物理階段:生成濾渣和壓緊濾渣。第一個階段與普通過濾在原則上是相近似的,但其推動力不同;而第二階段與普通過濾的規(guī)律根本不同。離心沉降過程也可分為兩個物理階段:固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。前者遵從固體在流體中相對運動的規(guī)律,而后者則遵從土壤力學的基本規(guī)律。離心沉降過程本身又可分為離心沉降和離心分離。一般情況下,離心沉降過程是指含有中等及大量固體顆粒的懸浮液的工藝分離過程。對于容積濃度不超過5%的低濃度懸浮液的分離,習慣上稱為離心澄清過程。當離心沉降過程用于分離兩種重度不同,而又互不相溶的液體所形成的乳濁液時(包括含微量固體顆粒的乳濁液,即液液固),稱為離心分離過程。這種名稱上的區(qū)別以及濃度的界限是相對的和人為的,實質上懸浮液或乳濁液中固體顆粒沉降過程的運動學和動力學規(guī)律是一樣的。這里必須強調指出,分離過程的描述僅僅是整個離心分離作用機理的一部分。在離心過濾和離心沉降分離固體顆粒的過程中都具有“壓縮”現(xiàn)象,這一現(xiàn)象很值得重視。在離心過濾過程中,這種壓縮效應使濾渣孔隙縮減,變得不易滲透,從而阻礙了脫水;在離心沉降過程中,這種壓縮效應減小了沉渣的孔隙,反而有助于降低沉渣的含濕量。離心機的分類方法很多,可按分離原理、操作目的、操作方法、結構形式、分離因素、卸料方式等分類。1.5離心機工作原理離心過濾是把所處理的含水物料加在轉子的多孔篩面上,由于離心力的作用,固體在轉子篩面上形成固體沉淀物,液體則通過沉淀物和篩面的孔隙而排出。由于液體是通過物料的孔隙排出,而脫水物料的粒度組成影響著孔隙的大小,所以,脫水效果受粒度組成的影響很大。離心脫水機是利用離心力進行固液分離的,其離心力要比重力場中的重力大上百倍,甚至上千倍,通常用分離因數(shù)表示這關系,亦稱離心強度,用z表示。物料的脫水過程,由于離心力的作用而得到強化。離心力的大小影響著脫水的效果。分離因數(shù)就是表示離心機中物料所受離心力大小的一個指標。所謂分離因數(shù)是指物料所受的離心加速度和重力加速度的比值。可用下式表示:分離因數(shù)是離心機性能的一種指標。分離因數(shù)越大、物料所受的離心力越強,團體和液體分離的效果也越好。改變離心機轉筒的半徑和轉速,就能改變分離因數(shù)的大小。由于分離因數(shù)是與轉速的平力正比,所以,為了提高分離因數(shù),改變轉速的效果比改變半徑的效果要大得多。因此。在一般離心脫水中都是通過改變轉筒的回轉速來提高其分離因數(shù)的。但是。對選煤用的離心機,不適當?shù)靥岣咂浞蛛x因數(shù),會引起不利的影響。離心力提高更容易把煤粒破碎,從而增加煤在濾液中的損失;而同時動力消耗也要相應地加大對設備的強度要求更高。因此,應當全面考慮這些因素來決定所采用的分離因數(shù)。在選煤廠,采用過濾原理的離心機,分離因數(shù)一般為80200,采用沉降原理的離心機,分離因數(shù)為500-1000左右。近期發(fā)展趨勢是降低離心機轉速,增加離心機的轉子半徑,使分離因數(shù)在改進,目前已趨完善。雖然機型很多,但各機型之間的主要差別是振動系統(tǒng)和激振方法不同。目前生產的振動卸料離心脫水機其分離因數(shù)一般在60一140之間,適用于013mm的物料脫水。振動卸料離心脫水機的傳動機構使篩籃方面繞軸作旋轉運動,另一方面又沿該軸作軸向振動,因此,強化了物科的離心脫水作用,并促使篩面上的物料均勻地向前移動。物料層在抖動時,還有助于清理過濾表面,防止篩面被顆粒堵塞,減輕物料對篩面的磨損。由于具有以上特點,使振動卸料離心脫水機得到了日益廣泛的應用。振動卸料離心脫水機又分臥式和立式兩種。前者有wzL1000型、WZL一1000A型、TWz一1300型等6后者有美國VC48和VC56型,國產的TZ一12型、TZ14型和LZI1000型等。2 方案確定2.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機2.1.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機的結構振動卸料離心機是指附加了軸向振動或周向振動的離心力卸料離心機,前者稱作軸向振動卸料振動離心機,后者稱作扭轉振動卸料離心機。軸向振動卸料離心機又分為立式和臥式兩種,目前多向臥式發(fā)展。(圖2-1,圖2-2)是我國生產的WZL-1000型振動離心機的結構圖,裝有篩籃的主軸通過軸承支承在慣性激振器的殼體內,后者由三個環(huán)形剪切彈簧支撐在殼體的彈簧座上。主軸由主電機經皮帶輪帶動旋轉,使主軸篩籃產生軸向振動,并由沖擊板限制其軸向位移。操作時,物料由料管加入,經旋轉的布料斗,被拋在篩籃小端的篩網上,在離心力的作用下液體通過篩網由排液口排出,其固體物料在離心力和振動力的聯(lián)合作用下,沿篩籃表面向篩籃大端移動,最后從出料口排出。離心力是由回轉電機帶動回轉系統(tǒng)旋轉而產生的,同時可以看出激振器是振動離心機的一個很重要部件,作用是產生激振力,使篩籃產生軸向振動。因此,物料在篩籃上的運動狀態(tài)不僅取決于篩籃的結構參數(shù)和轉速,而且和激振力的大小和頻率有直接的關系,目前比較成熟的離心機大多都采用的是雙振子慣性激振器,這樣只產生單向激振力。圖2-1WZL-1000振動離心機主視圖圖2-2WZL-1000振動離心機側視圖1-篩籃 2-給料管 3-主軸套 4-長板彈簧 5-機殼 6-機架 7-沖擊8-短板彈簧 9-軸承 10-偏心輪 11-激振用電動機 17-膠帶輪 18-三角膠帶圖2-1,圖2-2是WZL-1000振動離心機的雙振子激振器工作原理圖2.1.2傳統(tǒng)臥式振動離心機的主要特性參數(shù)WZL-1000振動離心機的特性參數(shù)如下:篩籃直徑5001500篩籃錐角2036 0分離因數(shù)60180振動頻率2537 Hz篩籃振幅1.510 mm處理物料直徑200 mm懸浮液濃度3040%最大固體產量400t/h2.1.3傳統(tǒng)臥式離心機激振器及特點這種離心機主軸套3上裝有一對偏心輪10,四個偏心輪的質量及偏心距相等,激振電機11經剖分式皮帶輪帶動主動軸旋轉,并借助一對齒數(shù)相同的齒輪,使從動軸作反向同步旋轉。因此,偏心質量所產的離心力,在垂直方向互相抵消,在水平方向的合力使篩籃產生軸向振動。當偏心輪轉到某一位置時,激振力在垂直和水平方向的分力為: (2-1)式中:偏心輪的總偏心質量()e偏心輪的偏心距(m)激振頻率(角頻率,弧度/s)P0激振力幅值(N)該激振器的特點是:每個偏心輪上有3個圓孔,可對稱地塞入圓柱形質量以增加偏心質量,從而調節(jié)激振力和篩籃振幅的大小。通過改變剖分式從動皮帶輪中間墊片的厚度,可改變從動皮帶輪與傳動帶的接觸輪徑,從而可調節(jié)激振頻率和調節(jié)篩籃的振幅。傳動齒輪用夾布膠木制成,可減少由于傳動沖擊而產生的噪音。2.1.4傳統(tǒng)臥式振動離心脫水機的優(yōu)缺點該臥式振動離心脫水機是利用軸向振動強化離心脫水的設備。這種軸向振動,既可以使篩面上的物料均勻地向前移動,以可使篩面上的物料層松散,促使所含的水分更易分出。同時,物料層抖動還可以防止篩縫被顆粒堵塞。