畢業(yè)設計(論文)---磨料水射流切割機系統(tǒng)設計

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p>　　題目：磨料水射流切割機系統(tǒng)設計</p><p>　　系 別： 機電信息系 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　班 級： </p>

2、;<p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　2011年06月</b></p><p>　

3、　磨料水射流切割機系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　磨料水射流切割技術是近年來迅速發(fā)展起來的新型射流技術。 但磨料水射流切割目前也存在一些問題，為了提高其生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本以及避免產(chǎn)生事故，本文對磨料水射切割機整體系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)和防護系統(tǒng)進行了設計。核心是對過濾系統(tǒng)的設計。首先，在整體系統(tǒng)設計中，通過對磨料引入方式的不同的

4、分析，采用前混合式設計方案。其次，對過濾系統(tǒng)的設計中，為達到在有限的容積內完成磨料的均勻，噴射、回收、分離，采用臥式螺旋離心機。本文對臥式螺旋離心機進行了詳細的設計。</p><p>　　關鍵詞：磨料；水射流; 過濾系統(tǒng)</p><p>　　Abrasive Water Jet Cutting Machine System</p><p><b>　　Ab

5、stract</b></p><p>　　Abrasive water jet cutting technology is developing rapidly in recent years, the new jet technology.But the abrasive water jet cutting is also some problems, in order to increase th

6、eir production efficiency, reduce production costs and avoid the accident, the paper abrasive water-jet cutting machine as a whole system, filtration system design.First, in the overall system design, through the introdu

7、ction of abrasive different analytical methods, the use of the former hybrid design.Secondly, the d</p><p>　　Key Words:Abrasive; water jet; filtration system</p><p><b>　　目 錄</b><

8、/p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1磨料水射流切割概況1</p><p><b>　　1.2課題背景1</b></p><p><b>　　1.3研究意義2</b></p><p>　　1.4本文主要研究工作2

9、</p><p>　　2 磨料水射流切割機系統(tǒng)設計方案確定3</p><p>　　2.1 磨料水射流切割原理3</p><p>　　2.2 磨料水射流切割機系統(tǒng)設計方案確定4 </p><p>　　3 磨料水射流切割機整體系統(tǒng)設計 6</p><p>　　3.1設計原理和要求

10、6</p><p>　　3.2主要技術參數(shù)的確定7</p><p>　　3.2.1泵組工作參數(shù)7</p><p>　　3.2.2水射流反力確定7</p><p>　　3.2.3磨料罐容積的計算（磨料采用鋼砂）8</p><p>　　3.2.4高壓管路的確定8</p><p>　　4 防

11、護系統(tǒng)的設計10</p><p>　　4.1防護罩的設計原則10</p><p>　　4.2防護罩的種類與選用10</p><p>　　4.3設計參數(shù)的確定10</p><p>　　5循環(huán)過濾系統(tǒng)的設計10</p><p>　　5.1離心分離的基本原理10</p><p>　　5.2

12、 離心分離的分類10</p><p>　　5.3離心過濾設備的選用10</p><p>　　5.4臥式螺旋卸料沉降離心機的生產(chǎn)能力計算10</p><p>　　5.4.1生產(chǎn)能力概述10</p><p>　　5.4.2生產(chǎn)能力計算10</p><p>　　5.5臥式螺旋卸料沉降離心機的功率計算與電機選擇10

13、</p><p>　　5.5.1 功率計算10</p><p>　　5.5.2 電機選擇10</p><p>　　5.6V帶設計計算10</p><p>　　5.6.1 帶動轉鼓的V帶設計計算</p><p>　　5.6.2帶動螺旋輸送器的V帶設計計算10</p><p>　　5.7轉

14、鼓壁厚度校核10</p><p>　　5.8擺線針輪差速器設計計算10</p><p>　　5.8.1擺線針輪差速器概述11</p><p>　　5.8.2擺線針輪行星差速器參數(shù)的確定10</p><p><b>　　6結論11</b></p><p><b>　　61總結1

15、1</b></p><p><b>　　6.2體會11</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　致 謝13</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明14</p><p>

16、　　畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明15</p><p><b>　　附錄116</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 磨料水射流切割概況</p><p>　　磨料水射流技術是近年來迅速發(fā)展起來的新型射流技術。磨料水射流【1】是在高速連續(xù)水射流中加入磨料顆

17、粒形成的高能磨料射流束對材料具有極強的沖蝕和磨削作用,而不改變材料的力學、物理和化學性能，它具有良好的切割、磨削、沖蝕、粉碎功能，并且在加工時不產(chǎn)生熱應力，與傳統(tǒng)的機械加工方法相比具有無可比擬的優(yōu)越性。它可應用在許多行業(yè)，如：機械設備和金屬構件表面低層處理和清洗，金屬材料、非金屬材料和復合材料的切割等廣闊的領域。近年來在材料的切割、銑削和車削等加工中應用日趨成熟。</p><p><b>　　1.2課題

18、背景 </b></p><p>　　本課題來源于精密加工研究所所承擔的省教育廳研究項目，編號為09JK499“基于人工智能的磨料水射流切割機的工藝參數(shù)優(yōu)化和研究方法”。該項目主要研究磨料參數(shù)(材料、形狀、流量和粒度)和磨料動能大小對切割能力的影響，工件材料性能、射流系統(tǒng)參數(shù)(磨料參數(shù)、射流壓力、混合腔、水噴嘴及磨料噴嘴參數(shù))和機械系統(tǒng)參數(shù)(切割角度、速度、靶距、執(zhí)行機構精度)對切割效果的影響。本課題是

19、該項目內容的一部分，主要為該項目的研究提供實驗裝備設計。</p><p><b>　　1.3研究意義</b></p><p>　　磨料水射流【1】是在高速連續(xù)水射流中加入磨料顆粒形成的高能磨料射流束對材料具有極強的沖蝕和磨削作用,而不改變材料的力學、物理和化學性能，近年來在材料的切割、銑削和車削等加工中應用日趨成熟。磨料射流的引入大大提高了液體射流的作用效果，使得射流

