安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 1 頁1 緒論1.1 磁性材料1.1.1 磁性材料工業(yè)現(xiàn)狀1、產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)值不適配目前，我國的磁性材料工業(yè)在產(chǎn)量方面已經(jīng)初具規(guī)模，根據(jù)本行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，1998 年我國的永磁鐵氧體銷售量約 11.5 萬噸（其中粘結(jié)鐵氧體 0.5 萬噸），出口約 6.5 萬噸。軟磁鐵氧體銷售量約 4.2 萬噸（其中偏轉(zhuǎn)磁芯約 1 萬噸），出口約 1萬噸。稀土釹鐵硼成品銷售約 4100 噸，鋁鎳鈷約 2000 噸。中低檔產(chǎn)品占據(jù)了較大的國際市場，但在高檔產(chǎn)品方面還沒有形成較強(qiáng)的實(shí)力，缺少國際競爭能力。從行業(yè)整體來看，我國的磁性工業(yè)與國外先進(jìn)國家相比，存在著管理水平低、制造工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量差和產(chǎn)品檔次低的問題。2、磁性產(chǎn)品性能偏低 國內(nèi)的磁性材料產(chǎn)品的大部分集中在低檔次，缺少參與國際市場競爭的能力。另外，價(jià)格低廉，贏利極微薄。永磁鐵氧體以揚(yáng)聲器磁體為主，產(chǎn)品性能在 Y30 以下。電揚(yáng)磁瓦的性能在 Y30H－1，但大批量生產(chǎn)時(shí)性能不夠穩(wěn)定。軟磁鐵氧體的產(chǎn)品集中在消費(fèi)類產(chǎn)品，工業(yè)類磁芯的產(chǎn)量較少。大批量生產(chǎn)的功率鐵氧體材料的性能相當(dāng)于日本 TDK 產(chǎn)品的 PC30 版號；高磁導(dǎo)率鐵氧體的 μ 在 6000 左右。少數(shù)企業(yè)能小批量生產(chǎn) PC40 牌號和磁導(dǎo)率達(dá)到 10000 以上的產(chǎn)品。釹鐵硼磁體的生產(chǎn)性能一般在 N35 左右（磁能積為 35MGOE），N40 以上和高矯頑力牌號 N38H。N32SH 的只有少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)。國外推出的新牌號已經(jīng)達(dá)到 N50，N48H。3、生產(chǎn)工藝和設(shè)備相對落后 目前，我國的磁性材料專用設(shè)備銷售總額達(dá)到 1.43 億元，能提供成套成線的磁性材料生產(chǎn)設(shè)備?！笆濉逼陂g我國磁性材料的性能和檔次將會(huì)有新的提高，同時(shí)，由于國內(nèi)外競爭激烈，要求產(chǎn)品成本不斷降低。為此，磁性材料專用設(shè)備應(yīng)開發(fā)自動(dòng)化程度高，低能耗和高效率的設(shè)備。工裝設(shè)備的改善，可使磁性產(chǎn)品提高一個(gè)檔次，采用自動(dòng)化程度高的連續(xù)生產(chǎn)線，能減少人為因素的影響，保證產(chǎn)品的一致性。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 2 頁1.1.2 我國磁性材料工業(yè)發(fā)展前景磁性材料是各種電子產(chǎn)品主要的配套產(chǎn)品，無論是消費(fèi)類家電產(chǎn)品和工業(yè)類整機(jī),如計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、汽車以及國防工業(yè)均離不開磁性材料。據(jù)專家分析，世界磁性材料市場將以 15%的年增長率發(fā)展，我們在表 2 列出各類磁性材料世界增長情況。今后 5 年內(nèi)，中國的磁性材料工業(yè)主要將在質(zhì)量和性能方面得以提高，在產(chǎn)量方面增長的速度會(huì)較慢。同時(shí)，一些發(fā)達(dá)國家以及港臺地區(qū)的磁性材料工業(yè)向中國轉(zhuǎn)移?？偖a(chǎn)量要突破預(yù)測的數(shù)字。1、世界磁性材料市場發(fā)展現(xiàn)在世界汽車產(chǎn)量為 4900 萬輛左右，按每輛汽車使用電機(jī)數(shù)從目前的 20 只，到 2005 年增加到 30 只，預(yù)測需要電機(jī)從 8 億只增加到 16 億只。隨著汽車生產(chǎn)量和使用揚(yáng)聲器數(shù)量的增加，汽車用的揚(yáng)聲器產(chǎn)量從目前的 1.6 億只增加到 2.3 億只，增加的量均在 1 倍左右。預(yù)測需要鐵氧體永磁從目前的 15 萬噸增加到 25 萬噸。從發(fā)展看，亞太地區(qū)的產(chǎn)量將增加較快。由于汽車向小型化和輕量化發(fā)展，以及為了保護(hù)環(huán)境采用非汽油驅(qū)動(dòng)汽車，需要應(yīng)用新材料提高電機(jī)的功能和減小尺寸，促使各向?qū)辰Y(jié)釹鐵硼磁體的發(fā)展將會(huì)加快。假如，汽車中有 50%采用粘結(jié)釹鐵硼磁體，如雨刷電機(jī)、窗沖洗電機(jī)、反光鏡電機(jī)、門鎖和座位調(diào)節(jié)電機(jī)等方面應(yīng)用，就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體 102 克／輛。到 2005 年，世界生產(chǎn)汽車以 5540 萬輛計(jì)算，就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體 5540 噸。估計(jì)到 2005 年世界永磁體的產(chǎn)值將超過 100 億美元。計(jì)算機(jī)發(fā)展帶動(dòng)了相關(guān)配套元件的發(fā)展，磁盤、光盤驅(qū)動(dòng)器和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)頭是西使用釹鐵硼最大的一個(gè)方面。顯示器需要各種高檔次鐵氧體軟磁、多媒體音響對永磁材料的需求量也是很大的。隨著信息時(shí)代到來，近幾年工業(yè)發(fā)達(dá)國家正形成計(jì)算機(jī)進(jìn)入家庭的熱潮。據(jù)美國市場調(diào)查，1996 年全世界家用 PC 機(jī)總銷量達(dá) 2000 萬臺，2000 年將達(dá) 4000 萬臺，2005 年約達(dá) 8000 中。通訊業(yè)的發(fā)展，電話和移動(dòng)電話裝置需要越來越多的抗干擾磁芯、片式微型化電感，以及傳聲器和揚(yáng)聲器，這對軟磁和永磁材料帶來了良好的市場。 總之，從市場發(fā)展看，到 21 世紀(jì)全球市場發(fā)展將比目前翻一番，相應(yīng)的磁性材料發(fā)展前景是樂觀的；但是，信息產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展需求是高檔磁性材料配套，所以落實(shí)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略，開發(fā)高檔磁性材料產(chǎn)品占領(lǐng)國際市場是當(dāng)務(wù)之急的頭等大事。 2、國內(nèi)磁性材料市場發(fā)展 根據(jù)原電子部的 21 世紀(jì)規(guī)劃目標(biāo)來看，電子產(chǎn)品的趨勢大約總體在 15%。規(guī)劃目標(biāo)程控交換機(jī) 80000 萬線、移動(dòng)通信電話手機(jī) 3000 萬部、彩電 6000 萬臺、黑白電視機(jī) 1500－1600 萬臺、錄像機(jī) 440 萬部。根據(jù)汽車行業(yè)的發(fā)展，規(guī)劃“九五”末產(chǎn)量達(dá) 400 萬輛，其中轎車 120－130 萬輛，預(yù)計(jì)配套電機(jī) 1500 萬套。品種有搖窗電機(jī)、空調(diào)電機(jī)、油泵電機(jī)、儀表電機(jī)、門鎖電機(jī)、刮水器電機(jī)、散熱風(fēng)扇電機(jī)、起動(dòng)電機(jī)及發(fā)電機(jī)。預(yù)計(jì) 2005 年摩托車總產(chǎn)量突破 1500 萬輛，需要起動(dòng)電機(jī) 1000安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 3 頁萬套／年。據(jù)電聲行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，21 世紀(jì)初國內(nèi)市場將需揚(yáng)聲器 12 億只，受話器 3.6 億只，耳機(jī) 300 萬付。