主传动磨辊的HRM800立式磨磨盘磨辊设计

0引言立磨是一种大型的粉磨设备，它由磨盘、磨辊、选粉机、传动装置、加压装置、监视装置、喷水系统、粗粉外循环系统组成。

立磨在生活中也叫立式磨，立式辊磨，辊磨。

在电力、水泥、冶金、化工以及非金属矿等行业中应用广泛。

尤其是在水泥行业，立磨的使用是必不可少的。

它能独立完成物料的破碎、干燥、粉磨、分级输送。

将多种功能集于一体，并且生产效率高，可将块状物料、颗粒状物料及粉状原料磨成所要求的粉状物料。

它的结构从开始的小型的非硅物质的粉磨到大型水泥生料粉磨，从简单的弹簧加压控制系统到液压加压控制系统。

世界上第一台立磨是在二十世纪二十年代的时候，由德国制造出的。

由于当时技术原因，还不能真正的大量投入使用。

到1935年的时候，立磨才真正的投入到水泥的生产中。

当时由于欧洲多数国家以及美国在电力和燃料上的成本都相当的昂贵，而立磨具有耗能低的优势，所以在国外受到这些国家的青睐。

针对立磨大型化发展中存在的问题，一种名为主传动磨辊摩擦传动磨盘的立式磨应运而生，本课题对这种新型的立式磨进行磨盘磨辊系统的设计。

立磨的核心部件包括磨辊和磨盘。

磨辊和磨盘设计对粉磨效率的影响是很重要的，磨辊处理物料不同也导致形状不同；本设计通过对国内、外各种立磨的分析以及研究，采用了HRM 型立磨的磨辊和磨盘结构，这种结构的磨辊和磨盘与物料之间能保持较好的接触面积，磨耗料的磨损相对均匀，通过调整辊压能够弥补系统对粉磨质量的影响。

[3]由于主传动由传统的磨盘传动改进成磨辊传动，需从新设计磨辊轴及磨盘系统，图1为其结构示意图。

1磨盘磨辊设计力学模型建立：进入立磨的物料比较大，使石灰石破碎设备选型小，节省了设备资金投入，并且在运行过程中破碎成本有所降低。

但是进入立磨的物料粒度较大，使得粉磨系统的产量降低，而且会引起磨机的振动。

为保证合理的进磨物料粒度大小是立磨正常运行的必要条件。

如图2所示，假设进入立磨的物料为一个圆球，物料在进入磨辊与磨盘过程中会受到磨辊对物料的作用力，以及磨盘相对物料之间的反作用力和钢铁对物料间的摩擦力（其摩擦系数f ≈0.24）。

P 1在作用于物料时有向下压的力，伴随向外的推力，以及有P 2的反作用力。

由图2可知，△ODE 与△ABE 为相似三角形，α′=α，P 1向外推的力为P 1sin α，向下压的力为P 1cos α。

要想夹住物料，则需满足以下条件：作用力和反作用力的平衡关系：（1）①整理得tg α<2f 1-f2将f ≈0.24代入式（1），根据物料能被夹住条件，得：α<26.99°———————————————————————课题项目:盐城工学院教师项目《“卓然杯”第八届过程装备实践与创新大赛》。

作者简介:王志（1995-），男，贵州仁怀人，本科在读，研究方向为过程装备与控制工程。

主传动磨辊的HRM800立式磨磨盘磨辊设计王志;曹卫;查文炜;姜大志（盐城工学院，盐城224051）摘要:针对满足水泥生产粉磨系统大型化发展的趋势要求而设计的一种新型主传动磨辊的立磨进行磨盘磨辊设计。

沿用HRM磨盘磨辊结构，从力学模型的建立开始，对磨盘直径进行确定，计算磨辊辊宽与辊径，并进行磨辊轴的设计，确定磨辊轴的段数、计算磨辊轴支承反力并进行强度校核。

为提高粉磨效率从立磨磨盘磨辊的设计在理论上提供了有效的依据。

关键词:磨盘；磨辊；设计；立磨图1新型立磨的磨盘磨辊结构示意图图2立磨中物料的受力分析图Internal Combustion Engine &Parts由此得出，摩擦系数决定物料的夹角大小，不管立磨的大小如何，夹角都小于26.99°。