20、在較低壓力下即可進行除銹、清砂以及切割作業(yè)；或者在同等壓力下，極大地增加作業(yè)速度或效率。磨料水射流切割機是通過固液兩相高速射流束對被加工材料的研磨、刮削、沖蝕和擠壓等作用完成材料加工。磨料水射流切割機工作原理【2】是：普通水經(jīng)過高壓泵，將水壓增至幾十至幾百MPa，在噴頭與磨料(如石英砂、金剛砂、石榴石、碳化硅等)混合后，經(jīng)通過特殊設計的、孔徑極小的砂噴管小孔射出一能量集中的，幾百m／s的高速磨料水射流，當射流能量大于被切割工件強度時，通

21、過沖擊、剪切破壞和氣蝕作用來分割工件，達到切斷工件的目的，而不會改變材料的物理和化學性能。</p><p>　　1.4本文主要研究工作</p><p>　　磨料水射流切割機設計包括整體系統(tǒng)設計、過濾循環(huán)系統(tǒng)設計和防護裝置的設計。</p><p>　　磨料水射流切割機的系統(tǒng)的整體結構如圖一：</p><p>　　數(shù)據(jù)庫訪問接口實現(xiàn)程序與手機數(shù)據(jù)

22、庫的連接。</p><p>　　過濾循環(huán)系統(tǒng)的設計是系統(tǒng)設計的核心部分。循環(huán)系統(tǒng)可以在有限的容積內完成磨料的均勻，噴射、回收、分離。整套裝置具有占地面積小，結構緊湊，供料均勻，磨料自動循環(huán)的優(yōu)點。過濾裝置能夠防止固體顆粒等雜質進入而引起密封的損壞或噴嘴的堵塞。</p><p>　　防護系統(tǒng)設計的作用防止高壓水射流作業(yè)潛在的危險性和傷害性，大大減少事故隱患或事故損失。</p>

23、<p>　　2 磨料水射流切割機系統(tǒng)設計方案確定</p><p>　　2.1 磨料水射流切割原理</p><p>　　磨料水射流切割機工作原理【4】是：普通水經(jīng)過高壓泵，將水壓增至幾十至幾百MPa，在噴頭與磨料(如石英砂、金剛砂、石榴石、碳化硅等)混合后，經(jīng)通過特殊設計的、孔徑極小的砂噴管小孔射出一能量集中的，幾百m／s的高速磨料水射流，當射流能量大于被切割工件強度時，通過沖擊、

24、剪切破壞和氣蝕作用來分割工件，達到切斷工件的目的，而不會改變材料的物理和化學性能。超高壓力磨料水射流切割機工作原理示意圖見圖2：</p><p>　　圖2超高壓力磨料水射流切割機工作原理示意圖</p><p>　　2.2磨料水射流切割機系統(tǒng)設計方案確定</p><p>　　磨料水射流切割機的整體系統(tǒng)設計按磨料是引入方式分為：（1）前混合式；（2）后混合式；（3）外部

25、混合式；（4）磨料層【5】。外部混合式為獨立的磨料流與液體射流在到達工作表面之前交叉混合。這種方式多用于清洗作業(yè)。磨料層方法是將磨料鋪于工件表面。由于效率低，實際中幾乎不使用。前混合方式與外部混合方式相比，由于改變了磨料與水的混合機理，改善了混合效果，使磨料進入水射流核心部分，在噴嘴出口處具有很大的速度，獲得較高的能量，因而提高了磨料的切割性能，射流的質量明顯優(yōu)于后者。與此同時，設備的可靠性、安全性也得到提高，設備壽命也進一步延長。理論

26、上已證明了前混合射流比后混合射流具有較高的能量傳輸效率和較大的磨料顆粒速度。大量試驗表明：用前混合式磨料射流進行切割，所需工作壓力約為后混合式磨料射流工作壓力的1／7～l／10【6】。所以，整體設計選用前混合式設計方案。</p><p>　　在循環(huán)過濾裝置的設計中，設計方案有以下兩種：</p><p>　　（1）循環(huán)過濾器：利用濾網(wǎng)直接攔截水中的雜質，去除水體懸浮物、顆粒物，降低濁度，減少

27、系統(tǒng)污垢、銹蝕等產(chǎn)生,以凈化水質循環(huán)水再利用，水由進水口進入自清洗過濾器機體，由于智能化（PLC、PAC）設計，系統(tǒng)可自動識別雜質沉積程度，給排污閥信號自動排污。</p><p>　?。?）離心過濾：以離心力作為推動力，在具有過濾介質(如濾網(wǎng)、濾布)的有孔轉鼓中加入懸浮液，固體粒子截留在過濾介質上，液體穿過濾餅層而流出，最后完成濾液和濾餅分離的過濾操作。</p><p>　　在此次設計中選

28、用離心過濾。</p><p>　　在防護裝置設計中，主要是防止水射流濺出，對人體的傷害，故對工作區(qū)進行防護。采取的措施有：（1）水射流切割區(qū)的周圍應設置隔離屏；（2）對絲杠安裝防護罩。</p><p>　　3磨料水射流切割機整體系統(tǒng)設計</p><p>　　3.1設計原理和要求</p><p>　　前混式磨料水射流切割機的工作原理為接通電源、

29、水源，啟動高壓泵組后，低壓水被高壓泵增壓后經(jīng)過高壓膠管3流至磨料罐底部的三通，由此分為兩路，一路經(jīng)高壓膠管1進入磨料罐，使事先裝入罐中的磨料部分流態(tài)化成砂漿，并經(jīng)由控砂閥進入混合器，同時另一路水流也流入混合器，使砂、水在混合器中充分混合，然后經(jīng)高壓膠管2 流向噴槍，從噴嘴射出高能量密集的磨料水射流，高速沖蝕物料，以達到切割或清洗的目的。</p><p>　　主要設計要求：走刀速度為0.0033～0.005m/s;

