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1 前言
預(yù)加水小料球快速煅燒技術(shù)，小料球快速燒成技術(shù)是立窯煅燒的一項重要技術(shù)進(jìn)步，目前應(yīng)用十分成功的企業(yè)并不多，主要原因是前幾年預(yù)加水成球系統(tǒng)的控制技術(shù)和設(shè)備還不太過關(guān)，小料球的操作控制要點還沒完全掌握，目前預(yù)加水成球技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第六代產(chǎn)品，設(shè)備及控制系統(tǒng)基本過關(guān)。這些都是能否取得高產(chǎn)量、高質(zhì)量料球的保證，從而提高水泥的煅燒質(zhì)量和產(chǎn)量。
本課題來源于江蘇海建集團，該公司為了適應(yīng)現(xiàn)代立窯水泥生產(chǎn)的需要，設(shè)計產(chǎn)量為25t/h的預(yù)加水盤式成球機。他們提出了以下幾個技術(shù)要求：
a． 產(chǎn)量為25t/h；
b． 盤體工作面直徑為3.6m；
c. 結(jié)構(gòu)緊湊，工作連續(xù)穩(wěn)定；
d. 節(jié)能、高效、環(huán)保。
在楊曉紅老師的指導(dǎo)下，首先進(jìn)行方案論證。通過討論研究，最終確定采用可調(diào)盤高式 盤體、無動力刮刀系統(tǒng)、電機à皮帶àZQ減速機à直齒輪副à成球盤的傳動方式。然后根據(jù)分析的結(jié)果，開始計算軸向力、扭矩以及功率。分析擬定傳動裝置的運動簡圖，分配各級傳動比，進(jìn)而進(jìn)行傳動零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和強度校核。然后對盤式預(yù)加水成球機進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。
YQP36預(yù)加水盤式成球機改變了以往所成料球粒徑大，料球耐壓強度和孔隙率質(zhì)量低的缺陷。并且采用無動力刮刀系統(tǒng)，大大地節(jié)省了電耗和維護(hù)費用。本課題新穎實用，在技術(shù)上有較大改進(jìn)，具有較強的競爭力。該預(yù)加水盤式成球機將具有很大的市場前景。
2 總體方案論證
2.1料球的技術(shù)要求及對成球盤的技術(shù)調(diào)整分析
高質(zhì)量的料球與成球機的盤轉(zhuǎn)速、盤傾角α、盤邊高等的選擇和調(diào)整有直接的關(guān)系。轉(zhuǎn)速高時，成球時間縮短，孔隙率提高，料球炸裂溫度提高，爆球率低；轉(zhuǎn)速太高將很難成球。一般取12—13r/min。適當(dāng)增大α，可降低爆球率，一般取值在45°—55°范圍內(nèi)。傾角的調(diào)整要與盤徑、轉(zhuǎn)速、邊高綜合考慮。一般盤邊高H=（0.14—0.19）D。在不影響成球質(zhì)量前提下，為降低爆球率，可適當(dāng)減少邊高。
2.2盤體的技術(shù)分析論證
對于老式的盤邊高偏高的盤邊改進(jìn)為盤邊高為400—500mm的可調(diào)式的盤邊，從而提高了成球質(zhì)量和煅燒質(zhì)量。成球盤使用時間越長，盤底平面和側(cè)平面變形較大，這將增加成球機的工作負(fù)荷，極易燒壞電機、損壞減速機和傳動齒輪。采用型鋼可以提高盤體強度，解決此類問題。成球盤擴徑主要是提高成球盤的造球能力和料球質(zhì)量。
2.3傳動機構(gòu)的技術(shù)分析論證
傳動裝置一般為整個成球機正常穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。以往采用傘齒輪副傳動，傳動方式路線為電機à皮帶àZQ減速機à傘齒輪副à成球盤。這種傳動方式下的球盤負(fù)荷較重時會導(dǎo)致的間隙配合的孔鍵相對運動產(chǎn)生黏附磨損和變形，甚至斷齒?，F(xiàn)在更多采用直齒輪副傳動，也有通過行星減速機直接帶動的。
常用的減速機有三種型式，圓柱齒輪減速機、行星減速機和擺線針輪減速機。其中采用圓柱齒輪減速機較合適，而采用行星減速機和擺線針輪減速機常會出現(xiàn)因球盤起動扭矩大，傳動系統(tǒng)剛度不足，故障多，有漏油問題。相對而言圓柱齒輪減速機傳動穩(wěn)定，噪音小，齒面接觸穩(wěn)定，在潤滑保養(yǎng)良好的條件下，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。對于圓柱齒輪減速機，其高速軸伸出端在下側(cè)，唇形橡膠密封圈極易磨損，潤滑油大量外泄導(dǎo)致缺油、軸承壽命縮短的問題。改進(jìn)為將高速軸伸出端與低速軸同在減速箱的上側(cè)，原伸出孔由端蓋靜密封。改進(jìn)后密封圈略有磨損，不致大量漏油，從而避免缺油事故。