改變振幅和頻率可以調節(jié)物料的移動速度,從而控制物料在離心機中的脫水時間。因而這種離心機具有生產能力高,脫水效果好,耗電少,顆粒破碎小同時易于控制的等優(yōu)點。但是該類型臥式振動離心機存在的不少問題是:如圖所示,由于其結構比較復雜,激振電機通過齒輪傳給另一軸,由于高速齒輪傳動,須采用稀油潤滑,因而需要專門的潤滑系統(tǒng)。同時由于密封等原因,極易造成漏油等現(xiàn)象,使維修工作量大。經過最近幾年的實踐證明,不僅成本較為昂貴,而且故障頻繁,維護費用高,已不能適應生產需求,有被逐漸淘汰的趨勢。2.2 VC型立式振動離心機的介紹由CMI公司生產的VC型振動離心機利用振動脫水與離心力脫水相結合對物料進行脫水。物料經溜槽進入機器的上部,在旋轉篩籃的底部均勻分布,給入的物料由耐磨板和以前被加速的物料的摩擦力緩慢加速到篩籃的表面。加速后固體物料依靠振動輸送向上到篩籃表面,當物料在篩面向上移動,離心力使液體通過篩縫流出,同時使固體物料向上運動到卸料區(qū)域。當物料短暫停留在離心機內,振動和料層松動增加了固液分離。離心液匯集于槽內,由開口處流出。固體料從篩籃的上部卸出,緩慢地保持固體料到外殼的邊上,并落到設備底部運出。已生產出VC56,VC48直徑的離心機。這種八十年代從美國引進的立式振動離心機,現(xiàn)已得到了大量的推廣,但在使用中機械故障很高,由于設計不合理,造成維修量極大。每年我國都要從國外引進近億元的離心機產品,投資大,配件供應困難,困擾著選煤行業(yè)。2.3設計方案的確定離心脫水機是選煤廠最重要的設備,也是加工精度和技術含量較高的設備。我國選煤業(yè)從50年代后期起步,用于煤泥和末煤的離心脫水機主要有立式螺旋刮刀離心機、臥式振動離心機、沉降離心機、沉降過濾離心機等。這些機器5060年代從波蘭、蘇聯(lián)、德國等國引進并國產化后,曾對我國選煤業(yè)發(fā)展,起到了巨大的作用。但由于結構落后,制造粗糙,進入90年代以后,這些離心機已經不能滿足選煤業(yè)的迅速發(fā)展,于是國家又從美國引進VC48、VC56立式離心機。這兩部離心機結構復雜,維修特別困難,淘汰呼聲很高。進入21世紀,我國又相繼從德國、韓國、澳大利亞引進離心機,這些機子價格昂貴,有些單位要國產化,但成功率不高。在充分分析和理解傳統(tǒng)振動離心機的原理、優(yōu)缺點后,本設計本著發(fā)展民族工業(yè),走自已創(chuàng)新之路的精神,在徐州大陸振動公司專利(專利2607200)的基礎上并結合其專利產品DWL-1000單振子臥式振動離心機和CMI公司生產的VC立式振動離心機,設計了此自同步雙振子立式振動離心機。本設計克服了VC48、VC56立式離心機結構復雜,維修特別困難等缺點,同時解決了DWL-1000單振子臥式振動離心機在使用中存在的問題,并參考上述傳統(tǒng)振動離心機,在設計出VVC自同步立式振動離心機(處理能力為250t/h)。該立式振動離心機,與現(xiàn)有技術相比,在結合傳統(tǒng)振動離心機生產效率高,脫水效果好,易于控制優(yōu)點的同時,簡化其結構,使其結構緊湊合理,運轉更為可靠,而且不需專門的潤滑系統(tǒng),并設計了專門的方便維修管理的通道,方便了維修,具有廣泛的實用性。該立式振動離心機是目前世界上結構最為簡單的離心機,造價也最低,最適用于浮選精煤和煤泥的脫水,可用于80mm以下的物料脫水,也可取代高頻篩做煤泥脫水用。其結構簡圖如下圖:1-減振彈簧; 2-皮帶輪; 3-支撐彈簧; 4-偏心塊; 5-軸; 6-篩籃; 7-機架圖23 VVC自同步立式離心機原理圖3 各種工藝參數(shù)對離心機工作的影響離心機的工藝參數(shù)(如篩籃傾角、振幅、頻率、回轉速度和回轉半徑等)影響物料在篩上的運動狀態(tài)而物料的運動狀態(tài)在很大程度上決定著機器的脫水效率。所以,在設計或使用離心機時,都需要適當?shù)剡x擇離心機的工藝參數(shù)。由于離心機除回轉外又加入了振動,物料在振動離心機中的運動和在一般的過濾式離心機上不一樣。要正確地解決這個問題,先要了解這些工藝參數(shù)和物料運動狀態(tài)的關系。我們研究單個顆粒在篩籃上的運動情況。3.1顆粒在篩籃上的受力分析當顆粒與篩籃一起回轉時,作用在顆粒上的力有四種,如圖3-1所示。圖3-1顆粒在篩籃上的受力分析顆粒隨篩籃回轉而產生的離心力C,其計算公式為 (3-1)式中: m顆粒的質量kg -篩籃的回轉速度rads;r一顆粒的回轉半徑,m。顆粒的重力G,其計算公式為 Gmg式中 : g重力加速度,ms。顆粒隨篩籃作軸向振動而產生的慣性力P,其計算公式為: P式中: 篩籃軸向振動的角頻率 (相當于激振偏心輪回轉的角速度),rads;A篩籃軸向振動的振幅,m;振動的相位角(即激振器偏心輪回轉的相位角),t;T偏心輪開始回轉起計算的時間,s。篩面對顆粒的摩擦力F(F的方向與顆粒的運動方向相反)。在振動離心脫水機工作時,顆粒所受的重力與所受的離心力相比是很小的,所以在分析中,可忽略不計。要使物料在篩面上能夠脫水,必須使物料與篩面保持經常的接觸。從(圖3-1)可見,顆粒與篩面保持經常接觸的條件是: (3-2)式(3-2)左邊是顆拉的離心力垂直于篩面的分力,必為篩面的傾角。由于慣性力的大小隨振動的相位角而變。當時,慣性力的垂直分力最大,如果這時候垂直于篩面的慣性力分力小于離心力垂直于篩面的分力,則在其他時間中也必能滿足式(3-2)要求的條件。將代人上式,整理后可得: (3-3)式(3-3)是保證離心機正常工作的先決條件。在振動離心脫水機工作中,不僅要使物料附在篩籃上與它一起轉動。而且,還要使物料沿篩籃作正向(向下)的滑動。顆粒作正向滑動發(fā)生在篩籃從運動的中心位置向前運動時,這時篩按向前運動的速度逐漸衰減,篩籃往后的加速度逐漸增大,附著在篩籃面上的顆粒向前的慣性力也逐漸增大,當慣性力增大到一定程度時,顆物就脫離篩面,作正向的滑動(見圖3-1),顆粒作正向滑動的條件是: 即 (3-4)式中:f顆粒與篩面的靜摩擦系數(shù)。若為靜摩擦角,則:代入4-7得: (3-5)當時,顆粒所的振動慣性力最大,這時顆粒向前滑動的極限(起碼)條件,因此,將代入,得: 或 (3-6)式中:n篩籃的軸向振動頻率(即偏心輪的回轉速度),r/min;篩籃的轉速,r/min。煤粒與篩面的靜摩擦系數(shù)是較難測定的數(shù)值,一般文獻介紹,f可取0.3-0.6,這時,靜摩擦角式(3-6)是顆粒正向滑動的條件,從式中可見;當離心機的篩籃半徑(因顆粒的回轉半徑與篩籃半徑的大小有關)和轉速一定時,若增加振幅或頻率(即越大),則物料正向滑動的條件越好。在篩籃從運動的中心位置向前運動中,產生正向滑動的時間越早,滑動的時間相距離也越低。這樣,對增加離心機的生產能力是有利的。但如果振幅或頻率過大(即過大),則篩籃從平衡位置向后運動時,會產牛顆粒脫離篩面逆向(向上)滑功,這種逆向滑動對提高離心機的處理能力是不利的。在振動離心脫水機中,篩籃上的物料作脈動件的正向滑動也就是在篩籃往復振動一次時,停留在篩面的顆中國礦業(yè)大學2008屆本科生畢業(yè)設計目 錄1 緒論11.1煤脫水的意義11.2煤的性質與脫水效果的關系11.3煤脫水的方式21.4離心機在工業(yè)上的應用與分類21.4.1離心機的應用及其發(fā)展21.4.2、離心機的分離過程及分類31.5離心機工作原理42 方案確定62.