30、切割深度0～240mm；裝砂質量為≤150kg；砂罐供砂連續(xù)工作時間為1200～1800s。</p><p>　　3.2主要技術參數(shù)的確定</p><p>　　3.2.1 泵組工作參數(shù)</p><p>　　經(jīng)驗指出：一般水切割割壓力為250MPa，機組功率多在55kW.液壓泵選用柱塞高壓往復泵，qv=qηv=D2SnZπηv/240 A=πD2/4 Um=

31、Sn/30 ψ=S/D </p><p>　　式中qv———泵的實際流量，m3/s</p><p>　　q———泵的理論流量，m3/s</p><p>　　D———柱塞直徑，m</p><p>　　Q———泵流量，m3/s</p><p>　　S———柱塞行程，m</p><p>　　Z——

32、—柱塞個數(shù),m</p><p>　　n———轉速，s-1</p><p>　　ηv———泵的容積系數(shù)</p><p>　　Um———柱塞平均速度，m/s</p><p>　　A ———柱塞截面積，m2</p><p><b>　　ψ———程徑比</b></p><p>　　

33、取Um=1.1m/s,Z=3,n=8s-1,ηv=0.9,ψ=0.8則S=0.4m，D=0.5m，qv=0.0286m3/s。</p><p>　　3.2.2水射流反力確定</p><p>　　Fr=0.745qv</p><p>　　式中Fr———水射流反力，N</p><p>　　qv———水射流量，L/min</p>&l

34、t;p>　　P———水射流壓力，MPa</p><p>　　3.2.3磨料罐容積的計算（磨料采用鋼砂）</p><p><b>　　V=tq/ρ</b></p><p>　　式中V———磨料罐容積m3</p><p>　　t———系統(tǒng)連續(xù)工作時間，s</p><p>　　q———磨料流量，㎏

35、/s</p><p>　　ρ———磨料的比重，㎏/m3</p><p>　　取t=1800s,q=0.0833kg/s,ρ=8700kg/m3,可以確定磨料罐容積約為0.017m3.</p><p>　　度校核，加工完成后，還必須做水壓實驗，以確保其安全性。</p><p>　　3.2.4 高壓管路的確定</p><p&g

36、t;　　由液—固兩相流理論可知，壓力管道中磨料漿液的流動速度需大于臨界流速的1.2～1.4m/s,，磨料才不會沉積。高壓管內徑按下式確定：d=</p><p>　　式中d———高壓膠管內徑，m</p><p>　　Q———管流量，m3/s</p><p>　　V———流速，m/s</p><p>　　取Q=0.0002167m3/s,1.4m

37、/s≤V≤6m/s,，可得d=0.007～0.014，可以選用8mm、10mmm 系列高壓膠管。</p><p><b>　　4防護系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　由于在磨料水射流工作時，噴射出的磨料對人的傷害巨大，故對機床安裝防護罩。</p><p>　　4.1 防護罩的設計原則</p><p>　　防護罩的設

38、計應遵循安全防護的理念進行設計：首先要考慮操作者的人身安全，安全防護裝置必須達到相應的安全要求，保證在規(guī)定的使用期限內有足夠的強度、穩(wěn)定性、耐磨性、耐腐蝕、抗高低溫性和抗疲勞性?？傊ＷC防護罩本身有足夠的安全可靠度。此外，在防護裝置的設計時，還要考慮可能發(fā)生的危險狀態(tài)，如誤操作、突發(fā)事件等特殊情況，絕對保障人身安全。</p><p>　　4.2 防護罩的種類與選用</p><p>　　防

39、護罩從材質上分為鋼板護罩和風琴式防護罩（尼龍布+PVC板支撐）和橡膠防護罩。鋼板和不銹鋼防護罩，具有密封好，能防鐵屑，防冷卻液，防工具偶然事故，堅固耐用，外形美觀等特點。風琴式防護罩，外用德國尼龍布，內加PVC板支撐，邊緣則用不銹鋼板夾護。護罩具有壓縮小和行程長等優(yōu)點?？赡陀?，耐腐蝕，硬用沖撞不變形，壽命長，密封好，行走平穩(wěn)，堅固耐用給機床的使用帶來完美效果。風箱速度可達200m/分。其次造型規(guī)則，外形美觀，為整機的整體造型增添了光彩，

40、在為整機提供實用性保護的同時，也為機床整機增加了更多視覺上的美感，使機床的整機價值得到了提升?？梢愿鶕?jù)需要設計成各種不同的形狀，如：U字型，一字型，方型，T字型，圓形等各種形狀。</p><p>　　在此，選用風琴式防護罩。</p><p>　　4.3 設計參數(shù)的確定</p><p>　　5循環(huán)過濾系統(tǒng)的設計</p><p>　　為了使磨料在

41、有限的空間完成均勻、噴射、回收、分離，防止固體顆粒雜質進入磨料，在此采用離心過濾設計。</p><p>　　5.1 離心分離的基本原理</p><p>　　離心過濾是將料液送入有孔的轉鼓并利用離心力場進行過濾的過程，以離心力為推動力完成過濾。兼有離心和過濾的雙重作用。</p><p>　　5.2 離心分離的分類</p><p>　　根據(jù)離心原

42、理，離心分離方法可分為：</p><p>　　1.差速離心法(Differential centrifugation)</p><p>　　2.密度梯度離心法（Density gradient centrifugation）</p><p>　　速率區(qū)帶離心法（Rate zonal centrifugation）</p><p>　　等密度離