磨辊直径增大，在夹角不变的情况下时，物料的直径会相应增大，反之则变小。

HRM 磨对于最大入料粒度有所要求和限制，一般d p max ⩽R （1-cos θ），取θ=20°，d p max ⩽R （1-cos θ）=0.06R=18mm 。

为了使物料在粉磨的过程中被顺利咬入，则物料粒径取18mm 。

由于不计物料的弹性变形，故当辊面渐进物料层的AC 圆柱面，为有效碾压区，最小间隙C 点后因为碾压面渐离料层，不被碾压，故辊子有效碾压区为角ϕ所对应辊面的正投影区。

S 0=BRrsin θ（2）式中：S 0———有效碾压区，mm 2；B ———磨辊轴向宽度，mm 。

S 0=240×300×9×sin20°=221.629mm 22磨盘磨辊设计2.1磨盘直径的确定粉磨系统的能力大小跟物料的易磨性、辊压和磨机规格大小都有关系。

在物料相同且辊压一定的情况下，磨机的产量和物料的受压面积与磨辊的尺寸大小有关，每一磨辊碾压的量正比于磨辊的宽度、料层的厚度和磨盘的线速度。

磨辊的宽度，以及料层的厚度在一定的范围内与磨盘的直径D 成正比，与线速度与D 0.5成正比。

由上式可以得出辊宽的粉磨能力大小的公式：G=k 2D 2.5（3）式中：k 2———生产系数，与磨辊形式选用压力，被研磨物料的性能有关；G ———辊磨的粉磨能力，t/h ；D ———磨盘直径，mm 。

各种磨机的工艺参数不同如表1所示。

将G=4.5t/h 和k 2=9.6代入公式（3）中：4.5=9.6×D 2.5解得：D=739mm将磨盘直径圆整后知，设计所选用的是通常实验所用的Φ800规格立磨。

2.2磨辊辊宽与辊径的计算参考《新世纪水泥导报》[4]的水泥厂立式辊磨的选型文中表10得：磨辊直径D R =600mm 。

由经验公式（4）：D B D R=K （4）考虑到磨损程度K 值取0.39则D B =D R ×3.9=600×0.39=234mm 。

依据经验算得：磨辊个数Z=2，磨辊直径d=600mm ，宽度b=240mm 。

2.3磨辊轴的设计本次设计的磨辊主传动立磨中的辊轴属于心轴中的定心轴，根据机械设计知识可知它只受到弯矩而不受扭矩。

根据设计要求，液压装置选用140*80的加压液压缸以及活塞杆，工作压力值为5MPa ，根据计算知轴上的加压装置对单个磨辊的压力为F=55.5kN 。

2.3.1磨辊轴的段数设计①经设计知道第一段轴直径d =250mm ，轴长L =120mm 。

②由轴结构与工艺性可设计轴的第二段设计为d=350mm ，L=600mm 。

③轴的第三段设计为d=250mm ，L=180mm ，与加压铰支承相连接。

④轴右端要安装轴承，轴第四段设计为d=250mm ，L=320mm ，与固定铰支承相连接。

轴的设计如图3所示。

2.3.2磨辊轴支承反力的计算及校核①画受力简图。

根据受力情况画出示意图，如图4所示，轴承座看作为回转支点[5]，轴受到物料支反力F 1，这个力是通过物料作用到辊套再到磨辊轴而来，除此以外，物料受到油缸的拉力F 2，也就是加压装置的液压力，通过磨辊轴、辊套给磨盘上的物料施压，另外还有固定铰支承座的支持力F 3。