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機62.1.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機的結構62.1.2傳統(tǒng)臥式振動離心機的主要特性參數(shù)82.1.3傳統(tǒng)臥式離心機激振器和及特點92.1.4傳統(tǒng)臥式振動離心脫水機的優(yōu)缺點92.2 VC型立式振動離心機的介紹102.3設計方案的確定103 各種工藝參數(shù)對離心機工作的影響123.1顆粒在篩籃上的受力分析123.2篩籃的半徑和篩面傾角的影響153.3篩籃轉速的影響153.4振幅和頻率的影響164 離心機運動學和動力學分析174.1物料的運動學分析174.1.1物料的受力分析及運動方程式174.1.2濾渣停留時間的計算194.2振動系統(tǒng)動力學分析234.2.1自同步原理234.2.2振幅分析275 VVC離心機結構分析及其設計315.1 VVC離心機的總體分析315.1.1 VVC離心機的總體結構分析315.1.2 VVC離心機的質量325.2篩籃結構分析及設計325.2.1篩籃的結構分析325.2.2篩籃主要結構參數(shù)的確定335.2.3離心機篩籃表面積、離心因數(shù)、濾渣層平均高度的計算375.3傳動系統(tǒng)及其支承裝置的設計395.3.1傳動系統(tǒng)及其支承裝置的總體結構設計395.3.2回轉電機的選型405.3.3 V帶傳動的設計415.4 激振器的設計425.4.1等效參振質量的計算425.4.2振動電機的選型435.4.3偏心塊的設計455.4.4軸承的選擇計算495.4.5軸的設計及校核495.5主軸的設計及校核555.6碟形彈簧的設計605.6.1碟形彈簧的介紹605.6.2碟形彈簧的設計625.7主軸軸承的校核645.8橡膠彈簧的設計645.8.1支承橡膠彈簧655.8.2減振橡膠彈簧675.8.3定位橡膠彈簧685.9鍵的校核696 VVC離心機設計思考與展望726.1對設計中帶傳動的思考726.2對設計中振動部分的思考726.3對設計中篩籃的思考736.3.1傳統(tǒng)篩籃結構的不足736.3.2新型篩籃的特點和工藝措施74結論76參考文獻77翻譯78英文原文78中文譯文:83致謝87 中國礦業(yè)大學2008屆本科生畢業(yè)設計 第89頁1 緒論1.1煤脫水的意義煤的水分是指單位質量的煤中水的含量。煤的水分有內在水分和外在水分兩種。外在水分足指在開采、運輸、洗選過程中附著在煤顆粒表面和裂縫中的水;內在水分是指吸附或凝聚在煤顆粒內部毛細幾中的水。外在水分可以借助機械方法脫除;內在水分只有熱力干燥才能脫出。煤的水分是評價煤炭經濟價值的基本指標。煤的內在水分與煤的煤化程度和內部表面積有關,一般來說變質程度超低,煤的內部表面積越大,水分含量越高,經濟價值越低。煤的水分對其貯存、運輸、加工和利用均有影響。在貯存時,水分能加速煤的風化、碎裂、白燃;在運輸中,會增加運輸量,加大運費并會增加裝斗、卸車的困難。在西北、東北、華北等寒冷地區(qū),水分大的煤在長途運輸中會凍結,給卸車造成極大困難。煤的水分在燃燒時要消耗一定的熱量,在煉焦時要延長結焦時間,而且影響焦爐的壽命。脫水和干燥是固體和液體分離的過程。絕大多數(shù)選煤廠分選過程是在水中進行的,因而選煤產品在出廠前需進行脫水。以滿足用戶和運輸要求,現(xiàn)行產品目錄規(guī)定精煤水分一般不超過1213,個別用戶煤、出口煤和高寒地區(qū)濕煤冬運要求精煤水分在89以下。水是煤中的雜質,不僅對用戶使用和冬季運輸帶來困難,而且降低貨運量和浪費運輸能力,增加運費。因此,選煤廠的出廠產品必須盡量降低水分。1.2煤的性質與脫水效果的關系(1)孔隙度一般把物料中孔隙部分與總容積之比值叫做孔隙度。物料間孔隙愈大,積存水量愈多,但毛細管作用較弱,脫水較容易??紫队?,毛細管作用愈強,脫水愈困難。(2)比表面積比表面積用單位質量物料所具有的總表面積表示。顯然物料的比表面積愈大,表面吸附水愈多,脫水愈因難。(3)潤濕性物料表面硫水性愈強,物料與水的相互作用愈弱,脫水愈容易。(4)細泥含量物料中細泥充填刁:物料扎隙間或吸附于物料表面上增加了毛細管仍:用力、物料的比表面積和吸水強度會使物料脫水因難。(5)粒度組成物料的粒度組成決定物料的間隙,進而影響到含水多少和脫水難易,顆粒越大,脫水越難。毛細管和比表面積愈大脫水越易。1.3煤脫水的方式脫水方法可大致分為重力脫水、離心脫水、過濾脫水、壓濾脫水。用離心力來分離固體和液體的過程稱為離心脫水。離心脫水可以采用兩種不同的原理:離心過濾和離心沉降。離心過濾是把所處理的含水物料加在旋轉的錐形篩面上,由于離心力的作用,團體緊貼在篩面上隨轉子旋轉,液體則通過物料間隙和篩縫甩出。離心沉降是把煤泥水加在筒形(或鏈形)轉子中,由于離心力的作用,團體在液體中沉降,沉陷后的物料進一步受到離心力的擠壓擠出其中水分過濾式主要用于較粗顆粒物料的脫水,如末煤和粗煤泥的脫水;沉降式主要用于細顆粒物料的脫水,如尾煤和細煤泥的脫水。也有兩種兼有的離心沉降過濾、多用于浮選產品的脫水或煤泥回收。1.4離心機在工業(yè)上的應用與分類1.4.1離心機的應用及其發(fā)展在現(xiàn)代工業(yè)中,固液系統(tǒng)(包括懸浮液和乳濁液)分離的目的是:(1)回收有價值的固相,排掉液相;(2)回收液相,排掉固相;(3)固、液兩相都回收;(4)固、液兩相都排掉(如污泥脫水)。達到固-液分離的主要操作方法有重力沉降、過濾和離心分離。利用離心力來達到固-液、液-液、以及液-液-固分離的方法通稱為離心分離。實現(xiàn)離心分離操作的機械稱為離心機。離心機和其它分離機械相比,不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相,而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動強度、改善勞動條件,并且具有連續(xù)運轉、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點。因此自1836年第一臺工業(yè)用三足式離心機在德國問世,迄今近兩百年以來已獲得很大發(fā)展。各種類型的離心機品種繁多,各有特色,正在向提高技術參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展,且組合轉鼓結構增多,專用機種越來越多?,F(xiàn)在離心機已廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個領域。例如濕法采煤中粉煤的回收,石油鉆井泥漿的回收,放射性元素的濃縮,三廢治理中的污泥脫水,各種石油化工產品的制造,各種抗菌素、淀粉及農藥的制造,牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動物油、米糠油等食品的制造,織品、纖維脫水及合成纖維的制造,各種潤滑油、燃料油的提純等都使用離心機。離心機已成為國民經濟各個部門廣泛應用的一種通用機械。