43、心法（Isopycniccentrifugation）</p><p>　　在此，根據(jù)磨料顆粒與雜質沉降速度不同，選擇差速離心法。</p><p>　　差速離心法是利用不同的顆粒在離心力場中沉降差異的原理，在同一離心條件下，沉降速度不同，通過不斷增加離心速度，使一個非均勻混合液中大小、形狀不同的顆粒分步沉淀。</p><p>　　5.3 離心過濾設備的選用</

44、p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)中常采用的離心機有：（1）管式離心機；（2）碟片式離心機；（3）螺旋式離心機。在此，臥式螺旋式離心機有以下特點：</p><p>　?。?）設備占用面積較??； （2）操作方便，運行穩(wěn)定； （3）能自動、連續(xù)，長期運轉，維修方便，能夠進行封閉操作；</p><p>　?。?）清洗方便； （5）磨料回收率高 。</p>&l

45、t;p>　　根據(jù)以上特點，采用臥式螺旋式離心機。</p><p>　　5.4 臥式螺旋卸料沉降離心機的生產(chǎn)能力計算</p><p>　　5.4.1 生產(chǎn)能力概述</p><p>　　懸浮液自進料口進入沉降離心機轉鼓后，液相沿轉鼓軸向流動至溢流口處溢出轉鼓外，其中的固相粒子隨液相作軸向移動外，還在離心力作用下沿徑向沉降。較細的粒子由于沉降速度較慢，沉降到轉鼓壁

46、所需的時間較長。如懸浮液進料量過大，軸向流速過快，使較細粒子在轉鼓內的停留時間少于沉降所需時間，則細粒子將隨液流溢出轉鼓外而不能被分離。因此，沉降離心機的生產(chǎn)能力，應理解為能將所需分離的最小固相粒子沉降在轉鼓內，而不致隨分離液帶出的最大懸浮液流量。這樣，分離因素一定的同一離心機，對于不同的物料或同一物料在不同的分離要求下，生產(chǎn)能力也將是不同的。</p><p>　　5.4.2 生產(chǎn)能力計算</p>

47、<p>　　沉降離心機的生產(chǎn)能力取決于液體的軸向流速和粒子的離心沉降速度，前者由于不同的流動理論而有不同的計算方法，因而得出不同的生產(chǎn)能力計算方法。</p><p>　?。?）按∑理論計算生產(chǎn)能力；</p><p>　?。?）按層流理論計算生產(chǎn)能力； </p><p>　?。?）按線性理論計算生產(chǎn)能力；</p><p>　　此處以∑

48、理論計算臥螺沉降離心機的生產(chǎn)能力。</p><p>　　∑理論是由安布勒（Ambler）于1952年提出的，由于其表達式簡單，概念明確，一直沿用至今。在保證具有一定澄清度條件下的生產(chǎn)能力Q(m/h)，按照∑理論，對于具有圓錐形轉鼓的螺旋型離心機，實際生產(chǎn)能力的計算公式可表達為：</p><p>　　Q=∑ （1）&

49、lt;/p><p>　　式中 Q——實際生產(chǎn)能力，m/h；</p><p>　　——分離效率系數(shù)； </p><p>　　——懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度，m/s；</p><p>　　∑——當量沉降面積, ㎡；</p><p>　　柱錐形轉鼓的當量沉降面積∑的計算 </p><p>　　圖3

50、柱錐形轉鼓的幾何形狀尺寸</p><p>　　∑= （2） （2）</p><p>　　式中 ——分離系數(shù)； </p><p>　　D——轉鼓大端公稱直徑，m；</p><p>　　——轉鼓圓柱段的沉降區(qū)長度，m；</p><p>　　——轉鼓錐段的沉降區(qū)

51、長度，m；</p><p>　　L——轉鼓沉降區(qū)總長度（+），m；</p><p>　　h——液池深度，m；</p><p>　　r——轉鼓內徑，m；</p><p><b>　　——取2h/D；</b></p><p>　　LW400×1200逆流型的主要性能參數(shù)可知如下：</p

52、><p>　　最大分離因素為2580</p><p>　　最大轉速為3400 r/min</p><p>　　D=0.4m，=0.542m， 轉鼓錐角=8°</p><p>　　液池最大最小深度分別為0.0826m和0.0542m.</p><p>　　且分離因數(shù)與轉鼓轉速的平方成正比，取轉鼓轉速n為2800r

53、/min,則此時分離因數(shù):</p><p>　　=2580×=1736.2</p><p>　　當h=0.0826m時：</p><p>　　=2h/D=0.4132, =h/sin8°=0.5935m</p><p>　　∴L=（+）=1.1355m</p><p><b>　　則

54、 ∑=</b></p><p><b>　　=1353.7㎡</b></p><p>　　2. 懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度</p><p>　　= （3） </p><p>　　式中 ——阻滯

55、情況下的沉降速度修正系數(shù)；</p><p>　　——固相（氧化鐵）密度，㎏/；</p><p>　　——液相（水）密度，㎏/；</p><p>　　——懸浮液的動力粘度，；</p><p>　　——懸浮液中固相顆粒的計算直徑，；</p><p>　　——懸浮液中固相顆粒的粒子形狀修正系數(shù)。</p>&l

56、t;p>　　其中 =（1+4.5） </p><p>　　上式中 ——懸浮液中液相動力粘度，；</p><p>　　——固相單位體積濃度；</p><p>　　取 =0.008，=0.15；</p><p>　　則 =0.008（1+4.5×0.15）=0.0134</p>

57、<p>　　由表3-7與3-8可取:</p><p>　　=5×10 =2.12 =0.48,查表1－1－5得：</p><p>　　=2.4×10㎏/ =1.0×10㎏/</p><p>　　由上參數(shù)數(shù)值，有： </p><p><b>　　∴ ==0.48</b>&l