另外，對成球盤減速機輸入軸采用花鍵聯(lián)接的，因為這樣的孔軸聯(lián)接是間隙配合，所以傳動上存在著諸多缺陷。采用平鍵雙鍵聯(lián)接避免了在與軸安裝時的間隙配合，從而導(dǎo)致的在盤內(nèi)物料無法卸空的環(huán)境下花鍵由于承受不了較大的慣性力而失效的問題。在強度達(dá)到要求的前提下，平鍵采用過盈配合能保證扭矩的正常傳遞。
2.4刮刀系統(tǒng)的分析論證
固定形式底刮刀裝置常采用角鋼和耐磨鋼板制成斷面為三角的整體刮刀。其優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝檢修，無動力。缺點有成球盤旋轉(zhuǎn)阻力大，振動大，刮刀易磨損。活動形式的底刮刀裝置有以下幾種：
a. 無動力點觸式旋轉(zhuǎn)刮刀裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，刮灰阻力小，成球質(zhì)量相對較高，零電耗；
b. 電動往復(fù)式底刮刀裝置，成球盤旋轉(zhuǎn)阻力極小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需經(jīng)常維護(hù)；
c. 電機拖動擺線針輪減速機形式的底刮刀裝置，它具有較好的“刮全性能”阻力小，成球質(zhì)量高，節(jié)能效果顯著，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。
現(xiàn)在為了能向節(jié)能這要求上發(fā)展，更流行采用無動力式刮刀，其相對于有動力刮刀大大降低了電耗。
固定式邊刮刀由于所刮的物料量不同使刀角磨損成弧形，最后造成盤角積料過多，加快了刀的磨損。這里采用活刮刀，在機械機構(gòu)中實現(xiàn)邊刮刀隨滑柱沿盤邊上下移動，當(dāng)成球盤轉(zhuǎn)動時，盤邊即被刮凈，從而保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
面對無動力刮刀在運轉(zhuǎn)過程中所出現(xiàn)的刮刀桿的刮底作用不均勻，刮刀損壞，成球質(zhì)量差的問題，在刮刀盤的機架上安裝一飛輪從而起到調(diào)節(jié)刮刀盤轉(zhuǎn)速的作用，使其能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。這樣解決了成球質(zhì)量差的問題，減低了電耗和制造使用成本。
2.5刮刀盤、刮刀桿和刀頭分析論證
刮刀盤從形狀上分為五邊形刮刀盤和六邊形刮刀盤。
采用圓柱形刮刀桿的五爪無動力刮刀時，即采用五邊形刮刀盤，存在刀桿不易夾緊，徹底清盤一次的周期長，清料阻力大，成球盤動力消耗高等缺陷。將其改進(jìn)為方形刮刀桿和在刀頭焊接耐磨的硬質(zhì)合金刀頭。從而利于刮刀桿的夾緊，縮短了清盤周期，也有利于清除粘附在成球盤面上的物料，減小了成球盤的運轉(zhuǎn)阻力和提高了刮刀的使用壽命。另外采用十爪無動力刮刀，即在五邊形刮刀盤各邊中間多裝配一根刮刀桿，其優(yōu)越性更加突出。刮刀底焊YT15-A325銅焊合金，作為刀頭。刮刀與盤邊盤底距離保持3—8cm。設(shè)計一五等分支架，可用角鋼（5#和6#）焊接，然后焊卡板把刮條固定在支架上。
3盤式預(yù)加水成球機綜合參數(shù)計算
3.1 生產(chǎn)能力計算
根據(jù)參考文獻(xiàn)[21]，可知預(yù)加水盤式成球法的生產(chǎn)經(jīng)驗公式如下：
G=（1.5～2.0）D2 （3-1）
D—成球盤直徑，m；
G—生產(chǎn)能力，KW。
已知G= Q= 25t/h, 求得D≈3.6m。
3.2 功率計算
根據(jù)參考文獻(xiàn)[21]，可知預(yù)加水盤式成球所需功率相對滴水成球的小，其經(jīng)驗公式如下：
N=（1.2～1.5）D2 （3-2）
D—成球盤直徑，m；
N—成球盤所需功率，KW。
由D=3.6m，N=（1.2～1.5）×3.62KW=（15.6～19.44）KW
根據(jù)參考文獻(xiàn)[25]，可知預(yù)加水盤式成球功率計算公式：
No=0.2KHR2nγ （3-3）
No—成球盤傳動所需功率，KW；
K—刮刀阻力系數(shù)，當(dāng)采用固定刮刀時，K=1.5；
γ—料球體積密度；
η—機械傳動效率，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
電機功率：N=K1 No （3-4）
K1——備用系數(shù)，一般K1=1.2～1.5。