離心機基本上屬于后處理設備,主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級等工藝過程,它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應發(fā)展起來的。例如18世紀產業(yè)革命后,隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展,1836年出現(xiàn)了棉布脫水機。1877年為了適應乳酪加工工業(yè)的需要,發(fā)明了用于分離牛奶的分離機。進入20世紀之后,隨著石油綜合利用的發(fā)展,要求把水、固體雜質、焦油狀物料等除去,以便使重油當做燃料油使用,50年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離機,到60年代發(fā)展成完善的系列產品。隨著近代環(huán)境保護、三廢治理發(fā)展的需要,對于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高,因此促使臥室螺旋卸料沉降離心機、碟式分離機和三足式下部卸料沉降離心機的進一步發(fā)展,特別是臥室螺旋卸料沉降離心機的發(fā)展尤為迅速。 離心機的結構、品種及其應用等方面發(fā)展很迅速,但其理論研究落后于實踐是個長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識,主要還是用來說明試驗的結果,而在預測機器的性能、選型以及設計計算,往往仍然要憑借經驗或試驗。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于離心分離過程的多樣性和復雜性,例如懸浮液的物理性能和濃縮非常容易變化,沉降速度、滲透率、孔隙率以及若干其它參變數(shù),都隨著懸浮液的物理性質的改變而改變。特別是由于固體顆粒的大小、形狀和運動的雜亂狀態(tài)所帶來的數(shù)學問題,在目前尚無法解決,給研究這一過程的理論帶來了很大的困難。其次,要能真正了解液體與固體顆粒在離心力場中運動的真相,而又不干擾或破壞這些運動,這就需要用科學的觀察和測試手段,也許正是因為這種緣故,使離心分離理論的研究受到了一定的影響。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,固-液分離技術越來越受到重視,離心理論研究遲緩落后的局面也正在積極扭轉。離心機是固液分離技術的主要設備之一,其發(fā)展前途大有可為。1.4.2、離心機的分離過程及分類離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程離心過濾和離心沉降。而與其相應的機種可區(qū)分為過濾式離心機和沉降式離心機。離心過濾過程從廣義的概念上來說,可以理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個步驟。如果就狹義的概念而言,可分為兩個物理階段:生成濾渣和壓緊濾渣。第一個階段與普通過濾在原則上是相近似的,但其推動力不同;而第二階段與普通過濾的規(guī)律根本不同。離心沉降過程也可分為兩個物理階段:固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。前者遵從固體在流體中相對運動的規(guī)律,而后者則遵從土壤力學的基本規(guī)律。離心沉降過程本身又可分為離心沉降和離心分離。一般情況下,離心沉降過程是指含有中等及大量固體顆粒的懸浮液的工藝分離過程。對于容積濃度不超過5%的低濃度懸浮液的分離,習慣上稱為離心澄清過程。當離心沉降過程用于分離兩種重度不同,而又互不相溶的液體所形成的乳濁液時(包括含微量固體顆粒的乳濁液,即液液固),稱為離心分離過程。這種名稱上的區(qū)別以及濃度的界限是相對的和人為的,實質上懸浮液或乳濁液中固體顆粒沉降過程的運動學和動力學規(guī)律是一樣的。這里必須強調指出,分離過程的描述僅僅是整個離心分離作用機理的一部分。在離心過濾和離心沉降分離固體顆粒的過程中都具有“壓縮”現(xiàn)象,這一現(xiàn)象很值得重視。在離心過濾過程中,這種壓縮效應使濾渣孔隙縮減,變得不易滲透,從而阻礙了脫水;在離心沉降過程中,這種壓縮效應減小了沉渣的孔隙,反而有助于降低沉渣的含濕量。離心機的分類方法很多,可按分離原理、操作目的、操作方法、結構形式、分離因素、卸料方式等分類。1.5離心機工作原理離心過濾是把所處理的含水物料加在轉子的多孔篩面上,由于離心力的作用,固體在轉子篩面上形成固體沉淀物,液體則通過沉淀物和篩面的孔隙而排出。由于液體是通過物料的孔隙排出,而脫水物料的粒度組成影響著孔隙的大小,所以,脫水效果受粒度組成的影響很大。離心脫水機是利用離心力進行固液分離的,其離心力要比重力場中的重力大上百倍,甚至上千倍,通常用分離因數(shù)表示這關系,亦稱離心強度,用z表示。物料的脫水過程,由于離心力的作用而得到強化。離心力的大小影響著脫水的效果。分離因數(shù)就是表示離心機中物料所受離心力大小的一個指標。所謂分離因數(shù)是指物料所受的離心加速度和重力加速度的比值??捎孟率奖硎荆悍蛛x因數(shù)是離心機性能的一種指標。分離因數(shù)越大、物料所受的離心力越強,團體和液體分離的效果也越好。改變離心機轉筒的半徑和轉速,就能改變分離因數(shù)的大小。由于分離因數(shù)是與轉速的平力正比,所以,為了提高分離因數(shù),改變轉速的效果比改變半徑的效果要大得多。因此。在一般離心脫水中都是通過改變轉筒的回轉速來提高其分離因數(shù)的。但是。對選煤用的離心機,不適當?shù)靥岣咂浞蛛x因數(shù),會引起不利的影響。離心力提高更容易把煤粒破碎,從而增加煤在濾液中的損失;而同時動力消耗也要相應地加大對設備的強度要求更高。因此,應當全面考慮這些因素來決定所采用的分離因數(shù)。在選煤廠,采用過濾原理的離心機,分離因數(shù)一般為80200,采用沉降原理的離心機,分離因數(shù)為500-1000左右。近期發(fā)展趨勢是降低離心機轉速,增加離心機的轉子半徑,使分離因數(shù)在改進,目前已趨完善。雖然機型很多,但各機型之間的主要差別是振動系統(tǒng)和激振方法不同。目前生產的振動卸料離心脫水機其分離因數(shù)一般在60一140之間,適用于013mm的物料脫水。振動卸料離心脫水機的傳動機構使篩籃方面繞軸作旋轉運動,另一方面又沿該軸作軸向振動,因此,強化了物科的離心脫水作用,并促使篩面上的物料均勻地向前移動。物料層在抖動時,還有助于清理過濾表面,防止篩面被顆粒堵塞,減輕物料對篩面的磨損。由于具有以上特點,使振動卸料離心脫水機得到了日益廣泛的應用。振動卸料離心脫水機又分臥式和立式兩種。前者有wzL1000型、WZL一1000A型、TWz一1300型等6后者有美國VC48和VC56型,國產的TZ一12型、TZ14型和LZI1000型等。2 方案確定2.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機2.1.1傳統(tǒng)的臥式振動卸料離心機的結構振動卸料離心機是指附加了軸向振動或周向振動的離心力卸料離心機,前者稱作軸向振動卸料振動離心機,后者稱作扭轉振動卸料離心機。軸向振動卸料離心機又分為立式和臥式兩種,目前多向臥式發(fā)展。