58、t;/p><p>　　=1.447×10/s</p><p><b>　　分離效率數(shù)</b></p><p>　　可按下列經(jīng)驗公式求得：</p><p>　　=16.42 （4）</p><p>　　式中 ——沉降區(qū)計算長度，m。</p>

59、;<p>　　對于柱錐型轉鼓：=+</p><p>　　=0.542+×0.5935</p><p><b>　　=0.839m</b></p><p><b>　　其它參數(shù)意義同上。</b></p><p><b>　　∴ </b></p>

60、;<p><b>　　=0.2247</b></p><p>　　結合以上各參數(shù)的計算</p><p>　　可得， 生產(chǎn)能力Q=∑=1.585 m/h</p><p>　　同理，當h=0.542m時，</p><p>　　5.5 臥式螺旋卸料沉降離心機的功率計算與電機選擇</p><p&

61、gt;　　5.5.1 功率計算</p><p>　　臥螺離心機的功率計算及電機選擇是臥螺離心機設計中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機的工作要求進行功率計算，可以合理地確定主、輔電動機的功率，選擇電機及差速器。臥螺離心機的功率消耗與臥螺離心機的類型，操作方式和臥螺離心機的結構有關，一般情況下，臥螺離心機所需功率包括下幾個方面：</p><p>　?。?）啟動轉鼓等轉動件所需功率；</p

62、><p>　?。?）啟動物料達到操作轉速所需功率；</p><p>　　（3）螺旋輸送沉渣所需功率N。</p><p>　　1 啟動轉鼓等轉動件所需功率</p><p>　　欲使臥螺離心機轉鼓等轉動件，由靜止狀態(tài)達到工作轉速具有一定的動能，必須由外界作功，該功為</p><p>　　A=

63、 （5）</p><p>　　式中 A——外界所作的功，J；</p><p>　　v ——轉動件線速度，m/s；</p><p>　　J——轉動件繞軸旋轉的轉動慣量，kg.㎡</p><p>　　∴啟動轉動件的平均功率，為：</p><p>　　=

64、 （6）</p><p>　　式中 ——啟動轉動件的平均功率，kW；</p><p>　　t——啟動時間，s；</p><p>　　——臥螺離心機的角速度，rad/s。</p><p>　　而==303.7 rad/s</p><p>　　1. 計算轉動件繞軸旋轉的轉動慣量J</

65、p><p>　　圓柱段轉鼓的轉動慣量J</p><p>　　由表1-1-85公式</p><p>　　J= （7）</p><p>　　式中 J——圓柱段轉鼓的轉動慣量，kg.㎡；</p><p>　　m——旋轉體的質量，kg； </p&

66、gt;<p>　　K——系數(shù)，見表中；</p><p>　　——旋轉體的飛輪計算直徑，m。</p><p>　　由表，取K=0.5, =</p><p>　　式中 ——轉鼓圓柱段的外徑，m；</p><p>　　——轉鼓圓柱段的內徑，m；</p><p>　　取=0.42m, =0.40m, m=80

67、kg</p><p>　　則 ==0.3364㎡</p><p>　　∴J==3.5743 kg.㎡</p><p>　　圓錐段轉鼓的轉動慣量J</p><p>　　由Soliworks 2006 作出長度為625mm，大小端直徑分別為424mm和390mm，拔模角為8°，厚為15mm的圓臺殼體。再由質量分析得出下列相關參數(shù)：<

68、;/p><p>　　零件( Part Configuration - 默認 ) 的質量特性</p><p>　　輸出坐標系 : -- 默認 --</p><p>　　密度 = 0.01 克/立方毫米</p><p>　　質量 = 83869.57 克</p><p>　　體積 = 10752508.36 立方毫米</

69、p><p>　　表面積 = 1299409.01 平方毫米</p><p>　　重心 : ( 毫米 )</p><p><b>　　X = 0.00</b></p><p><b>　　Y = 0.00</b></p><p>　　Z = 283.82</p>&l

70、t;p>　　慣性主軸和慣性力矩 : ( 克 * 平方毫米 )</p><p><b>　　由重心決定。</b></p><p>　　Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 2301548159.95</p><p>　　Iy = (0.00, -1.00, 0.00) Py = 3811901499.34&l

71、t;/p><p>　　Iz = (1.00, 0.00, 0.00) Pz = 3811901499.34</p><p>　　慣性張量 : ( 克 * 平方毫米 )</p><p>　　由重心決定，并且對齊輸出的坐標系。</p><p>　　Lxx = 3811901499.34Lxy = 0.00Lxz = 0.00</p&g

72、t;<p>　　Lyx = 0.00Lyy = 3811901499.34Lyz = 0.00</p><p>　　Lzx = 0.00Lzy = 0.00Lzz = 2301548159.95</p><p>　　慣性張量: ( 克 * 平方毫米 )</p><p><b>　　由輸出座標系決定。</b></p&g

73、t;<p>　　Ixx = 10567760827.14Ixy = 0.00Ixz = 0.00</p><p>　　Iyx = 0.00Iyy = 10567760827.14Iyz = 0.00</p><p>　　Izx = 0.00Izy = 0.00Izz = 2301548159.95</p><p>　　由上分析可得，其轉動慣

74、量P=2.3015 kg.㎡</p><p>　　考慮到轉鼓內設的筋條，取k=1.1,則</p><p>　　J= k. P=2.53 kg.㎡</p><p>　　∴轉鼓的轉動慣量為J= J+ J=5.64 kg.㎡</p><p>　　考慮到螺旋葉片、螺旋軸、螺旋葉片軸等轉動件的轉動慣量，J=kJ</p><p>

75、<b>　　此處取k=1.35</b></p><p>　　∴所有轉動件繞軸旋轉的轉動慣量J=kJ=7.614 kg.㎡</p><p><b>　　2、啟動時間</b></p><p>　　取啟動時間t=20s</p><p>　　綜上，啟動轉動件的平均功率</p><p>