世界電聲器件市場需要配套揚(yáng)器 33 億只，送受話器約4 億只，傳聲器約 2.9 億只,要滿足和達(dá)到配套能力，磁體需要量是很大的。隨著環(huán)境保護(hù)的要求，發(fā)展無油汽車、摩托車是世界發(fā)展方向，這將對稀土永磁體的發(fā)展帶來廣闊的市場。為了減少發(fā)電廠二氧化硫的排放量，國際上實(shí)施“綠色照明工程”來節(jié)電，從而達(dá)到減少發(fā)電量；所以節(jié)能燈的應(yīng)用在國外發(fā)展很迅速，這也是我國的一項(xiàng)重大工程。節(jié)能燈的發(fā)展，需要使用大量高檔的鐵氧體軟磁濾波磁芯、抗干擾磁芯等；根據(jù)專家分析，如我國全面推廣使用節(jié)能燈，需求量將在 5億支左右。 根據(jù)本行業(yè)的專家分析，2005 年本行業(yè)鐵氧體永磁市場將達(dá)到 21 萬噸左右，鐵氧體軟磁市場將達(dá)到 9.4 萬噸左右，稀土磁體約 8000 噸。按行業(yè)的發(fā)展來看，這些指標(biāo)有可能達(dá)到?？傊?，21 世紀(jì)是中國磁性材料工業(yè)發(fā)展的世紀(jì)。根據(jù)市場發(fā)展的需要，今后中國的磁性材料工業(yè)應(yīng)該重視以下幾點(diǎn)。 （1）消費(fèi)類產(chǎn)品有市場，但價(jià)格將下降隨著消費(fèi)類產(chǎn)品的價(jià)格影響，磁性材料行業(yè)的價(jià)格競爭將很激烈，會(huì)淘汰一些小企業(yè)，大型集約化公司在競爭中聯(lián)合組建增多。揚(yáng)聲器用的中低檔磁體預(yù)計(jì)需量增加,彩電用的 UE 型磁芯和小磁芯出口量會(huì)增加，但價(jià)格下降。 （2）工業(yè)類產(chǎn)品是主導(dǎo)市場汽車、通訊、計(jì)算機(jī)工業(yè)發(fā)展，帶動(dòng)國內(nèi)高檔磁性材料的發(fā)展。企業(yè)應(yīng)該重視科技進(jìn)步和技術(shù)改造，使產(chǎn)品的檔次能上一個(gè)新臺階。鐵氧體永磁要有陶 8 以上的產(chǎn)品,鐵氧體軟磁應(yīng)有 PC40 產(chǎn)品和高導(dǎo)磁材料（大于1000），釹鐵硼磁體要生產(chǎn) N38 以上材料，另外粘結(jié)磁體的開發(fā)生產(chǎn)要加快發(fā)展。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 4 頁1.1.3 磁性材料的生產(chǎn)工藝 圖 1 濕法生產(chǎn)車間工藝示意圖磁性材料的生產(chǎn)方法一般有兩種,主要是干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)。磁性材料濕法生產(chǎn)的裝置布置原理如圖 1，其各裝置布置順序關(guān)系如圖 2。磁性材料濕法生產(chǎn)和干法生產(chǎn)的主要工藝流程分別如圖 3、圖 4 所示，兩種生產(chǎn)工藝的主要區(qū)別在于是否加水和勻，其次是原料上的區(qū)別。相比較，干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)的主要優(yōu)缺點(diǎn)與區(qū)別，如下：圖 2 濕法生產(chǎn)車間布置圖鐵鱗＋添加劑→球磨機(jī)(粉碎及和勻) →造球(加少量的水) →安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 5 頁鏈靡機(jī)(預(yù)氧化) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為 6～8 毫米的球體圖 3 磁性材料干法生產(chǎn)主要工藝流程鐵紅＋添加劑→一次攪拌桶(加 85%～90%的水) → 球磨機(jī)(粉碎及和勻) →二次攪拌桶→膠泵(定量) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為 6～8 毫米的球體圖 4 磁性材料濕法生產(chǎn)主要工藝流程一、 干法生產(chǎn)的缺點(diǎn)：1.由于其原料主要是連鑄機(jī)和初軋機(jī)的氧化鐵皮，主要成分是四氧化三鐵，而鐵氧體的主要成分是三氧化二鐵；所以原料的純度不高。直接經(jīng)球磨機(jī)粉碎和勻，達(dá)到的效果比較差。2.最后所得的直徑為 6～8 毫米的球體，大小相對并不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)出的磁性材料性能并不穩(wěn)定。3.預(yù)氧化用的鏈靡機(jī)在工作中會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。二、 濕法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)：1.由于其原料主要是冷軋酸洗后產(chǎn)生的廢物，所以原料的性能很穩(wěn)定。2.球磨機(jī)粉碎和勻的前后都加水充分?jǐn)嚢瑁礉穹ㄇ蚰サ暮蛣蚰ニ樾Ч芎谩?.最后所得的直徑為 6～8 毫米的球體，大小均勻，生產(chǎn)出的磁性材料性能也穩(wěn)定。在現(xiàn)代的新濕法生產(chǎn)工藝中，又在回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)成型前加入了沉降離心機(jī)，經(jīng)離心機(jī)離心分離后，含水量減少到 30～35％，大大節(jié)省了燒結(jié)蒸發(fā)中所需的能源，對節(jié)能與環(huán)保作出了巨大的貢獻(xiàn)。1.2 離心機(jī)概況1.2.1 離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 6 頁離心分離是利用離心力對液一固、液一液一固、液一液等非均相混合物進(jìn)行分離的過程。實(shí)現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)。離心機(jī)和其它分離機(jī)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(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。因此，自 1836 年第一臺工業(yè)用三足式離心機(jī)在德國問世，迄今一百多年以來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機(jī)品種繁多，各有特色，并正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動(dòng)化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用機(jī)種越來越多?，F(xiàn)在，離心機(jī)己廣泛用于化工、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(gè)領(lǐng)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(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動(dòng)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(jī)。離心機(jī)己成為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械。離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)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(yīng)發(fā)展起來的。例如:18世紀(jì)產(chǎn)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(jī)。1877 年為適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機(jī)。