(圖2-1,圖2-2)是我國生產的WZL-1000型振動離心機的結構圖,裝有篩籃的主軸通過軸承支承在慣性激振器的殼體內,后者由三個環(huán)形剪切彈簧支撐在殼體的彈簧座上。主軸由主電機經皮帶輪帶動旋轉,使主軸篩籃產生軸向振動,并由沖擊板限制其軸向位移。操作時,物料由料管加入,經旋轉的布料斗,被拋在篩籃小端的篩網上,在離心力的作用下液體通過篩網由排液口排出,其固體物料在離心力和振動力的聯(lián)合作用下,沿篩籃表面向篩籃大端移動,最后從出料口排出。離心力是由回轉電機帶動回轉系統(tǒng)旋轉而產生的,同時可以看出激振器是振動離心機的一個很重要部件,作用是產生激振力,使篩籃產生軸向振動。因此,物料在篩籃上的運動狀態(tài)不僅取決于篩籃的結構參數(shù)和轉速,而且和激振力的大小和頻率有直接的關系,目前比較成熟的離心機大多都采用的是雙振子慣性激振器,這樣只產生單向激振力。圖2-1WZL-1000振動離心機主視圖圖2-2WZL-1000振動離心機側視圖1-篩籃 2-給料管 3-主軸套 4-長板彈簧 5-機殼 6-機架 7-沖擊8-短板彈簧 9-軸承 10-偏心輪 11-激振用電動機 17-膠帶輪 18-三角膠帶圖2-1,圖2-2是WZL-1000振動離心機的雙振子激振器工作原理圖2.1.2傳統(tǒng)臥式振動離心機的主要特性參數(shù)WZL-1000振動離心機的特性參數(shù)如下:篩籃直徑5001500篩籃錐角2036 0分離因數(shù)60180振動頻率2537 Hz篩籃振幅1.510 mm處理物料直徑200 mm懸浮液濃度3040%最大固體產量400t/h2.1.3傳統(tǒng)臥式離心機激振器及特點這種離心機主軸套3上裝有一對偏心輪10,四個偏心輪的質量及偏心距相等,激振電機11經剖分式皮帶輪帶動主動軸旋轉,并借助一對齒數(shù)相同的齒輪,使從動軸作反向同步旋轉。因此,偏心質量所產的離心力,在垂直方向互相抵消,在水平方向的合力使篩籃產生軸向振動。當偏心輪轉到某一位置時,激振力在垂直和水平方向的分力為: (2-1)式中:偏心輪的總偏心質量()e偏心輪的偏心距(m)激振頻率(角頻率,弧度/s)P0激振力幅值(N)該激振器的特點是:每個偏心輪上有3個圓孔,可對稱地塞入圓柱形質量以增加偏心質量,從而調節(jié)激振力和篩籃振幅的大小。通過改變剖分式從動皮帶輪中間墊片的厚度,可改變從動皮帶輪與傳動帶的接觸輪徑,從而可調節(jié)激振頻率和調節(jié)篩籃的振幅。傳動齒輪用夾布膠木制成,可減少由于傳動沖擊而產生的噪音。2.1.4傳統(tǒng)臥式振動離心脫水機的優(yōu)缺點該臥式振動離心脫水機是利用軸向振動強化離心脫水的設備。這種軸向振動,既可以使篩面上的物料均勻地向前移動,以可使篩面上的物料層松散,促使所含的水分更易分出。同時,物料層抖動還可以防止篩縫被顆粒堵塞。改變振幅和頻率可以調節(jié)物料的移動速度,從而控制物料在離心機中的脫水時間。因而這種離心機具有生產能力高,脫水效果好,耗電少,顆粒破碎小同時易于控制的等優(yōu)點。但是該類型臥式振動離心機存在的不少問題是:如圖所示,由于其結構比較復雜,激振電機通過齒輪傳給另一軸,由于高速齒輪傳動,須采用稀油潤滑,因而需要專門的潤滑系統(tǒng)。同時由于密封等原因,極易造成漏油等現(xiàn)象,使維修工作量大。經過最近幾年的實踐證明,不僅成本較為昂貴,而且故障頻繁,維護費用高,已不能適應生產需求,有被逐漸淘汰的趨勢。2.2 VC型立式振動離心機的介紹由CMI公司生產的VC型振動離心機利用振動脫水與離心力脫水相結合對物料進行脫水。物料經溜槽進入機器的上部,在旋轉篩籃的底部均勻分布,給入的物料由耐磨板和以前被加速的物料的摩擦力緩慢加速到篩籃的表面。加速后固體物料依靠振動輸送向上到篩籃表面,當物料在篩面向上移動,離心力使液體通過篩縫流出,同時使固體物料向上運動到卸料區(qū)域。當物料短暫停留在離心機內,振動和料層松動增加了固液分離。離心液匯集于槽內,由開口處流出。固體料從篩籃的上部卸出,緩慢地保持固體料到外殼的邊上,并落到設備底部運出。已生產出VC56,VC48直徑的離心機。這種八十年代從美國引進的立式振動離心機,現(xiàn)已得到了大量的推廣,但在使用中機械故障很高,由于設計不合理,造成維修量極大。每年我國都要從國外引進近億元的離心機產品,投資大,配件供應困難,困擾著選煤行業(yè)。2.3設計方案的確定離心脫水機是選煤廠最重要的設備,也是加工精度和技術含量較高的設備。我國選煤業(yè)從50年代后期起步,用于煤泥和末煤的離心脫水機主要有立式螺旋刮刀離心機、臥式振動離心機、沉降離心機、沉降過濾離心機等。這些機器5060年代從波蘭、蘇聯(lián)、德國等國引進并國產化后,曾對我國選煤業(yè)發(fā)展,起到了巨大的作用。但由于結構落后,制造粗糙,進入90年代以后,這些離心機已經不能滿足選煤業(yè)的迅速發(fā)展,于是國家又從美國引進VC48、VC56立式離心機。這兩部離心機結構復雜,維修特別困難,淘汰呼聲很高。進入21世紀,我國又相繼從德國、韓國、澳大利亞引進離心機,這些機子價格昂貴,有些單位要國產化,但成功率不高。在充分分析和理解傳統(tǒng)振動離心機的原理、優(yōu)缺點后,本設計本著發(fā)展民族工業(yè),走自已創(chuàng)新之路的精神,在徐州大陸振動公司專利(專利2607200)的基礎上并結合其專利產品DWL-1000單振子臥式振動離心機和CMI公司生產的VC立式振動離心機,設計了此自同步雙振子立式振動離心機。本設計克服了VC48、VC56立式離心機結構復雜,維修特別困難等缺點,同時解決了DWL-1000單振子臥式振動離心機在使用中存在的問題,并參考上述傳統(tǒng)振動離心機,在設計出VVC自同步立式振動離心機(處理能力為250t/h)。該立式振動離心機,與現(xiàn)有技術相比,在結合傳統(tǒng)振動離心機生產效率高,脫水效果好,易于控制優(yōu)點的同時,簡化其結構,使其結構緊湊合理,運轉更為可靠,而且不需專門的潤滑系統(tǒng),并設計了專門的方便維修管理的通道,方便了維修,具有廣泛的實用性。該立式振動離心機是目前世界上結構最為簡單的離心機,造價也最低,最適用于浮選精煤和煤泥的脫水,可用于80mm以下的物料脫水,也可取代高頻篩做煤泥脫水用。其結構簡圖如下圖:1-減振彈簧; 2-皮帶輪; 3-支撐彈簧; 4-偏心塊; 5-軸; 6-篩籃; 7-機架圖23 VVC自同步立式離心機原理圖3 各種工藝參數(shù)對離心機工作的影響離心機的工藝參數(shù)(如篩籃傾角、振幅、頻率、回轉速度和回轉半徑等)影響物料在篩上的運動狀態(tài)而物料的運動狀態(tài)在很大程度上決定著機器的脫水效率。所以,在設計或使用離心機時,都需要適當?shù)剡x擇離心機的工藝參數(shù)。由于離心機除回轉外又加入了振動,物料在振動離心機中的運動和在一般的過濾式離心機上不一樣。要正確地解決這個問題,先要了解這些工藝參數(shù)和物料運動狀態(tài)的關系。我們研究單個顆粒在篩籃上的運動情況。3.1顆粒在篩籃上的受力分析當顆粒與篩籃一起回轉時,作用在顆粒上的力有四種,如圖3-1所示。圖3-1顆粒在篩籃上的受力分析顆粒隨篩籃回轉而產生的離心力C,其計算公式為 (3-1)式中: m顆粒的質量kg -篩籃的回轉速度rads;r一顆粒的回轉半徑,m。