76、;　　===17.5567kw</p><p>　　2 啟動物料達到操作轉速所需功率</p><p>　　對于連續(xù)進料臥螺離心機，加入的物料被分離為沉渣和分離液等組分，可分別求出操作中每種組分所需的功率，然后求其和。</p><p>　　假設此種分離操作，單位時間內排出分離液（水）和沉渣（氧化鐵）2個組分，各組分的質量分別為m、m（kg/s），各組分在轉鼓內卸出的

77、位置半徑分別為r、r(m)，則使加入物料達到工作轉速所需的功率為：</p><p>　　= （8）</p><p>　　物料每分鐘移動的距離S為：</p><p><b>　　S=L×</b></p><p>　　式中 L——葉片距，m；</p>&l

78、t;p>　　——轉速差，r/min。</p><p>　　已知L=0.08m, =20 r/min</p><p>　　∴S=L×=1.6m/min</p><p>　　排渣能力可按下式計算：</p><p>　　/60 （9）</p><p>　　式中 G

79、——排渣能力，kg/h；</p><p>　　——沉渣的厚度，m；</p><p><b>　　其它的參數(shù)同上。</b></p><p>　　已知G=1800 kg/h,D=0.38m,=2.4kg/m</p><p><b>　　則代入上式便得：</b></p><p>　

80、　-0.38+0.002488=0</p><p>　　從中可解出=0.0067m</p><p><b>　　又 =-</b></p><p>　　式中 ——液池的平均厚度，m；</p><p>　　——液池中水的厚度，m；</p><p>　　已知=0.065m,則=-=0.0583m

81、</p><p>　　∴ r=D/2－-/2=0.1745m</p><p>　　r= D/2－/2=0.1962m</p><p>　　根據(jù)排渣能力的定義，可得</p><p>　　m==0.5 kg /s </p><p>　　由物料中分離液與沉渣的體積比，可得</p><p><

82、b>　　m=</b></p><p>　　式中 ——固相單位體積濃度；</p><p>　　——固相（氧化鐵）密度，㎏/</p><p>　　——分離液（水）的密度，kg/m。</p><p>　　其中, =0.15，=2.4kg/m，=1.0kg/m</p><p>　　∴ m=1.181kg

83、/s </p><p>　　綜上可得，啟動物料達到操作轉速所需功率</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=2.546kw</b></p><p>　　3 螺旋輸送沉渣所需功率&l

84、t;/p><p>　　對于螺旋卸料離心機，螺旋卸料是將沉渣從轉鼓上某處推送到卸料口卸出機外，螺旋輸送沉渣時所需功率大小與螺旋葉片和轉鼓軸線的相對位置有關，本機中螺旋葉片垂直于轉鼓回轉軸線，故卸料功率應包括：</p><p>　　克服沉渣產(chǎn)生的離心力沿轉鼓圓錐段母線的分力所消耗的功率：</p><p>　　kW （10）</p

85、><p>　　克服沉渣與轉鼓壁摩擦所消耗的功率：</p><p>　　kW （11）</p><p>　　克服沉渣與螺旋葉片摩擦所消耗的功率：</p><p>　　kW （12）</p><p>　　螺旋輸送沉渣消耗的總功率為以上三項功率之和，即：</p>

86、;<p>　　= kW （13）</p><p>　　式中 ——轉鼓圓錐段的平均內半徑，m，=；</p><p>　　——出渣口處轉鼓內半徑，m；</p><p>　　——轉鼓圓錐大端內半徑，m；</p><p>　　H——轉鼓的長度，m；</p><p>　　Z——螺旋葉片的圈數(shù)；

87、</p><p>　　——沉渣與轉鼓壁的摩擦系數(shù)，一般為0.3～0.85；</p><p>　　——沉渣與螺旋葉片的摩擦系數(shù)，一般為0.15～0.4；</p><p>　　G——按螺旋排渣能力計算的生產(chǎn)能力，kg/s。</p><p>　　其中，=0.1142m, =0.20m</p><p>　　∴==0.1571

88、m</p><p>　　H=1.20m，Z=14，排渣能力G=1800/3600=0.5 kg/s，取=0.6，=0.3</p><p>　　綜合以上各參數(shù)，得螺旋輸送沉渣所需功率N：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=4.22kW</b></p>

89、<p><b>　　5.5.2電機選擇</b></p><p>　　考慮到摩擦與效率，以上，，修正為：</p><p><b>　?。?4）</b></p><p>　　式中 ——軸承效率；</p><p>　　——考慮到克服轉鼓物料和空氣摩擦的效率；</p><p&

90、gt;<b>　　——V帶傳動效率。</b></p><p>　　式中 各參數(shù)同上。</p><p>　　式中 ——擺線針輪減速器的效率；</p><p><b>　　其它參數(shù)同上。</b></p><p><b>　　由表1－7</b></p><p

91、>　　取=0.98，=0.985，=0.96，=0.92</p><p><b>　　分別計算，，：</b></p><p>　　=18.945kW </p><p><b>　　=2.744kW</b></p><p><b>　　=4.872</b></p&g

92、t;<p>　　得該臥旋離心機的計算總功率為：</p><p>　　==26.561kW</p><p>　　由于離心機是連續(xù)工作的，且一般選用滿載時較低速的；考慮到以后作業(yè)率的提高，要求電機功率要留有一定的余量，則選用電機：</p><p>　　電動機型號 額定功率 滿載轉速</p><p>　　Y220L

93、-4-B5， P=30kW， =1470r/min</p><p>　　5.6 V帶設計計算【7】</p><p>　　5.6.1 帶動轉鼓的V帶設計計算</p><p>　　已知電動機帶動轉鼓以及物料的功率P=21.698kW，轉速 =1470r/min，轉鼓轉速（從動輪轉速）為2800，傳動比i=2（增速傳動）每天工作10小時以上。</p&g