進(jìn)入 20 世紀(jì)之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當(dāng)作燃料油使用，50 年代研制成功了自動(dòng)排渣的碟式活塞排渣分離機(jī)，到 60 年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護(hù)、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，因此促使臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)有了進(jìn)一步的發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種機(jī)器應(yīng)用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實(shí)踐是個(gè)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(yàn)的結(jié)果，而在預(yù)測機(jī)器的性能、選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算，往往仍要憑借經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固一液分離技術(shù)越來越受到重視，離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉(zhuǎn)。1.2.2 離心機(jī)的分類離心分離根據(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(yīng)的機(jī)種可區(qū)分為過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)。離心過濾過程從廣義的概念上來說，可理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個(gè)步驟。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 7 頁離心沉降過程也可分為兩個(gè)物理階段：固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。具體分類見圖 5。1.2.3 螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)，現(xiàn)該離心機(jī)己廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長期運(yùn)轉(zhuǎn)。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，螺旋卸料沉降式離心機(jī)有著廣闊的市場。例如:城市的建設(shè)得到了迅速發(fā)展，城市的規(guī)模擴(kuò)大，人口增加，水環(huán)境污染成了一大難題。據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，我國城市污水排放量年增加為 3 億立方米左右，加快城市污水廠的建設(shè)步伐勢在必行。城市污水處理廠的污泥脫水設(shè)備應(yīng)用比較廣泛的是帶式壓濾機(jī)和螺旋卸料沉降式離心機(jī)。但是，由于螺旋卸料沉降式離心機(jī)的技術(shù)明顯優(yōu)于帶式壓濾機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)將逐步取代帶式壓濾機(jī)。1954 年國際上出現(xiàn)了真正具有現(xiàn)代實(shí)用價(jià)值的第一臺螺旋卸料沉降式離心機(jī)。根據(jù)不同的分離物料，設(shè)計(jì)者根據(jù)物料特點(diǎn)進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)就不同的應(yīng)用領(lǐng)域，己有相應(yīng)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)出現(xiàn)，在國際上，該技術(shù)己相當(dāng)成熟。處理氣一液一固三相混合物的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、處理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、粒子分級用螺旋卸料沉降式離心機(jī)、逆流洗滌螺旋卸料沉降式離心機(jī)、并流式螺旋卸料沉降式離心機(jī)、污泥脫水用螺旋卸料沉降式離心機(jī)。在國際上的發(fā)達(dá)國家，污泥用的螺旋卸料沉降式離心機(jī)已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。近幾年還安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 8 頁圖 5 離心機(jī)的分類在其結(jié)構(gòu)上根據(jù)應(yīng)用的實(shí)踐進(jìn)行了許多改進(jìn)，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的專利。例如最近推出了一種叫， “nxono”的螺旋卸料沉降式離心機(jī)，它的適應(yīng)性非常強(qiáng)，能處理多種不同尺寸和形狀大小的材料，操作方便，用計(jì)算機(jī)控制。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的 NX 型螺旋卸料沉降式離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號，還可以根據(jù)新的材料要求，設(shè)計(jì)新的螺旋卸料沉降式離心機(jī)。它的動(dòng)平衡和靜平衡處理非常好，能在負(fù)載下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，其輸入和輸出口的設(shè)計(jì)有效地防止物料阻塞。該螺旋卸料沉降式離心機(jī)與固體物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨損，旋轉(zhuǎn)部位用不銹鋼材料，使整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程處在一個(gè)封閉的系統(tǒng)里，其自動(dòng)裝置充分保障了工作安全。該臥螺離心機(jī)能有效分離纖維、粒子等，其處理顆粒的尺寸范圍可從 1 微米到 5 毫米，而且處理量大，能達(dá)到每小時(shí) 50000 加侖流量。瑞典阿爾法在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究和制造設(shè)計(jì)己經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，從螺旋卸料沉降式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用材料、防腐措施、應(yīng)用范圍、自動(dòng)控制和密封裝置研究的都很透徹。因此，它的機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于世界各地的各個(gè)領(lǐng)域。國外較著名的離心機(jī)生產(chǎn)商有德國 FIOTTWE 公司、美國 SHAPLESS 公司、法國GUINARD 公司、瑞典 ALAF 公司等。我國在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究方面也取得了相當(dāng)不錯(cuò)的進(jìn)展。80 年代，我國開始重視螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展，一些科研工作者開始研究國外螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所翻譯了大量英文和俄安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 9 頁文資料，為我國臥式螺旋沉降離心機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。我國在九十年代己能自己研制生產(chǎn)螺旋卸料沉降式離心機(jī)，國家在 1979 年便在工廠進(jìn)行螺旋卸料沉降式離心機(jī)的生產(chǎn)，成功的生產(chǎn)出 WL200，WL1000，LWB500，LWG500 等型號的產(chǎn)品。