D較大時取低值，反之取高值。取K1=1.4。
N=1.4×11.52KW=16.14KW
主機功率取N=18.5KW
3.3 成球機盤高計算
根據(jù)參考文獻(xiàn)[25]，可知預(yù)加水盤式成球機盤高計算公式：
H=（0.16～0.2）D （3-5）
H—盤邊高，m；
D—盤直徑，m。
由D=3.6m
H=（0.16～0.2）×3.6m=（0.576～0.72）m
3.4 成球機轉(zhuǎn)速計算
根據(jù)參考文獻(xiàn)[25]，可知預(yù)加水盤式成球機盤體臨界轉(zhuǎn)速計算公式：
nKP= （3-6）
D—圓盤直徑，m;
nKP—圓盤臨界轉(zhuǎn)速，r/min。
取α=49o、f=tg35 o=0.7
nKP=r/min=12.15r/min
可知預(yù)加水盤式成球盤為全盤成球，圓盤工作轉(zhuǎn)速計算公式如下：
nP= （3-7）
nP—工作轉(zhuǎn)速，r/min。
nP= r/min =12.122r/min
3.5 圓盤傾角計算
根據(jù)參考文獻(xiàn)[25]，取預(yù)加水盤式成球機盤體傾角為45o～55o。
3.6 料球運動基本方程
查根據(jù)參考文獻(xiàn)[25]，可知預(yù)加水盤式成球機料球運動基本方程：
圖3-1 料球受力圖
cosβ≈ （3-8）
R—圓盤半徑，m；
n—圓盤轉(zhuǎn)速，r/nim；
α—圓盤與水平面的傾角，度；
f—料球與盤面的摩擦系數(shù)；
β—料球脫離角，度。
cosβ≈=0.975
得β=12.94
根據(jù)參考文獻(xiàn)[22]，根據(jù)預(yù)加水盤式成球機是全盤成球，在計算存料體積上有公式（5-48）：
V==0.833=0.208 （3-9）
H—盤邊高，m;
V—盤內(nèi)存料量的體積，m3。
取H=0.6m
V=0.208×0.6×3.62m3=1.62 m3
存料量公式：q=Vρ （3-10）
ρ—盤內(nèi)物料的密度，水泥生料ρ=1.2t/ m3
q=1.62×1.2t=1.94t
盤內(nèi)物料中心坐標(biāo)計算：
根據(jù)參考文獻(xiàn)[22]，坐標(biāo)公式：
圖3-2 盤體重心坐標(biāo)圖
ξ= （3-11）
δ= （3-12）
由tgφ= （3-13）
V=0.833HR2 （3-14）
X=ξ=
Y=δ=
盤式預(yù)加水成球機提升功率：
N1=0.0482nHD3=0.0482×11.7×0.6×3.63=15.78KW<16.05KW
4 機械傳動裝置的總體設(shè)計
4.1 選擇電機
4.1.1 選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)形式
按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機，為臥式封閉結(jié)構(gòu)。
4.1.2 選擇電動機的容量
選擇電動機額定功率Pm，使Pm=（1～1.3）Po，根據(jù)參考文獻(xiàn)[32]第二篇第二十章取Pm=18.5KW。
4.1.3 確定電動機轉(zhuǎn)速
工作機轉(zhuǎn)速nw=12.12r/min。按參考文獻(xiàn)[32]第二篇第十一章推薦的傳動比合理范圍，取V帶傳動的傳動比i帶=2～4，單級圓柱齒輪傳動比i齒=3～6，取齒輪傳動比i齒’=2，總傳動比的合理范圍i’=36～288，故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為nm=i’ nw=(36～288)×12.12r/min=（436.32～3490.56）r/min。符合這一轉(zhuǎn)速范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min四種。由標(biāo)準(zhǔn)查出四種適用的電動機型號，因此有三種傳動比方案，如表（4-1）所列：
表4-1 方案參數(shù)表
方案
電機型號
額定功率Pm/KW
電動機轉(zhuǎn)速r/min
電動機質(zhì)量/Kg
傳動裝置的傳動比
同步
滿載
總傳動比
V帶傳動
減速機
齒輪
1
Y160L-2
18.5
3000
2930
147
247.5
3.5
40
1.77
2
Y180M-4
18.5
1500
1470
182
123.8
3
20
2.06
3
Y200L1-6
18.5
1000
970
220
82.5
2.5
16
2.06
4
Y225S-8
18.5
750
730
270
61.9
2
16
1.93
綜合考慮電動機和 傳動裝置的尺寸、結(jié)構(gòu)和帶傳動及減速機的傳動比，方案2比較合適，所以選定電機的型號為Y180M-4。