94、t;<p><b>　　1.確定計算功率</b></p><p>　　=P （15）</p><p>　　式中 ——計算功率，kW；</p><p><b>　　——工作情況系數(shù)；</b></p><p&

95、gt;　　P——傳遞的額定功率，kW；</p><p>　　由表8-6【7】，得工作情況系數(shù)=1.4，則：</p><p><b>　　=P=30 kW</b></p><p><b>　　2.選擇V帶的帶型</b></p><p><b>　　根據(jù)，，選用B型。</b><

96、;/p><p>　　3.確定帶輪基準直徑并驗算帶速</p><p>　　(1)8-6表8-8選取小帶輪基準直徑：=178mm</p><p><b>　　(2)驗算帶速v：</b></p><p>　　=27.4 m/s﹤30 m/s</p><p><b>　　∴帶的速度合適</b&

97、gt;</p><p>　　(3)從動輪基準直徑</p><p><b>　　= i=355mm</b></p><p>　　4. 確定普通V帶的基準長度和中心距</p><p>　　根據(jù)0.7(+)﹤﹤2(+),</p><p>　　初步確定=600mm</p><p>

98、<b>　　根據(jù)=2+</b></p><p>　　式中 ——初步確定的中心距，mm。</p><p><b>　　得=2249</b></p><p>　　由表8-2選帶的基準長度=2800mm</p><p><b>　　計算實際中心距a:</b></p>

99、<p><b>　　a=+=976mm</b></p><p>　　5、驗算從動輪上的包角</p><p>　　=180°-57.3/a=169.54°>90°</p><p>　　故從動輪上的包角合適。</p><p>　　6、計算普通V帶的根數(shù)</p>&l

100、t;p><b>　　（16）</b></p><p>　　式中 ——單根V帶的基本額定功率，kW;</p><p>　　——計入傳動比的影響時，單根V帶額定功率的增量，kW;</p><p><b>　　——包角系數(shù)；</b></p><p><b>　　——長度系數(shù)；</

101、b></p><p>　　機械設計手冊查表13-1-18得：</p><p><b>　　=5.76kW</b></p><p>　　機械設計手冊查表13-1-21,13-1-22得：</p><p>　　得=0.98，=1.05</p><p><b>　　∴ =5.04<

102、;/b></p><p><b>　　取Z=5根</b></p><p><b>　　7．計算預緊力</b></p><p><b>　　（17）</b></p><p>　　式中 ——預緊力，N；</p><p>　　q——傳動帶單位長度的質

103、量，kg/m；</p><p><b>　　其它參數(shù)同上。</b></p><p>　　由表13-1-23得q=0.17 kg/m</p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　=248.92N</b></p><p>　　8、計

104、算作用在軸上的壓軸力</p><p><b>　?。?8）</b></p><p>　　式中 ——作用在軸上的壓軸力，N；</p><p><b>　　其它參數(shù)同上。</b></p><p><b>　　則有：</b></p><p>　　=2464.

105、308N</p><p><b>　　結構設計略。</b></p><p>　　5.6.2 帶動螺旋輸送器的V帶設計計算</p><p>　　已知電動機為螺旋輸送器提供的功率=4.872kW，電動機的轉速=2382r/min, 傳動比=1.2174（減速傳動），一天運轉16小時以上，設計一普通V帶傳動。</p><p>

106、;　　由此可知，從動輪的轉速==1957r/min。</p><p><b>　　確定計算功率</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　由表8-6，得工作情況系數(shù)=1.4，故</p><p><b>　　==6.82kW</b></p>

107、<p><b>　　確定普通V帶帶型</b></p><p>　　根據(jù)、，由圖8-8確定選用B型。</p><p><b>　　確定帶輪基準直徑</b></p><p>　　由表8-3和表8-7取主動輪基準直徑：=170mm。</p><p><b>　　則從動輪基準直徑：&l

108、t;/b></p><p><b>　　==206.9mm</b></p><p>　　根據(jù)表8-7，取=200mm。</p><p><b>　　驗算帶的速度：</b></p><p>　　=21.19m/s﹤25m/s</p><p><b>　　∴帶的速

109、度合適</b></p><p>　　4、確定普通V帶的基準長度和中心距</p><p>　　帶所需的基準長度為：</p><p><b>　　=2+</b></p><p>　　根據(jù)0.7(+)﹤﹤2(+),初步確定=400mm。</p><p>　　∴ =2+=1382mm</

110、p><p>　　由表8-2選帶的基準長度=1400mm。</p><p><b>　　計算實際中心距a:</b></p><p><b>　　a=+=409mm</b></p><p>　　5、驗算主動輪上的包角</p><p>　　=180°+=175.8°

111、﹥120°</p><p>　　∴主動輪上的包角合適。</p><p>　　6、計算普通V帶的根數(shù)</p><p>　　查表8-5a和表8-5b得：</p><p>　　=4.8kW, =0.3kW</p><p>　　查表8-8，得=0.99；查表8-2，得=0.90</p><p&

112、gt;<b>　　∴ =1.504</b></p><p>　　由于此V帶傳動用于離心機，且此離心機的回轉速度最高可達到3500r/min，故考慮到此V帶的壽命，取其Z=3根。</p><p><b>　　7、計算預緊力</b></p><p>　　由表8-4得q=0.17 kg/m</p><p&g

113、t;　　∴ =162.14N</p><p>　　8、計算作用在軸上的壓軸力</p><p>　　結合以上計算所得各參數(shù)的值，得：</p><p><b>　　=972.19N</b></p><p>　　5.7轉鼓壁厚度校核</p><p>　　離心機轉鼓是一個每分鐘轉動數(shù)百至數(shù)萬轉以上的高速