重慶江北機(jī)械廠是國家最早投入螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)廠家之一，為我國第一批螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)作出了較大貢獻(xiàn)，為我國離心機(jī)理論提供了不少數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在該廠引進(jìn)法國堅(jiān)納公司技術(shù)，并嚴(yán)格按法國堅(jiān)納公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國際水準(zhǔn)的新產(chǎn)品 D(LW)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品性能卓越具有完善的工作特點(diǎn)和傳動(dòng)裝置，它的差速器可實(shí)現(xiàn)無級變速，它是與計(jì)算機(jī)完美結(jié)合的典型，在計(jì)算機(jī)的屏幕上，我們可看到其主要參數(shù)，其自動(dòng)裝置和密封系統(tǒng)也比較先進(jìn)。金華鐵路機(jī)械廠通過二十多年的研制生產(chǎn)，也擁有比較雄厚的技術(shù)力量，該廠設(shè)計(jì)制造的螺旋卸料沉降式離心機(jī)是在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)分離機(jī)械的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國石油、地質(zhì)勘探的需要而研制開發(fā)的系列產(chǎn)品，近來己推出最新機(jī)型有 LW355x1460，LW400x860，LW500x1250，LWG500—1250。它們的主要特點(diǎn)是能去除泥漿中的有害粗顆粒，調(diào)整泥漿比重，降低粘度，其中 LW500xl250，LW500xl250的最大處理量能達(dá)到 50 立方米。1958 年成立的上海離心機(jī)研究所，近些年來通過與國際著名離心機(jī)制造公司的密切合作，己生產(chǎn)出大長徑比的螺旋卸料沉降式離心機(jī)系列產(chǎn)品，使轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)域物料分離時(shí)間延長，從而顯著提高固液分離效果，并在此基礎(chǔ)上成功的研制了國內(nèi)第一套污泥脫水成套設(shè)備和首輛污泥脫水成套設(shè)備工程車;一些高等院校也在這些方面做了不少工作。 1.2.4 螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)，本文研究的是臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)。該離心機(jī)已廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。它利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長期運(yùn)轉(zhuǎn)。 最初的臥式螺旋卸料離心機(jī)是由兩對開式齒輪傳動(dòng)獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差轉(zhuǎn)速，以輸送沉渣并被應(yīng)用于淀粉工業(yè)上。真正現(xiàn)代的有實(shí)用價(jià)值的第一臺螺旋離心機(jī)首次使用了二級行星齒輪差速器。臥螺離心機(jī)出現(xiàn)后，由于具有突出的優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速的發(fā)展。 螺旋卸料沉降式離心機(jī)是國際上五十年代發(fā)明的機(jī)械，七十年代，我國開始引進(jìn)。國產(chǎn)化一些機(jī)型成為原化工部七五科技攻關(guān)項(xiàng)目。八十年代我國就開始測繪，己測繪德國 FIOTTWE 公司、美國 SHAPLESS 公司、法國 GUNIARD 公司、瑞典 ALAF—Laval 公司等國外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的離心機(jī)，并進(jìn)行仿制，國家當(dāng)時(shí)在全安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 10 頁國組織 6 個(gè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行仿制生產(chǎn)。現(xiàn)國內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)有WL200，WL350，WL 450，WL600，WL800，DLW430，L W350，LW400，LW500，LW620等。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對高精度、高質(zhì)量設(shè)備的需求量不斷增加。當(dāng)前各種類型的離心機(jī)品種繁多，各具特色，并且都向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、機(jī)電一體化方向發(fā)展。螺旋卸料沉降離心機(jī)由于能夠連續(xù)出料，生產(chǎn)能力大，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少等特點(diǎn)，因此應(yīng)用越來越廣泛。目前其發(fā)展速度很快，但從總的趨勢看：1、為了提高單機(jī)生產(chǎn)能力，采取加大轉(zhuǎn)鼓直徑，增加長徑比的方法，如GUNIARD 公司的 D 型螺旋卸料沉降式離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑最大的為 1500mm，長徑比為4.7。2、為了分離固相顆粒比較細(xì)，粘度大的懸浮液，采取提高轉(zhuǎn)速度方法，如阿法拉法公司生產(chǎn)的 4500 離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑 310mm，轉(zhuǎn)速達(dá) 7600/min，這樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達(dá)到。3、目前國外離心機(jī)正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展，己實(shí)現(xiàn)在離心機(jī)上對分離物料的自動(dòng)檢測與調(diào)節(jié)，機(jī)械性能自動(dòng)保護(hù)，振動(dòng)的隨機(jī)檢測和自動(dòng)報(bào)警，過載保護(hù)分離反饋等。我國目前已開始注意機(jī)電一體化的研究與應(yīng)用，但在離心機(jī)方面也只是剛剛起步。4、適應(yīng)不同物料及工況的需要，目前國內(nèi)外離心機(jī)制造廠又推出來許多不同型號的防爆型離心機(jī)，用于易燃易爆場合的物料分離。1.2.5 臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)1、自動(dòng)、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運(yùn)轉(zhuǎn)，維修方便。2、應(yīng)用范圍廣。它能完成下列分離過程：（1）固相脫水：對易分離物料，其脫水效果與過濾式離心機(jī)一樣好。對含有可壓縮固相的懸浮液，在過濾離心機(jī)上分離效果很差，甚至無法分離；用臥螺離心機(jī)能完成此分離過程。（2）液相澄清：它對液相的澄清效果雖然不如分離機(jī)，但是可獲得比分離機(jī)干得多的沉渣，而允許的懸浮液固相濃度比分離機(jī)高的多。（3）可分離固相重度比液相輕的懸浮液：通常這種物料是用過濾式離心機(jī)來分離的，但是當(dāng)固相是可壓縮的物料或?yàn)V布清洗、再生有困難時(shí)，只有依靠這種結(jié)構(gòu)上稍加改進(jìn)的臥螺離心機(jī)進(jìn)行分離。（4）液—液—固分離：固相含量大于 14%的液—液—固混合物，在碟式分離機(jī)上就難以分離。一般分離這種物料要先進(jìn)行液—固分離，再進(jìn)行液—液分離。然而，用臥螺離心機(jī)可以直接把固相和輕、重液相一次分離。（5）粒度分級：通過臥螺離心機(jī)可以將固相按顆粒大小進(jìn)行分級。3、對物料的適應(yīng)性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分離得很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動(dòng)不影響安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 11 頁分離的效果。4、結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機(jī)型能在高壓和低溫條件下操作。