查參考文獻(xiàn)[32]得Y180M-4電動機外觀尺寸：
H=、AC=380、AD=285、L=670、C=121、B=241、A=279、AB=355、HD=430、K=15、D=48k6、F=14、G=42.5、E=110。
4.2 選擇減速機
根據(jù)參考文獻(xiàn)[34]，得到為重型，許用功率P1=60KW>18.5KW的圓柱齒輪傳動減速機有ZQ65-20、ZQH65-20（JB1585-75）。
查參考文獻(xiàn)[34]得ZQ65-20減速機規(guī)格尺寸：
中心距：a=650、a1=250、a2=400；中心高：Hc=；最大外形尺寸：L=1278、B=470、H=700；高速軸：B1=430；低速軸：B2=430、B3=342、L1=830、L2=183、L3=495；主動軸：d1=60、d2=110、L1=290、L2 =108、K1=32.5、b1=18、B1=420；被動軸：d3=110、d4=125、L3=265、L4=165、t2=127、b2=36、B2=452。
4.3 計算傳動裝置的各參數(shù)
4.3.1 計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比
4.3.1.1 傳動裝置的總傳動比為i=123.8
4.3.1.2 分配各級傳動比
i帶=3、i減速機=20、i齒輪=2.06
4.3.2 計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)
4.3.2.1 各軸轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸：nⅠ= （4-1）
=
Ⅱ軸：nⅡ= （4-2）
Ⅲ軸：nⅢ= （4-3）
4.3.2.2 各軸功率
Ⅰ軸：PⅠ=POηOⅠ=POη帶 （4-4）
=18.5×0.95KW=17.58KW
Ⅱ軸：PⅡ=PⅠηⅠⅡ=PⅠη軸承η1齒輪η軸承η2齒輪 （4-5）
=17.58×0.99×0.98×0.99×0.98KW=16.54KW
Ⅲ軸：PⅢ=PⅡηⅡⅢ=PⅡη軸承η3齒輪=P盤 （4-6）
=16.54×0.99×0.98KW=16.05KW
4.3.2.3 各軸轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸：TⅠ= （4-7）
Ⅱ軸：TⅡ= （4-8）
Ⅲ軸：TⅢ= （4-9）
=T盤
將運動和動力參數(shù)計算結(jié)果進(jìn)行整理并列于下表（4-2）:
表4-2 各軸參數(shù)表
參 數(shù)
軸 名
電動機軸
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
轉(zhuǎn)速n/r·min-1
1440
480
24
11.7
功率P/KW
18.5
17.58
16.54
16.05
轉(zhuǎn)矩T/N·m
122.69
349.77
6581.54
13100.64
傳動比i
3
20
2.06
效率η
0.95
0.94
0.97
5 機械傳動件設(shè)計（以下所有公式來自于參考文獻(xiàn)[31]）
5.1 皮帶傳動設(shè)計
設(shè)計一V帶傳動。已知該傳動為帶式傳動系統(tǒng)中的高速級傳動,所需傳動功率P=18.5KW, 由Y系列三相異步電動機驅(qū)動, 轉(zhuǎn)速n1=1440r/min, 從動輪轉(zhuǎn)速n2=480r/min。
5.1.1 選擇V帶型號
查表4.6得工作情況系數(shù)KA=1.4，由式（4.22）
PCA=KAP （5-1）
=1.4×18.5KW=25.9KW
按PCA=25.9KW、n1=1440r/min查圖4.11選C型V帶。
5.1.2 確定帶輪直徑dd1、dd2
5.1.2.1 選取小帶輪直徑dd1
參考圖4.11及表4.4，選取小帶輪直徑dd1=224mm
5.1.2.2 驗算帶速
由式（4.8）：
V= （5-2）
在5～25m/s內(nèi)，合適。
5.1.2.3 確定從動帶輪直徑dd2
dd2=i dd1 （5-3）
=3×224mm=672mm
查表4.4，取dd2=670mm
5.1.2.4 計算實際傳動比i
i = （5-4）
5.1.2.5 驗算從動輪實際轉(zhuǎn)速
（5-5）
（481.6-480）/480×100%=0.3%<5% 允許。
5.1.3 確定中心矩a和帶長Ld
5.1.3.1 初選中心矩a0
由式（4.23）： （5-6）
0.7×（224+670）mm≤a0≤2×（224+670）mm
625.8mm≤a0≤1788mm 取a0=1100mm
5.1.3.2 求帶的計算基準(zhǔn)長度L0
由式（4.24）：