顆粒的重力G,其計算公式為 Gmg式中 : g重力加速度,ms。顆粒隨篩籃作軸向振動而產生的慣性力P,其計算公式為: P式中: 篩籃軸向振動的角頻率 (相當于激振偏心輪回轉的角速度),rads;A篩籃軸向振動的振幅,m;振動的相位角(即激振器偏心輪回轉的相位角),t;T偏心輪開始回轉起計算的時間,s。篩面對顆粒的摩擦力F(F的方向與顆粒的運動方向相反)。在振動離心脫水機工作時,顆粒所受的重力與所受的離心力相比是很小的,所以在分析中,可忽略不計。要使物料在篩面上能夠脫水,必須使物料與篩面保持經常的接觸。從(圖3-1)可見,顆粒與篩面保持經常接觸的條件是: (3-2)式(3-2)左邊是顆拉的離心力垂直于篩面的分力,必為篩面的傾角。由于慣性力的大小隨振動的相位角而變。當時,慣性力的垂直分力最大,如果這時候垂直于篩面的慣性力分力小于離心力垂直于篩面的分力,則在其他時間中也必能滿足式(3-2)要求的條件。將代人上式,整理后可得: (3-3)式(3-3)是保證離心機正常工作的先決條件。在振動離心脫水機工作中,不僅要使物料附在篩籃上與它一起轉動。而且,還要使物料沿篩籃作正向(向下)的滑動。顆粒作正向滑動發(fā)生在篩籃從運動的中心位置向前運動時,這時篩按向前運動的速度逐漸衰減,篩籃往后的加速度逐漸增大,附著在篩籃面上的顆粒向前的慣性力也逐漸增大,當慣性力增大到一定程度時,顆物就脫離篩面,作正向的滑動(見圖3-1),顆粒作正向滑動的條件是: 即 (3-4)式中:f顆粒與篩面的靜摩擦系數(shù)。若為靜摩擦角,則:代入4-7得: (3-5)當時,顆粒所的振動慣性力最大,這時顆粒向前滑動的極限(起碼)條件,因此,將代入,得: 或 (3-6)式中:n篩籃的軸向振動頻率(即偏心輪的回轉速度),r/min;篩籃的轉速,r/min。煤粒與篩面的靜摩擦系數(shù)是較難測定的數(shù)值,一般文獻介紹,f可取0.3-0.6,這時,靜摩擦角式(3-6)是顆粒正向滑動的條件,從式中可見;當離心機的篩籃半徑(因顆粒的回轉半徑與篩籃半徑的大小有關)和轉速一定時,若增加振幅或頻率(即越大),則物料正向滑動的條件越好。在篩籃從運動的中心位置向前運動中,產生正向滑動的時間越早,滑動的時間相距離也越低。這樣,對增加離心機的生產能力是有利的。但如果振幅或頻率過大(即過大),則篩籃從平衡位置向后運動時,會產牛顆粒脫離篩面逆向(向上)滑功,這種逆向滑動對提高離心機的處理能力是不利的。在振動離心脫水機中,篩籃上的物料作脈動件的正向滑動也就是在篩籃往復振動一次時,停留在篩面的顆粒在篩面上時而作正向滑動,時而又停留在篩面上,這樣的運動能提高離心機的脫水效果。考慮到這些要求應該有一合適的數(shù)值,這個數(shù)值的大小應比式(3-6)中的條件更大些。所以,可以在式(49)上加個大于1的系數(shù)尺K: (3-7)式中:K是大于1的系數(shù),根據(jù)經驗般K可取為1.2-1.5。利用式(3-7)表示各種參數(shù)的相互關系,確定這些參數(shù)的數(shù)值。除此以外,還可以利用這個關系來進一步分析每個參數(shù)對物料運動的影響。3.2篩籃的半徑和篩面傾角的影響顆粒在篩籃上的回轉半徑r(見圖3-1)與篩籃半徑的大小有關,也與顆粒在篩籃上所處的位置有關。由式(3-6)可知,回轉半徑越大,則顆粒產生正向滑動所需要的振幅和頻率也越大。這樣,在同一臺機器中,回轉半徑越大,顆粒走得越慢;回轉半徑越小,顆粒走得越快。因而,在篩籃中,顆粒在入料端比在排料端的滑動速度要大,而且入料端直徑與排料端直徑的差別越大,顆粒的正向滑動速度的差值也越大。由于篩籃人料端直徑和排料端直徑之比,取決于它的錐角(即二倍篩面的傾角),所以加大篩籃的錐角可以加快物料正向滑動的速度。但是,若錐角過大,會由于前后物料滑動速度差值過大而引起排料端的物料層變厚,造成物料沿篩籃長度分布不均勻,使離心機脫水效果變差。振動離心脫水機的篩面傾角一般為1013,個別的可達18。篩籃直徑(大端)為900一1500mm3.3篩籃轉速的影響篩籃轉速增加,分離因數(shù)也隨之增大,這樣,可以改善脫水效果。但是,從式(3-7)中可見:篩籃轉速加大后,為了保證物料能順利地正向滑動,振幅和頻率()也要相應地增加。工業(yè)上使用的振動離心脫水機,其篩籃的轉速約為370一440 r/min,分離因數(shù)約為100。由于振動離心脫水機結構上的限制,進一步提高現(xiàn)有離心機的振幅和頻率是有困難的,所以篩籃的轉速也就局限在上述范圍之內。3.4振幅和頻率的影響從式(3-7)中可見,振幅和頻率的增加都能加大物料的運動速度。這兩個參數(shù)可以互相配合,在相當大的范圍內變化,目前使用的振動離心脫水機,雙振幅一般為56mm,個別的也達到78mm ;頻率一般為16002200。通過改變激振器偏心塊的偏心質量可以改變激振力的大小,以達到改變振幅的目的。3.5篩籃長度的影響在式(3-7)中篩籃的長度沒有反映出來。篩籃長度決定著物料在篩而上停留的時間。目前,振動離心機的篩籃長度一般為500一700 mm,物料在篩面上停留的時間約為1s。增加篩籃長度,脫水后物料的水分會有所降低。4 離心機運動學和動力學分析4.1物料的運動學分析物料在篩網上的運動狀態(tài)直接影響離心機的分離效果的生產能力,而物料的運動又在很大程度上決定了離心機的結構參數(shù)和動力學參數(shù)。因此,為了合理地選擇這些參數(shù),必須首先分析物料的運動特性。4.1.1物料的受力分析及運動方程式振動離心機的篩籃既做勻速旋轉運動,又做軸向振動,其運動狀態(tài)可用以下兩個函數(shù)來描述: 軸向位移:轉角: (4-1)式中:A1篩籃的振幅激振頻率t 時間濾渣在運動的篩籃中滑動,其受力分析必須同時考慮篩籃的牽連運動和濾渣的相對運動。如下圖: 圖41 濾渣在篩網上的受力狀態(tài) 若在濾渣中取一質量為m的微體,其受力狀態(tài)如圖4-1所示,圖中C是濾渣微塊所產生的離心力,其方向是徑向的;P是由于振動而產生的慣性力,其方向是軸向的;Q是由于濾渣相對運動而產生產的慣性力,它沿母線方向;F為篩網壁對濾渣的摩擦力,其方向與濾渣在篩壁上的滑動方向相反;FK是由于濾渣的徑向速度而產生的斜壓力,其方向是沿篩籃的周向并與轉動方向相反。并將以上諸力分解為沿母線,法線,切線,沿垂直分量,可得到以下力的平衡方程式:沿母線方向: =0 沿切線方向: (4-2)其中: Cp=m2sin2=2msin 式中:, ,相對位移,相對速度,相對加速度。,分別表示濾渣沿切線方向的相對角位移,相對角速度,相對角加速度。篩籃對濾渣的摩擦系數(shù)。將以上諸表達式代入式(4-1),可得濾渣的運動方程式: (4-3) (4-4)式(4-3)、(4-4)分別表示物料沿母線和切線方向的運動方程式,在運用過程中,必須注意到:濾渣能否沿篩籃向前滑動,取決于是否能克服摩擦力,即只有當作用在濾渣上的慣性力大于摩擦阻力時,濾渣才能開始向前滑動,因此開始運動的條件是: (4-5)濾渣在運動過程中,當作用在它上面的慣性力小于摩擦力時,此時濾渣的滑動速度逐漸降低,直至為0,因此停止運動的條件是: (4-6) 4.1.2濾渣停留時間的計算式(2)、(3)是一個二階非線性微分方程式組,要想精確地解出函數(shù)(t), (t)是十分困難的,甚至是不可能的。 為此做必要的簡化。