5、單機(jī)生產(chǎn)能力大(當(dāng)量沉降面積可達(dá) 10000 平方米，生產(chǎn)能力可達(dá) 190 立方米每小時(shí))，分離質(zhì)量比較高，操作費(fèi)用的，占地面積小。1.2.6 臥旋離心機(jī)的主要缺點(diǎn)1、沉渣的含濕量一般比過濾離心機(jī)稍高，大致與真空過濾機(jī)相等。2、沉渣的洗滌效果不好。3、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)高。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 12 頁2 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算2.1 生產(chǎn)能力概述懸浮液自進(jìn)料口進(jìn)入沉降離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓后，液相沿轉(zhuǎn)鼓軸向流動(dòng)至溢流口處溢出轉(zhuǎn)鼓外，其中的固相粒子隨液相作軸向移動(dòng)外，還在離心力作用下沿徑向沉降。較細(xì)的粒子由于沉降速度較慢，沉降到轉(zhuǎn)鼓壁所需的時(shí)間較長。如懸浮液進(jìn)料量過大，軸向流速過快，使較細(xì)粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間少于沉降所需時(shí)間，則細(xì)粒子將隨液流溢出轉(zhuǎn)鼓外而不能被分離。因此，沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力，應(yīng)理解為能將所需分離的最小固相粒子沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，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(jī)，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。2.2 生產(chǎn)能力計(jì)算 ]7[沉降離心機(jī)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(dòng)理論而有不同的計(jì)算方法，因而得出不同的生產(chǎn)能力計(jì)算方法。（1）按∑理論計(jì)算生產(chǎn)能力；（2）按層流理論計(jì)算生產(chǎn)能力； （3）按線性理論計(jì)算生產(chǎn)能力；此處以∑理論計(jì)算臥螺沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力?！评碚撌怯砂膊祭眨ˋmbler）于 1952 年提出的，由于其表達(dá)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，3對于具有圓錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋型離心機(jī)，實(shí)際生產(chǎn)能力的計(jì)算公式可表達(dá)為：Q= ∑ gV?（1）式中 Q——實(shí)際生產(chǎn)能力，m /h；3——分離效率系數(shù)； ?——懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度，m/s；gV∑——當(dāng)量沉降面積, ㎡；2. 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的當(dāng)量沉降面積∑的計(jì)算 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 13 頁L 1LL 2rh圖 6 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀尺寸∑= rF?????? ????????????????2123431???LDL（2）式中 ——分離系數(shù)； rD——轉(zhuǎn)鼓大端公稱直徑，m；——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的沉降區(qū)長度，m；1L——轉(zhuǎn)鼓錐段的沉降區(qū)長度，m；2L——轉(zhuǎn)鼓沉降區(qū)總長度（ + ） ，m；1L2h——液池深度，m；r——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑，m；——取 2h/D；?LW400×1200 逆流型的主要性能參數(shù)可知如下：最大分離因素為 2580最大轉(zhuǎn)速為 3400 r/minD=0.4m， =0.542m， 轉(zhuǎn)鼓錐角 =8°1L?液池最大最小深度分別為 0.0826m 和 0.0542m.且分離因數(shù) 與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方成正比，取轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 n 為 2800r/min,則此時(shí)分rF離因數(shù):=2580× =1736.2r23408??????D 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 14 頁當(dāng) h=0.0826m 時(shí)：=2h/D=0.4132, =h/sin8°=0.5935m?2L∴L=（ + ）=1.1355m12則 ∑= rF?????? ????????????????212343???LD=1353.7㎡2. 懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度 gV= （3）gV?????182XKLSC?式中 ——阻滯情況下的沉降速度修正系數(shù)；——固相（氧化鐵）密度，㎏/ ；s?3m——液相（水）密度，㎏/ ；L——懸浮液的動(dòng)力粘度， ；?sPa?——懸浮液中固相顆粒的計(jì)算直徑， ；Xm——懸浮液中固相顆粒的粒子形狀修正系數(shù)。cK其中 = （1+4.5 ） ?LXC上式中 ——懸浮液中液相動(dòng)力粘度， ；sPa?——固相單位體積濃度；X取 =0.008 ， =0.15；L?sPa?XC則 =0.008（1+4.5×0.15）=0.0134 sPa?由表 3-7 與 3-8 可取:]7[]7[=5×10 =2.12 =0.48,查表 1－1－5 得：Xm6?cK?]8[=2.4×10 ㎏/ =1.0×10 ㎏/s?3L?3m由上參數(shù)數(shù)值，有： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 15 頁∴ = =0.48gV?????182gXKLSC????0134.88.90.2512. 36???=1.447×10 /sm6?3. 分離效率數(shù) ?可按下列經(jīng)驗(yàn)公式求得：=16.42 （4）3674.0359.0?????????????jLsX?式中 ——沉降區(qū)計(jì)算長度，m。jL對于柱錐型轉(zhuǎn)鼓： = +j12=0.542+ ×0.5935=0.839m其它參數(shù)意義同上?！????????????????????79.01510.42.1663.?=0.2247結(jié)合以上各參數(shù)的計(jì)算可得， 生產(chǎn)能力 Q= ∑=1.585 m /hgV?3同理，當(dāng) h=0.542m 時(shí)，安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 16 頁3 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的功率計(jì)算與電機(jī)選擇3.1 功率計(jì)算臥螺離心機(jī)的功率計(jì)算及電機(jī)選擇是臥螺離心機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機(jī)的工作要求進(jìn)行功率計(jì)算，可以合理地確定主、輔電動(dòng)機(jī)的功率，選擇電機(jī)及差速器。臥螺離心機(jī)的功率消耗與臥螺離心機(jī)的類型，操作方式和臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般情況下，臥螺離心機(jī)所需功率包括下幾個(gè)方面：（1）啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率 ；1N（2）啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率 ；2（3）螺旋輸送沉渣所需功率 N 。