L0 =2a0+ （5-7）
L0=
查表4.2得 Ld =3150mm
5.1.3.3計算中心矩a
由式（4.25）：
（5-8）
5.1.3.4 確定中心矩調(diào)整范圍
由式（4.26）：
（5-9）
（5-10）
5.1.4 驗算小帶輪包角
由式（4.12）：
（5-11）
合適。
5.1.5 確定V帶根數(shù)z
5.1.5.1 確定額定功率P0
由、及查表4.5得單根C型V帶的額定功率分別為6.71KW和7.47KW，用線性插值法求n1=1440r/min時的額定功率P0 值：
5.1.5.2確定V帶根數(shù)z
由式（4.28）： （5-12）
確定 △：查表4.7得 △
確定包角系數(shù)：查表4.8得 =0.92
確定長度系數(shù)：查表4.2得 =0.97
計算V帶根數(shù)z： 取z=4根合適
5.1.6 計算單根V帶初拉力
查表4.1得 q=0.30Kg/m
由式（4.29）：
（5-13）
5.1.7 計算對軸的壓力
由式（4.30）：
（5-14）
5.1.8 確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制帶輪工作圖、
，采用輻板式，工作圖見附錄8。
，采用輻條式（），工作圖見附錄7。
5.2 齒輪傳動設(shè)計
設(shè)計一對直齒圓柱齒輪傳動。已知輸入功率P=16.54KW，小齒輪轉(zhuǎn)速，齒數(shù)比μ=2.06，電動機驅(qū)動，工作壽命10年，每年工作300天，三班制，工作輕微沖擊，齒輪轉(zhuǎn)向不變。
5.2.1 選擇齒輪材料熱處理方法、精度等級，齒數(shù)、及齒寬系數(shù)
考慮到該功率較大，故大、小齒輪都選用40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為250HBS、280HBS，屬硬齒面半開式傳動，載荷輕微沖擊，齒輪速度不高，初選7級精度，小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)，取，按硬齒面齒輪懸臂布置安裝查表6.5，取齒寬系數(shù)。
5.2.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
由式（6.11）： （5-15）
5.2.2.1 確定公式中參數(shù)
a. 載荷系數(shù)： 試選=1.5
b. 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： =6581.54=6.58
c. 材料系數(shù)： 查表6.3得 =189.8
d. 大、小齒輪的接觸疲勞強度極限、
按齒面硬度查圖6.8得
e. 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
（5-16）
（5-17）
f. 接觸疲勞壽命系數(shù)
查圖6.6得
g. 確定許用接觸應(yīng)力
取安全系數(shù)
（5-18）
（5-19）
5.2.2.2 設(shè)計計算
a. 試算小齒輪分度圓直徑
取
b. 計算圓周速度v
（5-20）
c. 計算載荷系數(shù)K
查表6.2得使用系數(shù)；
根據(jù)v=0.35m/s，7級精度查圖6.10得動載系數(shù)；
查圖6.13得
則K= （5-21）
d. 校正分度圓直徑
由式（6.14）： （5-22）
5.2.2.3 計算齒輪傳動的幾何尺寸
a. 計算模數(shù)m
（5-23）
按標(biāo)準(zhǔn)取模數(shù)m=16mm。
b. 兩輪分度圓直徑
（5-24）
（5-25）
c. 中心矩a
（5-26）
d. 齒寬
（5-27）
取
由公式：～10）mm （5-28）
取
e. 齒高h(yuǎn)
（5-29）
5.2.3 校核齒根彎曲疲勞強度
由式（6.12）： （5-30）
5.2.3.1 確定公式中各參數(shù)值
a. 大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限
查圖6.9，取、
b. 彎曲疲勞壽命系數(shù)
查圖6.7，取
c. 許用彎曲應(yīng)力
取定彎曲疲勞安全系數(shù)，應(yīng)力修正系數(shù)得
（5-31）
（5-32）
d. 齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)
查表6.4得：
e. 計算大小齒輪的和，并加以比較取其中大值代入公式計算
小齒輪的數(shù)值大，應(yīng)按小齒輪校核齒根彎曲疲勞強度
5.2.3.2 校核計算
彎曲疲勞強度夠。