對濾渣運動的觀察及理論研究發(fā)現(xiàn),濾渣在篩網上的運動具有以下特性:(1)、在振動離心機中濾渣呈間斷滑動,即在一個振動循環(huán)中濾渣沿篩網的正向滑動(向篩籃大端運動)是由靜止滑動靜止三個階段組成。(2)在常用的幾何參數(shù)和操作條件下,濾渣在周向的滑動的距離小于沿母線方向滑動距離的15%。根據(jù)以上情況,可忽略運動方程中的周向角位移量,即=0,并將(2)簡化改寫成以下形式。 (4-7)其中 (4-8)式中:表示濾渣位置(沿母線或徑向的無因次數(shù))K 無因次參數(shù)R 濾渣的回轉半徑濾渣對篩網的摩擦角,濾渣滑動時的相位角, 分別表示濾渣開始滑動和停止滑動時的相位角。同樣根據(jù)式(4-5)、(4-6),可確定(4-7)式的初始條件終止條件:式(4-7)表示在一個振動循環(huán)中濾渣的運動方程式,由于引進了無因次數(shù)而大為簡化。包括篩籃的半徑r,角速度,半錐角,篩籃振幅A1,激振頻率和摩擦角。等六個參數(shù)。將濾渣所受的離心力,振動慣性力,摩擦力有機地聯(lián)系起來。若將式(4-7)直接積分可得到: (4-8)由式(4-8)可得到 (4-9)c表示在一個振動循環(huán)中的積分平均值,由于在一個振動循環(huán)中變化很小,其變化量與相比是一個很小的微量,因此可近似的認為是一個常數(shù)。即:=o=c或 (4-10)若將式(4-9)右邊第一項分別乘以和除以Sino,并利用(10)進行數(shù)學演算,由此可得到: (4-11)式中:將式(4-11)代入式(4-9)中,并將積分中的提出,進行積分,最后得到: (4-12) 同樣若將式(4-9)中的右邊第一項分別乘以和附以cos,并利用式(4-10)進行數(shù)學演算,可得到: (4-13)由式(4-11)、(4-13)得到: (4-14)由(4-14)可看出,的變化范圍是01。解方程組(4-12)、(4-14)消去2及其函數(shù)值,最后得到:k22(1-)-2(1-)+ ( 1-)2 (4-15)式(4-15)是一個無因次方程式,它表示濾渣在一個振動循環(huán)中的滑動距離與所在位置的關系,即當0、A1、j等參數(shù)一定時,隨著濾渣向前滑動,其回轉半徑r不斷增大,也增大,而濾渣在一個振動循環(huán)中滑動距離將減小。因此在振動離心機中,濾渣除呈間斷滑動外,其滑動速度將逐漸減小,在篩籃小端最大,在篩籃大端最小。根據(jù)式(4-15)可求出濾渣在篩籃中的停留時間T。因為濾渣在篩籃中要經過很多個振動循環(huán)。因此濾渣的無因次滑動速度可近似表示為: (4-16)假設濾渣在篩籃中滑動時,其摩擦系數(shù)變化不大,即k2近似等于一個常數(shù)。將式(15)代入式(16)進行積分,最后得到濾渣停留時間的計算公式: (4-17)其中: (4-18)式中:表示篩籃小端的值。表示篩籃大端的值。表示篩籃的小端半徑。表示篩籃的大端半徑。無因次參數(shù)。當離心機的參數(shù),動力學參數(shù)及物料的摩擦系數(shù)確定后,可用式(4-17)計算物料的停留時間,相反,若根據(jù)工藝要求已確定停留時間,則可計算離心機的動力學參數(shù)。4.2振動系統(tǒng)動力學分析4.2.1自同步原理雙電動機拖動的雙軸振動離心機,其激振器的雙軸分別由兩個異步電動機拖動,其間并無強迫聯(lián)系。兩軸的同步完全依靠力學關系來保證。下面是以簡單的物理概念對雙拖動的雙軸振動離心機反向同步旋轉實現(xiàn)自同步的原理進行介紹。圖42 雙軸振動離心機振動原理要使雙軸振動離心機做軸向直線振動,兩組不平衡重必須嚴格按圖4-2中所示的反向而同步旋轉,但是,雙電動機傳動的結構往往由于啟動等原因,使兩組不平衡重的相對位置并不像圖4-2所要求的那樣。如果不平衡重2落后于不平衡重1一個相位角,這時兩者所產生的離心力將不能按圖4-2的要求進行迭加和抵消,而產生了一個不平衡力,使整個主振部分在支承彈簧上產生移動和擺動。但是,恰恰由于這一移動和擺動又使兩個偏心軸能互相自動追隨而達到反向同步旋轉。圖43 雙電機拖動雙軸振動部分簡化圖圖4-3是雙電機拖動雙軸振動離心機振動部分的簡化圖。兩組不平衡重的質量集中在和點上,分別以半徑和繞和旋轉。整個主振部分的質量集中在m點,并支承在和兩組彈簧上。取直角坐標x軸通過和。假設由于某種原因,不平衡重落后于一個相位角,即的離心力與y軸的夾角為,而的離心力與y軸的夾角為,并且,。由于 =、=、,所以 =;因為 ,故 ,其中 、分別為及在y軸上的投影,、分別為及在x軸上的投影。令 -=; -=而與合成于點,其向量為: +=即為實現(xiàn)使兩個不平衡重互相追隨直至達到同步正常旋轉的力。根據(jù)力的平移原理,將圖4-3中作用與點的力移至主振部分的重心m處。也就是說,在m點加兩個大小等于、方向互相相反的力,這時,整個系統(tǒng)(不包括兩不平衡重可以抵消和迭加的那部分)可視為作用于m點的一個力和一個力偶,它們被支承彈簧的反力所平衡。主振部分重心m在力和力偶的作用下,克服支承彈簧反力而沿著受力的方向使整個主振部分發(fā)生移動和繞m點擺動。兩不平衡重的旋轉中心和也將隨著主振部分的移動和擺動移至和。而處于在空間旋轉狀態(tài)的不平衡重質量和,卻因為慣性作用將盡量保持其原有位置而繞和旋轉,其離心力為和。、與y軸的夾角分別為和。在中,為該三角形的外角,因此 =(因) (4-19)故 同樣 為的外角;則 (因) (4-20)故 令 (4-21) 。 (4-22)將公式4-19和4-20代入公式4-22,得: 根據(jù)上式,不難看出: 即兩個不平衡重的相位差在力的作用下由減小到。用同樣的道理可以證明:兩個偏心軸再經過多次的旋轉,將使其相位角差越來越小,直至為零,即重新實現(xiàn)了反向同步旋轉。從上面的分析可以看到,雙電機拖動的雙軸振動離心機所以能夠實現(xiàn)同步旋轉,關鍵在于兩組不平衡重自動調整。但是,如果雙軸的摩擦阻力相差過大,自動追隨同步就可能不能實現(xiàn)。為了使雙軸能同步運轉,所用的異步電動機型號盡可能一致,且最好是同一廠家制造;激振器兩根主軸必須轉到靈活,其阻力盡可能一致。4.2.2振幅分析參照機構運動簡圖(圖41)建立圖(44)的力學模型。圖4-4振動系統(tǒng)的力學模型可以看出為雙振子2自由度。 以力學模型圖(44)為依據(jù),按照達朗貝爾原理,可以建立機體的振動方程。從圖可以看出,作用在振動質體上的力包括機體慣性力、阻尼力、彈性力和激振力。在振動的每一瞬時,這些力的和應為零。同樣作用在振動質體和上的力包括機體慣性力、阻尼力、彈性力和激振力。在振動的每一瞬時,這些力的和也應為零。換句話說,振動系統(tǒng)中作用于質量以及+上的所有力應互成平衡。由于是雙振子,且它們的設計相同,只是旋轉的方向相反,所以它們在水平方向的力相互抵消,只有豎直方向有振動。故可列出振動方程:設的位移為,的位移為所以的系統(tǒng)在豎直方向的振動方程為 (4-23)式中:振動機體的計算質量 振動機體的實際質量物料結合系數(shù);(=0.150.2)工作面上物料的質量等效阻力系數(shù);(0.20.3)支承橡膠彈簧的剛度;減振橡膠彈簧的剛度:偏心塊質量;振動質量包括篩籃、主軸、皮帶輪、軸承、主軸套等振動質量包括機架、傳動電機、底座偏心塊在豎直方向的相對運動慣性力,方向上的加速度,速度,位移偏心塊相對于回轉軸線的慣性力用下式表示:= (4-24)式中:偏心塊回轉速度偏心塊的偏心距將式4-24代入式4-23得離心機振動機體的振動方程為: (4-25)由于阻尼力的存在,自由振動在機器工作過程中將會消失。