33.1.1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率欲使臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件，由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動(dòng)能，必須由外界作功，該功為A = （5）P 22211?PJdmrv???式中 A ——外界所作的功， J；v ——轉(zhuǎn)動(dòng)件線速度，m/s；J ——轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.㎡P∴啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率 ，為：1N= （6）1NtJtAP20??式中 ——啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率，kW；1t——啟動(dòng)時(shí)間，s；——臥螺離心機(jī)的角速度，rad/s。?而 = =303.7 rad/s6029???n1. 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JP① 圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 1P安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 17 頁由表 1-1-85 公式]8[J = （7）1P42eKmD式中 J ——圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.㎡；1m——旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量，kg； K——系數(shù)，見表中；——旋轉(zhuǎn)體的飛輪計(jì)算直徑，m。eD由表，取 K=0.5, =2e21D?式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的外徑，m；1——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的內(nèi)徑，m；2D取 =0.42m, =0.40m, m=80 kg12則 = =0.3364㎡2e1?∴J = =3.5743 kg.㎡1P4eKmD② 圓錐段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 2P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(zhì)量分析得出下列相關(guān)參數(shù)：零件( Part Configuration - 默認(rèn) ) 的質(zhì)量特性輸出坐標(biāo)系 : -- 默認(rèn) --密度 = 0.01 克/立方毫米質(zhì)量 = 83869.57 克體積 = 10752508.36 立方毫米表面積 = 1299409.01 平方毫米重心 : ( 毫米 )X = 0.00Y = 0.00Z = 283.82慣性主軸和慣性力矩 : ( 克 * 平方毫米 )由重心決定。Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 2301548159.95安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 18 頁Iy = (0.00, -1.00, 0.00) Py = 3811901499.34Iz = (1.00, 0.00, 0.00) Pz = 3811901499.34慣性張量 : ( 克 * 平方毫米 )由重心決定，并且對齊輸出的坐標(biāo)系。Lxx = 3811901499.34 Lxy = 0.00Lxz = 0.00Lyx = 0.00Lyy = 3811901499.34 Lyz = 0.00Lzx = 0.00Lzy = 0.00Lzz = 2301548159.95慣性張量: ( 克 * 平方毫米 )由輸出座標(biāo)系決定。Ixx = 10567760827.14 Ixy = 0.00Ixz = 0.00Iyx = 0.00Iyy = 10567760827.14 Iyz = 0.00Izx = 0.00Izy = 0.00Izz = 2301548159.95由上分析可得，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 P =2.3015 kg.㎡X考慮到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)設(shè)的筋條，取 k =1.1,則1J = k . P =2.53 kg.㎡2P1X∴轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J = J + J =5.64 kg.㎡'P12P考慮到螺旋葉片、螺旋軸、螺旋葉片軸等轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J =k JP2'此處取 k =1.352∴所有轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J =k J =7.614 kg.㎡P2'2、啟動(dòng)時(shí)間取啟動(dòng)時(shí)間 t=20s綜上，啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率= = =17.5567kw1NtJtAP20??207.3614.?3.1.2 啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率對于連續(xù)進(jìn)料臥螺離心機(jī)，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。假設(shè)此種分離操作，單位時(shí)間內(nèi)排出分離液（水）和沉渣（氧化鐵）2 個(gè)組分，各組分的質(zhì)量分別為 m 、m （kg/s） ，各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出的位置半徑分別為12r 、r (m)，則使加入物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率 為：12 2N安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 19 頁= （8）2N??2210?rmr?物料每分鐘移動(dòng)的距離 S 為：S= L×?n式中 L——葉片距，m；——轉(zhuǎn)速差，r/min。n已知 L=0.08m, =20 r/min∴S= L× =1.6m/min?排渣能力可按下式計(jì)算：/60 （9）sSDG?????????????2式中 G——排渣能力，kg/h；——沉渣的厚度，m；?其它的參數(shù)同上。已知 G=1800 kg/h,D=0.38m, =2.4 kg/ms?310?則代入上式便得： 34.26.238.061???????????-0.38 +0.002488=0??2從中可解出 =0.0067m又 = -h'式中 ——液池的平均厚度，m；——液池中水的厚度，m；?'已知 =0.065m,則 = - =0.0583mh'h?∴ r =D/2－ - /2=0.1745m1'r = D/2－ /2=0.1962m2根據(jù)排渣能力的定義，可得安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 20 頁m = =0.5 kg /s 2360G由物料中分離液與沉渣的體積比，可得m =1LXsC???2式中 ——固相單位體積濃度；X——固相（氧化鐵）密度，㎏/s?3m——分離液（水）的密度，kg/m 。L其中, =0.15， =2.4 kg/m ， =1.0 kg/mXCs?310?L?310?∴ m =1.181kg /s 1綜上可得，啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率 2N=2N??2210?rmr?= ?227.30196.507.345.8. ???