114、回轉。高速回轉時，在離心力的作用下轉鼓壁內要產(chǎn)生很大的應力，這些應力是由于高速回轉時，轉壁金屬的自身質量產(chǎn)生的離心力，及在轉鼓內壁上所附帶著的篩網(wǎng)、物料和液體層所產(chǎn)生的離心力都作用在鼓壁上，使轉鼓壁內產(chǎn)生相應的應力。因此，轉鼓的強度計算必須同時考慮這幾部分離心力所產(chǎn)生的應力。</p><p>　　離心機的轉鼓是一個組合部件，由筒體、頂蓋及鼓底等幾部分組合而成的。此臥旋離心機是不開孔的整體轉鼓。因此，在轉鼓中沒有篩

115、網(wǎng)等附件，轉鼓內的應力，是由轉鼓金屬的自身質量及轉鼓內物料的質量在高速回轉時所產(chǎn)生的離心力而引起的應力之和。</p><p>　　對于柱—錐型轉鼓，在圓錐段，其徑向應力及周向應力的最大值均在圓錐的大端。因此，在校核圓錐段轉鼓強度時，只需要校核圓錐大端壁內的應力。</p><p>　　圓錐大端的徑向應力為：</p><p>　　= （N/㎡）

116、 （19）</p><p>　　圓錐大端的周向應力為：</p><p>　　= （20）</p><p>　　= （N/㎡） </p><p><b>　　令 ，</b></p><p><b>　　則 （N/㎡）<

117、/b></p><p>　　按第三強度理論：。在離心機轉鼓中周向總應力為最大，其次是徑向總應力，最小者為經(jīng)向應力，其值等于零。因此，圓錐段轉鼓的強度條件為：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　∴圓錐段轉鼓的壁厚應滿足：</p><p>　　（m）

118、 （22）</p><p>　　同理，圓柱段轉鼓壁厚應滿足：</p><p>　　（m） （23）</p><p>　　因不大于1，則應優(yōu)先滿足圓錐段轉鼓，則整個柱—錐型轉鼓的壁厚應滿足：</p><p>　?。╩） （24）</p>

119、<p>　　式中 ——整個柱—錐型轉鼓的壁，m；</p><p>　　——筒體中流體物料的密度，kg/m；</p><p>　　——筒體壁金屬材料的密度，kg/m；</p><p>　　——筒體的回轉角速度，rad/s；</p><p>　　R——筒體的內半徑，m；</p><p>　　r——圓筒體中回

120、轉時流體的自由表面半徑，m；</p><p>　　K——轉鼓中物料的填充系數(shù)，K=；</p><p>　　——焊縫的強度系數(shù)；</p><p>　　——轉鼓壁材料的許用應力，N/㎡。</p><p>　　其中，許用應力選取下列兩值中的較小者：</p><p>　　=； =

121、 （25）</p><p>　　式中 ——設計溫度下材料的屈服極限，N/㎡；</p><p>　　——設計溫度下材料的強度極限，N/㎡；</p><p>　　——屈服極限的安全系數(shù),一般為2～2.5；</p><p>　　——強度極限的安全系數(shù),一般為3.5～4。</p><p>　　由表3-1-7【9

122、】，35（調質），取：</p><p>　　=275MPa, =500 MPa </p><p>　　取 =2.3, =3.8</p><p>　　則 =119.6 MPa , =131.6 MPa</p><p>　　∴取 =119.6 MPa=1.196 N/㎡</p><p>　　根據(jù)固相單位體積濃度=0

123、.15:</p><p>　　==1.21 kg/m；</p><p>　　= 7.85 kg/m；R=0.19m；</p><p>　　r取最小值即轉鼓內物料最多時，r=0.1115m；</p><p>　　取最高轉速時的回轉角速度，==366.5 rad/s。</p><p><b>　　∴K==0.65

124、6</b></p><p>　　由于此處轉鼓是鑄造件，∴取=1</p><p>　　=3.81 N/㎡； =0.154</p><p>　　∴=0.00452m=4.52mm</p><p>　　由于轉鼓實際壁厚為15mm, ∴此轉鼓壁厚滿足強度條件，可取</p><p>　　5.8擺線針輪差速器設計計算&

125、lt;/p><p>　　5.8.1 擺線針輪差速器概述【10】</p><p>　　在螺旋卸料離心機中，離心沉降分離出的沉渣沿轉鼓內壁上的縱向移動，是靠螺旋相對轉鼓導前或滯后的旋轉運動來實現(xiàn)的。為了保證轉鼓和螺旋以不同的角速度同向回轉，并得到最佳的轉差值，因此，螺旋卸料離心機從電動機到工作機之間都需要一個傳動裝置，已不再采用簡單傳動組成的開式運動鏈。為了避免功率上的大量損失，以及得到緊湊的輕

126、結構，故現(xiàn)代螺旋卸料離心機的傳動裝置都廣泛地采用了以行星傳動為基礎，由轉鼓、物料和螺旋間形成的摩擦而構成的封閉運動鏈。</p><p>　　差速器傳動裝置是螺旋卸料離心機中最復雜而又極為重要的部件，其性能和質量往往決定著整個機器的工作能力和可靠性。欲設計出體積小、重量輕、可靠耐用、效率高的差速器，就必須正確選擇傳動類型，精確合理地進行結構設計和強度計算，精密制造齒輪、行星輪軸承和轉臂等主要構件，并嚴格進行動平衡，

127、這樣設計制造的傳動裝置，才能使螺旋卸料離心機在生產(chǎn)中得到正常的運轉。</p><p>　　擺線針輪行星減速器具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、效率高、工作可靠、壽命長、運轉平穩(wěn)、及過載能力大等優(yōu)點。由于以上優(yōu)點，這種減速器在許多情況下可代替二級、三級普通齒輪減速器及蝸桿減速器，在冶金、礦山、石油、化工、船舶、輕工、食品、紡織、印染，起重運輸以及軍工等許多部門得到日益廣泛的應用。</p><p&