5.2.4 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖見附錄5與附錄6
5.3 Ⅲ軸設(shè)計及校核
5.3.1 Ⅲ軸設(shè)計
已知輸入大齒輪旋轉(zhuǎn)方向從左向右看為順時針，單向旋轉(zhuǎn)。。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ
圖5-1 Ⅲ軸結(jié)構(gòu)圖
Ⅳ—Ⅴ段軸身的長度：為使密封蓋與軸身有良好的密封效果，減小摩擦，取。5.3.1.1 確定軸上零件的裝配方案
為方便表示，記軸的左端面為Ⅰ，并從左向右每個截面變化處依次標(biāo)記為Ⅱ、Ⅲ、，對應(yīng)每軸段的直徑和長度則分別記為和
5.3.1.2 確定軸的最小直徑
Ⅰ—Ⅲ軸段主要受轉(zhuǎn)矩作用，直徑最小。
a. 估算軸的最小直徑
45鋼調(diào)質(zhì)處理，查表11.3確定軸的C值 取C=112
（5-33）
雙鍵槽軸徑應(yīng)增大10%～14%，即增大至136.4mm～141.36mm，取=138mm
b. 確定軸的最小直徑
應(yīng)滿足，取
5.3.1.3 確定各軸段的尺寸
Ⅰ—Ⅱ段軸頭的長度：為了保證大齒輪的軸向定位的可靠性，應(yīng)略小于，取
Ⅱ—Ⅲ段軸身的直徑：Ⅱ處軸肩高h(yuǎn)=(0.07～0.1)d=(9.8～14)mm，又因軸肩有承受軸向力，故取h=11mm
則。 （5-34）
Ⅱ—Ⅲ段軸身的長度：取
Ⅲ—Ⅳ段，選擇軸承型號：取，查參考文獻(xiàn)[35]，選用型號為角接觸球軸承7232AC，其內(nèi)徑d=160mm、外徑D=290mm、寬度B=48mm、額定載荷Cr=262KN、Cor=298KN。
Ⅳ—Ⅴ段軸身的直徑：為方便安裝及減小摩擦應(yīng)略大于，取。
Ⅴ—Ⅵ段軸身的直徑：為減小加工時車削的背吃刀量，應(yīng)略大于，取=175mm。
Ⅴ—Ⅵ段軸身的長度：取=1179mm。
5.3.1.4 軸上零件的周向固定
齒輪與軸的周向固定：采用雙鍵連接，軸承與軸的周向固定采用過渡配合。
齒輪處的雙鍵選擇：查參考文獻(xiàn)[32]普通平鍵（GB/T1096—1979），選型為A型36×20×160，即鍵36×160 GB/T1096—0979。
齒輪輪轂與軸的配合：為了保證對中良好，采用較緊的過渡配合，配合為H7/k6。
滾動軸承與軸的配合：采用較緊的過盈配合，軸徑尺寸公差為h6。
5.3.1.5 確定倒角和圓角的尺寸
軸兩端的倒角：根據(jù)軸徑查手冊，去倒角為2×45o。
各軸肩出圓角半徑：考慮應(yīng)力集中的影響，由軸段直徑查手冊，取裝配圓角R1，其他圓角R2。
5.3.1.6 繪制軸的結(jié)構(gòu)裝配圖：見附錄4。
5.3.2 Ⅲ軸強度校核
估算盤體與存料共重38KN。
5.3.2.1 求軸上載荷
a.計算齒輪受力
齒輪的分度圓直徑：
圓周力： （5-35）
徑向力： （5-36）
合力： （5-37）
（5-38）
=10.9KN
b. 求支反力
軸承支點位置：
齒寬中心距左支點距離：
齒寬中心距右支點距離：
圖5-2 軸向受力圖 圖5-3 軸截面受力圖
左支點的支反力：
（5-39）
=12.9
右支點的支反力：
（5-40）
5.3.2.2 繪制軸力圖和彎矩圖
圖5-4 軸力圖和彎矩圖
5.3.2.3彎矩強度校核
通常只校核軸上最大彎矩截面的強度：危險截面為A
截面A處彎矩：
截面A處計算應(yīng)力： （5-41）
強度校核：45號鍛鋼調(diào)質(zhì)處理，由表11.2查得
彎矩強度滿足要求。
5.3.2.4 軸向壓應(yīng)力強度校核
通常只校核軸上受壓應(yīng)力軸徑最小的截面強度，?、颉蠖稳我唤孛?
截面處壓力：
截面處計算應(yīng)力： （5-42）
強度校核：45號鍛鋼調(diào)質(zhì)處理，由表11.2查得
抗壓強度滿足。
5.4 軸承校核
現(xiàn)選一對角接觸球軸承7232AC，軸轉(zhuǎn)速n=12.12r/min，軸向力，徑向負(fù)荷分別為。工作時有中等沖擊，脂潤滑，正常工作溫度，預(yù)期壽命100000h。
5.4.1 確定7232AC軸承的主要性能參數(shù)
查參看文獻(xiàn)[35]得
5.4.2 計算派生軸向力
（5-43）
（5-44）
5.4.3 計算軸向負(fù)荷
圖5-5 軸承支承圖
故軸承Ⅱ被壓緊，軸承Ⅰ被放松，得：
（5-45）
5.4.4 確定系數(shù)
查表8.10得
5.4.5 計算當(dāng)量動負(fù)荷
（5-46）
5.4.6 計算軸承壽命
已知ε=3，查表8.7、8.8得：
（5-47）
5.4.7 驗算軸承是否合適
該軸承合格。
5.5 雙鍵（Ⅲ軸）設(shè)計校核（普通平鍵）
已知T=13100.64N·m、d=138mm、k=h/2、l=160mm。