=2.546kw3.1.3 螺旋輸送沉渣所需功率對于螺旋卸料離心機(jī)，螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機(jī)外，螺旋輸送沉渣時(shí)所需功率大小與螺旋葉片和轉(zhuǎn)鼓軸線的相對位置有關(guān)，本機(jī)中螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)軸線，故卸料功率應(yīng)包括：1、克服沉渣產(chǎn)生的離心力沿轉(zhuǎn)鼓圓錐段母線的分力所消耗的功率：kW （10）??tgHrGNh1532'?2、克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗的功率：安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 21 頁kW （11）??2' cos153gHfrGNh?3、克服沉渣與螺旋葉片摩擦所消耗的功率：kW （12）????????232' cos15ftgZfrh螺旋輸送沉渣消耗的總功率為以上三項(xiàng)功率之和，即：'''3N??= kW （13）????????????232 cos15ftgZfrHgGhh式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓錐段的平均內(nèi)半徑，m， = ；hr hr??/30——出渣口處轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑，m；0——轉(zhuǎn)鼓圓錐大端內(nèi)半徑，m；3rH——轉(zhuǎn)鼓的長度，m；Z——螺旋葉片的圈數(shù)；——沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁的摩擦系數(shù)，一般為 0.3～0.85；2f——沉渣與螺旋葉片的摩擦系數(shù)，一般為 0.15～0.4；3G——按螺旋排渣能力計(jì)算的生產(chǎn)能力，kg/s。其中， =0.1142m, =0.20m0r3r∴ = =0.1571mh??2/3?H=1.20m，Z=14，排渣能力 G=1800/3600=0.5 kg/s，取 =0.6， =0.32f3f綜合以上各參數(shù)，得螺旋輸送沉渣所需功率 N ：3'''3N??= ????????????232 cos15ftgZfrHgGhh=4.22kW3.2 電機(jī)選擇安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 22 頁考慮到摩擦與效率，以上 ， ， 修正為：1N23（14）321?P?式中 ——軸承效率；1——考慮到克服轉(zhuǎn)鼓物料和空氣摩擦的效率；2——V 帶傳動(dòng)效率。3?321NP?式中 各參數(shù)同上。 431?式中 ——擺線針輪減速器的效率；4其它參數(shù)同上。由表 1－7 ][取 =0.98， =0.985， =0.96， =0.92?23?4分別計(jì)算 ， ， ：1P=18.945kW 321?N?=2.744kW321P=4.872431?N?得該臥旋離心機(jī)的計(jì)算總功率為：= =26.561kWP321?由于離心機(jī)是連續(xù)工作的，且一般選用滿載時(shí)較低速的；考慮到以后作業(yè)率的提高，要求電機(jī)功率要留有一定的余量，則選用電機(jī)：電動(dòng)機(jī)型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速Y220L-4-B5， P =30kW， =1470r/minNNn安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 23 頁4 V 帶設(shè)計(jì)計(jì)算 ]12[4.1 帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓的 V 帶設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓以及物料的功率 P=21.698kW，轉(zhuǎn)速 =1470r/min，轉(zhuǎn)鼓1n轉(zhuǎn)速（從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速）為 2800，傳動(dòng)比 i=2（增速傳動(dòng)）每天工作 10 小時(shí)以上。1.確定計(jì)算功率 caP= P （21）AK式中 ——計(jì)算功率，kW；ca——工作情況系數(shù)；AP——傳遞的額定功率，kW；由表 8-6 ，得工作情況系數(shù) =1.4，則：]12[ AK= P=30 kWcaAK2.選擇 V 帶的帶型根據(jù) ， ，選用 B 型。caP1n3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速(1)8-6 表 8-8 選取小帶輪基準(zhǔn)直徑： =178mm1d(2)驗(yàn)算帶速 v：=27.4 m/s﹤30 m/s106??nd?∴帶的速度合適(3)從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑= i=355mm2d14. 確定普通 V 帶的基準(zhǔn)長度和中心距根據(jù) 0.7( + )﹤ ﹤2( + ),1d20a1d2初步確定 =600mm0安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 24 頁根據(jù) =2 +dL'0a????021124add???式中 ——初步確定的中心距，mm。0得 =2249dL'由表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長度 =2800mmdL計(jì)算實(shí)際中心距 a:a= + =976mm0a2'd?5、驗(yàn)算從動(dòng)輪上的包角 1?=180°- 57.3/a=169.54°90°1???2d?故從動(dòng)輪上的包角合適。6、計(jì)算普通 V 帶的根數(shù)（23）??LcaKPZ?0???式中 ——單根 V 帶的基本額定功率，kW;0P——計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根 V 帶額定功率的增量，kW;?——包角系數(shù)；?K——長度系數(shù)；L機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查表 13-1-18 得：=5.76kW0P機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查表 13-1-21,13-1-22 得：得 =0.98， =1.05?KL∴ =5.04??LcaPZ?0???取 Z=5 根7．計(jì)算預(yù)緊力安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 25 頁（24）2015.qvKvZPFca???????????式中 ——預(yù)緊力，N；0q——傳動(dòng)帶單位長度的質(zhì)量，kg/m；其它參數(shù)同上。由表 13-1-23 得 q=0.17 kg/m∴ 2015.qvKvZPFca???????????24.7.098.42730?=248.92N8、計(jì)算作用在軸上的壓軸力（25）2sin10?ZFP?式中 ——作用在軸上的壓軸力，N；其它參數(shù)同上。則有：=2464.308N2sin10?ZFP?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)略。4.2 帶動(dòng)螺旋輸送器的 V 帶設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)為螺旋輸送器提供的功率 =4.872kW，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 =2382r/min, 'P1n傳動(dòng)比 =1.2174（減速傳動(dòng)） ，一天運(yùn)轉(zhuǎn) 16 小時(shí)以上，設(shè)計(jì)一普通 V 帶傳動(dòng)。'i安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 26 頁由此可知，從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速 = =1957r/min。3n'1i1、確定計(jì)算功率 caP= AK'由表 8-6，得工作情況系數(shù) =1.4，故AK= =6.82kWcaPA'2、確定普通 V 帶帶型根據(jù) 、 ，由圖 8-8 確定選用 B 型。ca1n3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑由表 8-3 和表 8-7 取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑： =170mm。1d則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 ：2d= =206.9mm'i1根據(jù)表 8-7，取 =200mm。2d驗(yàn)算帶的速度：=21.19m/s﹤25m/s106??nvd?∴帶的速度合適4、確定普通 V 帶的基準(zhǔn)長度和中心距帶所需的基準(zhǔn)長度為：=2 +dL'0a????021124add???根據(jù) 0.7( + )﹤ ﹤2( + ),初步確定 =400mm。1d201d20a∴ =2 + =1382mmL'0a????0124ad???由表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長度 =1400mm。dL計(jì)算實(shí)際中心距 a:安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 27 頁a= + =409mm0a2'dL?5、驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 1?=180°+ =175.8°﹥120°1?ad2?∴主動(dòng)輪上的包角合適。6、計(jì)算普通 V 帶的根數(shù)??LcaKPZ?0???查表 8-5a 和表 8-5b 得：=4.8kW, =0.3kW00查表 8-8，得 =0.99；查表 8-2，得 =0.90?L∴ =1.504??LcaKPZ0???由于此 V 帶傳動(dòng)用于離心機(jī)，且此離心機(jī)的回轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)到 3500r/min，故考慮到此 V 帶的壽命，取其 Z=3 根。7、計(jì)算預(yù)緊力 2015.qvKvZPFca???????????由表 8-4 得 q=0.17 kg/m∴ =162.14N2015.qvca???????8、計(jì)算作用在軸上的壓軸力2sin10ZFP?結(jié)合以上計(jì)算所得各參數(shù)的值，得：=972.19N2sin10?P安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 28 頁5 轉(zhuǎn)鼓壁厚度校核離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)百至數(shù)萬轉(zhuǎn)以上的高速回轉(zhuǎn)。高速回轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)要產(chǎn)生很大的應(yīng)力，這些應(yīng)力是由于高速回轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)壁金屬的自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，及在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(zhuǎn)鼓壁內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。因此，轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度計(jì)算必須同時(shí)考慮這幾部分離心力所產(chǎn)生的應(yīng)力。離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)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(jī)是不開孔的整體轉(zhuǎn)鼓。因此，在轉(zhuǎn)鼓中沒有篩網(wǎng)等附件，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的應(yīng)力，是由轉(zhuǎn)鼓金屬的自身質(zhì)量及轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的質(zhì)量在高速回轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力而引起的應(yīng)力之和。對于柱—錐型轉(zhuǎn)鼓，在圓錐段，其徑向應(yīng)力及周向應(yīng)力的最大值均在圓錐的大端。因此，在校核圓錐段轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度時(shí)，只需要校核圓錐大端壁內(nèi)的應(yīng)力。圓錐大端的徑向應(yīng)力為： ????RR'1'11????= （N/㎡） （15）????cos832?KW圓錐大端的周向應(yīng)力為： ????RR'2'22????= 0????cos3?KW= （N/㎡） （16）20R???????10令 ，10???W020???則 （N/㎡）????????????cos102RKR按第三強(qiáng)度理論： 。在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓中周向總應(yīng)力為最大，其次是徑?????minax向總應(yīng)力，最小者為經(jīng)向應(yīng)力，其值等于零。因此，圓錐段轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度條件為： 112cos????????????RK安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 29 頁∴圓錐段轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足：（m） （17）????010cos2???????KR同理，圓柱段轉(zhuǎn)鼓壁厚應(yīng)滿足：（m） （18）????01'2?因 不大于 1，則應(yīng)優(yōu)先滿足圓錐段轉(zhuǎn)鼓，則整個(gè)柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足：?cos（m） （19）????010cos2???????KR式中 ——整個(gè)柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁，m；——筒體中流體物料的密度，kg/m ；W?3——筒體壁金屬材料的密度，kg/m ；0——筒體的回轉(zhuǎn)角速度，rad/s；?R——筒體的內(nèi)半徑，m；r ——圓筒體中回轉(zhuǎn)時(shí)流體的自由表面半徑，m；2K——轉(zhuǎn)鼓中物料的填充系數(shù)，K= ；21Rr?——焊縫的強(qiáng)度系數(shù)；1?——轉(zhuǎn)鼓壁材料的許用應(yīng)力，N/㎡。???其中，許用應(yīng)力選取下列兩值中的較小者：= ； = （20）sn???bn式中 ——設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服極限，N/㎡；s?——設(shè)計(jì)溫度下材料的強(qiáng)度極限，N/㎡；b——屈服極限的安全系數(shù),一般為 2～2.5；sn——強(qiáng)度極限的安全系數(shù),一般為 3.5～4。b安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁 第 30 頁由表 3-1-7 ，35（調(diào)質(zhì)） ，?。篯8[=275MPa, =500 MPa s?b取 =2.3, =3.8snb則 =119.6 MPa , =131.6 MPas bn?∴取 =119.6 MPa=1.196 N/㎡???810?根據(jù)固相單位體積濃度 =0.15:XC= =1.21 kg/m ；W???310??LsXC?3= 7.85 kg/m ；R=0.19m；031?r 取最小值即轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料最多時(shí)，r =0.1115m；2 2取最高轉(zhuǎn)速時(shí)的回轉(zhuǎn)角速度， = =366.5 rad/s。??6035??∴K= =0.65621Rr?由于此處轉(zhuǎn)鼓是鑄造件，∴取 =11?=3.81 N/㎡； =0.15420????70?0??W?∴ =0.00452m=4.52mm????010cos???????KR由于轉(zhuǎn)鼓實(shí)際壁厚為 15mm, ∴此轉(zhuǎn)鼓壁厚滿足強(qiáng)度條件，可取