因此下面僅研究振動機械的強迫振動:當振動機械正常工作時,機體在豎直方向的位移應有如下形式: (4-26)將式(4-22)代入上式,并將sint展開為sint=sin(t-+)=sin()cos()+cos()sin()-sin()+cos()+sin()=2 sin()cos()+cos()sin() (4-27)要使上式恒等,必須有和的系數(shù)相等即 -=2cos()=2 sin() (4-28)從而可以得出 =-=arctan=arctan (4-29)其中為機體豎直方向的計算質量:而通常在之間,所以=1Y方向的振幅可以表示為 = (4-30)5 VVC離心機結構分析及其設計5.1 VVC離心機的總體分析5.1.1 VVC離心機的總體結構分析VVC離心機在充分滿足設計要求的同時實現(xiàn)了結構緊湊,與同類機械相比,其尺寸小,重量輕,并設計了人性化的安裝及維護通道,方便工作人員進出,易于維修。其總體結構如下圖:圖51 VVC自同步立式振動離心機結構1、減振彈簧 2、機架 3、支承彈簧 4、出料槽 5、激振器 6、出水槽 7、回轉系統(tǒng)8、定位裝置 9、篩籃 10、進料裝置 11、回轉電機 12、V型皮帶VVC離心機是由回轉電機通過帶傳動一次減速后直接帶動回轉系統(tǒng)旋轉,從而使篩籃旋轉,由于離心力的作用,將使物料往外甩,此時水分經過篩籃中篩網的縫隙被甩出,經由出水槽6流出。另一方面,由激振電機經聯(lián)軸器直接帶動激振器上的偏心塊旋轉,產生激振力,由于在水平方向對稱布置了兩個激振器,故偏心塊在水平方向的偏心力相互抵消,只有豎直方向有力,從而通過回轉系統(tǒng)帶動篩籃上下振動,使物料向上移動,在篩籃最上端被甩出,進入出料槽4流出。由此實現(xiàn)了物料中水分的脫離。減振彈簧1支承整個離心機的重量,并減弱機器工作時機架的振動。機架經支承彈簧支承參振部分的重量,保證參振部分的振動。定位裝置,通過橡膠彈簧的作用,在水平方向固定回轉系統(tǒng),使其不因皮帶壓軸而偏斜或移動,保證回轉可靠。5.1.2 VVC離心機的質量根據(jù)離心機的結構總圖可初步估算離心機各零部件大概質量,其各主要零部件的質量如下:1、篩籃、篩網、篩座 1502、主軸軸承(29422E) 13.5*2=273、主軸 774、激振器 162*2=3245、筒狀箱體 3706、輪轂 187、大帶輪 638、小帶輪 409、機架 250010、蓋板 24111、進料裝置 21212、回轉電機 5013、激振電機 50*2=10014、聯(lián)軸器 20*2=40 (和為4212)再考慮其它一些小零件,可初估該離心機的質量約為4500,參振質量約為1100。5.2篩籃結構分析及設計5.2.1篩籃的結構分析篩籃的結構如下:1豎直篩條2水平篩條3大法蘭4墊片5小法蘭 (a) 篩網 篩座 (b) (c) 圖5-2篩籃結構篩籃是振動離心機的主要工作部件,它分為焊接式和金屬絲纏繞式兩種,國內多采用焊接式篩籃,它由篩網、篩框和篩座幾大部分組成,其結構如圖(5-1)所示篩框由豎直篩條1,水平篩條2,大法蘭3,小法蘭5等等構件焊接而成,其材料都是不銹鋼。其焊接過程是:用接觸焊機將構件制成肩形篩板,然后壓成弧形,并在專用胎具上拼焊而成。為了減小物料軸向運動摩擦,篩條1沿錐體軸線排列,篩座是鑄鋼件在它上面設有布料器,用來加速物料,使物料以接近篩籃的速度均勻落入篩網上。篩網是將鋼絲橫豎焊接成籃狀后直接裝入篩框的,其篩縫為1mm。將篩框裝在篩座上,再將篩網放如篩框即可組成完整的篩籃。焊接式篩籃的特點是重量比較輕,它僅是金屬絲纏繞式的1/3。5.2.2篩籃主要結構參數(shù)的確定篩籃的參數(shù)直接影響到整個離心機的脫水時間和產品的質量。在本設計中,篩籃的設計參照了VC56立式振動離心機的篩籃的有關尺寸。VC56的技術參數(shù)處理能力: 165295噸/小時入料粒度: 0.5-75mm篩籃大端值: D=1500篩籃半錐角: =篩籃高度: H=781mm主軸轉速: =260-300r/min激振器轉速: =1460r/min主振部件振幅:4-6mm(雙振幅)主軸: =31.4rad/s激振主軸: 167.55rad/s摩擦角: =arctg0.25=14.03籃大端半徑: =750mm篩籃小端半徑: =750-800tg=565.3mm將上述參數(shù)代入式4-18得 (5-1) (5-2)將式(5-1)和(5-2)代入式(4-17) 2.72s根據(jù)本次設計的要求,處理能力比VC56稍小。考慮到成本問題激振器中的軸承采用油脂潤滑,因而激振頻率不能太高,現(xiàn)只取1440 r/min。因而需要對篩籃其它進行修改。1、直徑D離心機的生產能力與篩籃直徑有很大關系,直徑愈大,生產能力愈高,對于振動離心機來說,由于受到振動強度的限制,分離因數(shù)2r/g較小,因此可以增大篩籃直徑,以提高產量,目前,最大的是德國生產的HSL1500型振動離心機,篩籃最大直徑為1500mm,生產能力為400t/h。鑒于此篩籃的最大直徑取1500mm2、半錐角 在振動離心機中,篩籃錐角的大小直接影響物料在篩網上的運動狀態(tài)和物料在篩籃上的停留時間,一般小于物料與對篩網的摩擦角。物料是在離心力和振動慣性力作用下作正向滑動的。其滑動速度不僅與有關,而且與物料所在位置的回轉半徑有關。回轉半徑愈大,滑動速度愈小,回轉半徑愈小,滑動速度愈大。因此,在篩籃中物料在入料端比在排料端滑動速度要大。隨著的增大,篩籃入料端與排料直徑差別愈大,物料滑動速度的差值也愈大,因此,加大錐角可以增大物料的正向滑動速度,但是錐角過大,會引起排料端的物料層變厚,使物料沿篩籃長度方向分布不均勻,使離心機脫水效果變壞。所以不能改變,仍取3、篩籃的長度H篩籃的長度決定了物料的停留時間,增加篩籃長度,可增加物料的停留時間,降低產品含水量。但是在一定的情況下,長度愈大,篩籃兩端直徑的差別愈大,物料在兩端的滑動速度的差值也愈大,物料沿長度的分布愈不均勻,從而使離心機脫水效果變壞。一般煤用脫水振動離心機,其篩籃長度為500680mm,所以將篩籃的長度略作修改,H取770mm4、篩籃的振動幅度篩籃的振動幅度對物料的脫水時間影響較大,且振動幅度的調整受制于整個激振系統(tǒng)的質量和結構。在本設計中振幅取3.0mm最終確定篩籃的參數(shù)如下篩籃大端直徑: D=1500篩籃半錐角: =篩籃高度: H=770mm主軸轉速: =280r/min激振器轉速: =1440r/min摩擦系數(shù): f=0.25主振部件振幅取最大:A=3.0mm主軸: =31.4rad/s激振主軸: 150.8rad/s摩擦角: =arctg0.25=14.03籃大端半徑: =750mm篩籃小端半徑:=750-800tg=565.3mm將上述參數(shù)代入式(4-18)和式(4-17)T=2.70s與同類產品比較,可見此脫水時間是滿足實際要求的,
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