由公式（12.1）： （5-48）
查表12.1得：靜連接鋼質(zhì)輪轂沖擊狀態(tài)下
查參考文獻(xiàn)[32]表12.25得：選用36×20的鍵
即h=20mm, k=h/2=20/2mm=10mm
故該雙鍵選型滿足強度要求。
5.6 盤體固定螺栓校核
已知主軸轉(zhuǎn)矩
查公式（13.6）得： （5-49）
（5-50）
比較得，取 （5-51）
查得公式（13.24）： （5-52）
查表（13.4）得
查表（13.8）得
(5-53)
取m=1
滿足強度要求。
6 傳動機構(gòu)的密封潤滑
6.1 密封
采用預(yù)加水成球新工藝，優(yōu)點之一就是作業(yè)區(qū)基本無粉塵污染。但是，立窯水泥生產(chǎn)工藝，仍然存在粉塵污染比較嚴(yán)重的問題，水泥機械設(shè)備出在粉塵污染較嚴(yán)重的工作環(huán)境下運轉(zhuǎn)。為了減少運動部件的磨損，延長使用壽命，預(yù)加水成球裝備在密封上采用了一些必要的裝置。
6.1.1 齒輪傳動防塵密封
如果灰塵進(jìn)入傳動齒輪上，不僅造成齒輪傳動精度降低，噪聲增大，而且由于灰塵的吸濕性，用于潤滑齒輪的潤滑油被灰塵吸收，齒輪處于干摩擦狀態(tài)下工作，造成齒輪齒面的磨損加劇。
為了減少齒輪的磨損，提高齒輪的嚙合精度，延長齒輪的使用壽命，應(yīng)對傳動齒輪加齒輪罩裝置。這些裝置不可隨意拆除。
6.1.2 皮帶輪傳動部分防塵密封
若灰塵飛落在皮帶輪槽內(nèi)，并有部分灰塵粘附在輪槽兩側(cè)面上，與皮帶和輪槽側(cè)面接觸，產(chǎn)生摩擦，使磨損嚴(yán)重。
為了減少皮帶與皮帶輪的磨損，提高皮帶傳動的平穩(wěn)性，同時也從安全防護(hù)考慮，需對皮帶傳動部分加皮帶輪罩，可起防塵密封作用。這些裝置也不能隨意拆除。
6.2 潤滑
水泥生產(chǎn)工藝有很強的連續(xù)性，要求運轉(zhuǎn)率高，然而水泥廠多數(shù)設(shè)備是在粉塵大、溫度高、潤滑和密封都不好的條件下工作。因此，做好設(shè)備的潤滑保養(yǎng)，不但可以避免不應(yīng)有的設(shè)備事故，提高運轉(zhuǎn)率，延長零部件的使用壽命，而且還可以減少設(shè)備維修費用。
6.2.1 齒輪潤滑
6.2.1.1 減速機齒輪潤滑
冬季選用90號工業(yè)齒輪油；夏季選用120號工業(yè)齒輪油。
6.2.1.2 傳動齒輪副潤滑
冬季選用2#號開式齒輪油；夏季選用3#號開式齒輪油。
6.2.2 軸承潤滑
選用鈣鈉潤滑脂：冬季選用1號；夏季選用2號。
7預(yù)加水盤式成球機的總體設(shè)計
機架：機架主要采用的型材有10mm切割鋼板及20號的切割槽鋼焊接而成，其中焊接有鉸孔套。前腳座主要由45mm和60mm的切割及鋼板鍛壓件焊接而成。后腳座由45mm、10mm和30mm切割鋼板焊接而成。節(jié)頭座由180mm的切割圓鋼和15mm及20mm的切割鋼板焊接而成。節(jié)頭座與機架體之間采用焊接連接。而機架體和前腳座由前腳銷定位連接形成轉(zhuǎn)動副。后腳座與機架體采用螺栓螺母連接固定。在調(diào)角器調(diào)至一個角度后，用螺栓螺母將機架體和后腳座固定。
調(diào)角系統(tǒng)：采用蝸輪蝸桿連接和螺紋連接起到調(diào)節(jié)高度和鎖定高度的作用。
傳動機構(gòu)：傳動機構(gòu)所采用的傳動方式為：電機à皮帶àZQ減速機à直齒輪副à成球盤。其中電動機采用Y180M-4，減速機采用ZQ65-20，軸承采用7232AC及軸承座采用整體式軸承座。皮帶輪采用HT200材料鑄件精加工而成，而齒輪采用40Cr材料鑄件精加工而成。主軸采用45號鍛鋼精加工而成。盤體主要由8mm鋼板、10mm切割鋼板及10號工字鋼切割和托盤等焊接而成。采用可調(diào)盤高式結(jié)構(gòu)。
刮刀系統(tǒng)：刮刀系統(tǒng)采用無動力刮刀。支架采用180mm的圓鋼、20mm及15mm的切割鋼板焊接而成。刮刀盤采用5爪方刀桿合金刀頭結(jié)構(gòu)，并且采用飛輪來調(diào)節(jié)刮刀盤工作時的轉(zhuǎn)速。
圖7-1 預(yù)加水盤式成球機結(jié)構(gòu)圖
8 預(yù)加水盤式成球機的使用維護(hù)和修理
8.1 預(yù)加水盤式成球機的使用維護(hù)
維護(hù)中應(yīng)注意如下事項：
a. 每班傳動齒輪涂抹潤滑油2～3次，保持工作齒面的潤滑。
b. 每班認(rèn)真檢查一次件速機，注意齒輪嚙合聲響是否正常，軸承溫升是否正常（不超過350C）。
c. 經(jīng)常檢查傳動三角皮帶松弛程度，是否有打滑現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)打滑現(xiàn)象應(yīng)及時調(diào)緊。