另外，从轴系整体考虑，物料运转时摩擦力还会产生偏转力，可由轴承座承受抵消。

②计算支承反力。

根据轴的设计知轴支撑点和键连接处的跨距为L=1160mm ，最小轴直径d=250mm ，所受的力为F=55kN-10kN-10kN=35.5kN 。

③弯矩图如图5所示。

④计算危险截面的当量弯矩M e =M 2+（αT ）2√（5）本次设计只采用心轴，所以T=0，即：M e =M ⑤选择轴的材料，确定许用应力。

本次设计的磨辊主传动立磨轴需要一定的抗冲击能力，能够充分实现物料的碾压粉碎。

因为本次选用的LM800立式磨多为实验室使用设备，选用中碳钢即可。

所以选择轴的材料为45钢，回火处理，根据《机械设计》[5]第表1不同型号立磨的工艺参数立磨型号k 2值D 的选取LM 型MPSX型9.66.6磨盘碾压区外径磨盘碾压区中径图3轴的设计图图4轴受力示意图图5轴的弯矩图0引言HFW 焊管焊接工艺是利用高频率电流将带钢两侧边缘迅速加热到焊接温度，并用成型辊挤压而焊成，近年来HFW 焊管在输油、输气管道领域使用越来越广泛，同时用户对高频焊接钢管质量的要求也越来越高，高频焊管的制造工艺就成为提高焊缝质量的关键问题。

笔者通过查阅学习高频焊管相关理论知识，结合实际生产中遇到的质量问题及解决方法，阐述了影响HFW 焊缝质量的因素，在生产中只有按照工艺评定确定的工艺进行生产，才能确保焊缝质量。

1原料化学元素对焊接质量的影响输油、输气用高频焊管所用原材料钢卷的化学元素含量对焊接质量有着重要影响，尤其是带钢两侧边缘，作为高频焊缝填充物，化学元素含量尤为重要，如：C 、S 、P 以及Mn/Si 含量，为得到良好的焊缝质量，就需要控制这些元素的含量。

降低C 、S 、P 含量，提高Mn/Si 比，可有效改善原料的焊接性。

若C 含量过高，易造成元素偏析，降低C 含量，可有效提高韧性和抗HIC 性能；S 是有害元素，S 含量过高则硫化夹杂物增加，容易导致HIC 和SSC 硫化物应力开裂，提高Mn/Si 比，可有效降低硫化夹杂物，降低焊缝开裂倾向，如图1所示，提高焊接质量。

输油、输气用高频管一般要求Mn/Si 在6~10。

2成型工艺2.1“V ”型角对焊接质量的影响2.1.1带钢两侧结合点与焊接点结合点要尽可能的靠近焊接点，即“V ”型角的位置尽———————————————————————作者简介:尉增强（1981-），男，焊接主任工程师，主要从事输油输气管道焊接工艺研究。

HFW 焊管焊接质量的影响因素及应对措施Welding Quality of HFW Welded Pipe Influencing Factors and Countermeasures尉增强WEI Zeng-qiang（中石化石油机械有限公司沙市钢管分公司）（Shashi Steel Pipe Works of Sinopec Petroleum Machinery Co.，Ltd.）摘要:从化学元素、成型工艺、焊接工艺、焊后热处理等主要方面，分析了影响高频焊管焊缝质量的主要因素。

锰硅比、焊接速度、带钢两侧坡口形状、成型辊挤压量等生产工艺参数对焊接质量的影响，通过实践经验与理论知识结合给出提高焊缝质量的有效方法。

Abstract:The main factors affecting the weld quality of high frequency welded pipe are analyzed from the aspects of chemical elements,forming process,welding process and post-weld heat treatment.The effects of production process parameters such as manganese-silicon ratio,welding speed,groove shape on both sides of strip and extrusion quantity of forming roll on welding quality are discussed.An effective method to improve welding quality is given by combining practical experience with theoretical knowledge.关键词:HFW 焊管；原材料；成型工艺；焊接工艺；焊后热处理Key words:HFW welded pipe ；weld ；welding ；forming ；heat treatment十三章节轴校核部分内容，查表2得σB =570MPa ，σS =285MPa ，σ-1=245MPa ，[σ-1]=55MPa由《机械设计》[5]表13-2查得轴的许用应力为：其中，[σB ]———[σ+1]b 、[σ0]b 、[σ-1]b 分别为零件材料在对称循环，静、脉动循环下轴的许用弯曲应力。