d. 經(jīng)常檢查底刮刀和側(cè)邊刮刀與盤面的間隙，如發(fā)現(xiàn)間隙超出允許范圍時，應(yīng)及時調(diào)整。如無法調(diào)整時（例如刮刀頭磨損嚴(yán)重），則應(yīng)更換新的刮刀。
e. 主軸的滾動軸承在工作時要承受較大的徑向和軸向負(fù)荷，其游隙必須適當(dāng)。應(yīng)經(jīng)常檢查軸承的運轉(zhuǎn)情況，尤其應(yīng)注意上端軸承的運轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)成球機有振動時，應(yīng)考慮調(diào)整軸承的游隙。
f. 經(jīng)常檢查減速機潤滑油的油面位置是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。一般每個月檢查一次，如發(fā)現(xiàn)漏油應(yīng)及時處理，并及時補足油量。
g. 如盤底加焊鋼板網(wǎng)應(yīng)定期檢查鋼板網(wǎng)是否有脫焊現(xiàn)象，以免因凸起變形而與刮刀相碰，造成損壞刮刀頭或因增大阻力而燒壞電機。
h. 盤面磨損后，將會逐漸產(chǎn)生較大的變形，盤邊也隨之產(chǎn)生變形，運轉(zhuǎn)振動增大，扁擺現(xiàn)象嚴(yán)重，此時應(yīng)更換新盤。
8.2 預(yù)加水盤式成球機的修理與修理周期
8.2.1 小修理
一般經(jīng)過一個月的運轉(zhuǎn)后，要進(jìn)行一次小修，時間安排為8～9小時。
a. 清理盤面和盤邊的殘存粘結(jié)物料。
b. 更換已磨損的刮刀，并調(diào)整好安裝位置。
c. 檢查減速機的潤滑情況，發(fā)現(xiàn)潤滑油（脂）不清潔或潤滑油失效，要進(jìn)行更換新的潤滑油（脂）。
d. 更換或修復(fù)不通或損壞的加油嘴、加油杯等。
e. 緊固及檢查所有的連接螺絲。
以上修理內(nèi)容可以利用停電、待料、庫滿，及搶修主機故障的機會，穿插進(jìn)行。
8.2.2 中修理
成球機經(jīng)過半年的運轉(zhuǎn)，要進(jìn)行一次中修，時間2～3個工作日。
a. 進(jìn)行小修理的主要內(nèi)容。
b. 清洗減速機，軸承家潤滑油（脂），根據(jù)潤滑油的情況，進(jìn)行更換或過濾。
c. 檢查高速齒輪的磨損情況，及軸承的間隙，并做好記錄，磨損嚴(yán)重的要進(jìn)行更換。
d. 更換老化或開列損壞的三角皮帶并予調(diào)整找正。
e. 整修變形的盤邊。
f. 檢查大小齒輪齒面接觸情況。
g. 密封易漏油的接合處，清除漏油現(xiàn)象。
8.2.3 大修理
成球機運轉(zhuǎn)一年后，要進(jìn)行大修，時間安排10～15個工作日。
a. 進(jìn)行中修理的主要內(nèi)容。
b. 全部進(jìn)行解體落地，零部件清洗后進(jìn)行技術(shù)測量。
c. 更換已磨損的盤面、刮刀、齒輪和軸承。主軸裝配處如已磨損嚴(yán)重，要進(jìn)行噴鍍修理或更換。
d. 減速機進(jìn)行解體清洗，更換已磨損嚴(yán)重的高速齒輪及軸承，根據(jù)潤滑油情況進(jìn)行更換或過濾。
e. 電機解體保養(yǎng)、清洗軸承，并加潤滑油（脂），加量要適宜，大約加至整體腔體的2/3左右。
f. 修正已變形的支架、刮刀架等。
g. 按技術(shù)、工藝要求裝配好后，經(jīng)過空載試運轉(zhuǎn)，無異常現(xiàn)象，然后進(jìn)行除銹，除垢。
h. 底刮刀軌跡校驗。
9 結(jié)論
YQP36盤式預(yù)加水成球機主要抓住最新的預(yù)加水小料球快速煅燒技術(shù)來提高立窯水泥生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量。它的主要創(chuàng)新特點在于無動力刮刀系統(tǒng)。通過飛輪來調(diào)節(jié)底邊刮刀和側(cè)邊刮刀的轉(zhuǎn)速以防止刮刀被料球卡死。同時它也可根據(jù)客戶需要拆除飛輪改裝成為動力刮刀。
本專機由于廠方考慮成本的問題，對YQP36盤式預(yù)加水成球機采用了人工調(diào)角。在以后的改裝中調(diào)角系統(tǒng)可以改裝成為液壓調(diào)節(jié)式，這樣更大的減輕工人的工作量。因而適用范圍更大，性能也將大大提高。
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附 錄
1.YQP36總裝圖 YQP36-00-00 A0
2.YQP36 機架部件圖 YQP36-01 A1
3.YQP36盤體部件圖 YQP36-02-01