圆筒混合机滚圈与托辊强度计算
圆筒混合机滚圈与托辊强度计算
圆筒混合机滚圈与托辊强度计算摘要:大型混料设备滚圈与托辊间接触应力很大，校核钢制托辊与滚圈的接触应力是大型混合机设计成功与否的重要因素之一。
本文就接触应力进行详细计算，验证设计参数是合理的。
关键词:混合机圆筒混合机接触应力强度接触面Strength Calculation of the Rolling Ring& Supporting Roller of Cylinder MixerYANG Zhan-kai ZHANG Chun-xiao(Shenyang Metallurgy Machinery Limited Company,Shenyang110141,China) Abstracts:It is very important for the large-scale mixing material equipment to check the Contact stress between the rolling ring and supporting roller,because the contact stress will have an great effect on the design of the cylinder mixer. In the article are introduced the detailed calculation of the contact stress, the results indicate that all the design parameters are proper.Key words:Mixer Cylinder mixer Contact stress Strength Interface1 前言SHG-40180圆筒混合机是我公司为唐山港陆钢铁股份有限公司生产的，是港陆钢铁公司200m2烧结工程的核心设备，本机用于黑色冶金烧结厂，其主要功能是用于充分混匀烧结配合料，添加适量水分进行混合料制粒，其成分均匀、水分适宜、透气性良好，为下一步工艺烧结机做烧结料。
圆筒混合机技术协议(初稿)
圆筒混合机技术协议（初稿）中国有色（沈阳）冶金机械有限公司2010年8月圆筒混合机技术协议需方：攀钢成都钢钒有限公司供方：中国有色（沈阳）冶金机械有限公司供需双方就圆筒混合机有关技术事宜达成以下协议：一、总则1、本协议适用于攀钢成都钢钒有限公司工程用圆筒混合机。
2、卖方在设计制造圆筒混合机时，除执行现行的国家或行业标准外，应充分考虑本协议的各项要求。
3、本协议作为合同附件与合同具有同等法律效力。
二、设备名称型号及规格设备名称：圆筒混合机数量： 2台；规格：Φ3.4×13m（一混）、Φ4.0×21m（二混）三、设备工艺技术条件设计环境条件全年平均气温：℃最热月平均气温：℃最冷月平均气温：℃极端最高气温：℃极端最低气温：℃冬季大气压： Kpa夏季大气压： Kpa海拔高度： m年平均降水量 mm平均相对湿度： %地震烈度：度工厂电源： KV四、供货范围一、(φ3.4×13m)圆筒混合机一台二、(φ4.0×21m)圆筒混合机一台五、设备用途及主要功能与结构描述圆筒混合机是烧结机工程主机设备之一。
其用途是，作为一混设备其功能是充分混匀烧结配合料，使混合料化学成分分布均匀，提高混合料的混匀效果，并初步制粒；再由二混作水分微调和造球，在添加适宜水分情况下，使混合料制粒，为烧结机提供成分均匀、水分适宜、透气性良好的混合料。
混合机由圆筒本体、托辊和挡轮、传动装置、润滑系统(稀油润滑、干油润滑、喷油装置)、洒水装置、尾部排料斗、尾部排气罩与操作平台等部分组成。
1、圆筒本体混合机筒体采用厚度不同的钢板卷制焊接成筒节，再由筒节组合焊接成筒体。
筒体制造应严格按图纸要求进行相应的热处理和对接焊缝的探伤检查，并达到所要求的同轴度和圆度。
滚圈采用整体锻造，机械加工成型，整体锻造滚圈，具有强度高、刚度大、使用寿命长、作业率高等优点。
滚圈在加工过程中，必须无锻造缺陷，如折边等，必须经过探伤。
圆筒混合机说明书
圆筒混合机说明书学院：机械工程学院班级：机械装备2班指导老师：张兴中组员：冯常喜苑东良杨金锁耿征1目录一、前言 .......................... 错误！未定义书签。
二、圆筒混合机的结构设计 (3)三、圆筒混合机工作原理 (3)四、圆筒混合机设计方案及计算 (4)1、圆筒混合机设计方案 (4)2、圆筒混合机参数计算 (6)五、零件加工及组装 (11)六、参考文献 ..................... 错误！未定义书签。
2一丶前言圆筒混合机是烧结厂的主要设备之一，一次混合机是对烧结前的粉料、精料、燃料、溶剂等混均匀湿润。
二次混合机主要是对物料进行制粒，使物料成份均匀，水分适中，透气性好。
也可用于其他冶金行业和粉状物料的混合作业，该机筒体长度可根据客户需求制作，传动形式分为齿轮转动和胶轮传动两种形式。
混合机是烧结厂原料准备的关键设备。
混合料的状态对烧结矿的质量，生产率有很大影响。
现代国内外烧结厂中混合作业广泛采用圆筒混合机。
经实践证明，圆筒混合机生产能力大，结构简单，操作方便，运转可靠，维修工作量少，并能同时满足混合、加水、成球要求。
根据工艺要求分一次混合和二次混合，有一、二次混合分开型和一、二次混合合并型之分。
其中分开型具有较大的灵活性和适合于生产工艺的专用性要求⋯。
故被国内外烧结厂广泛采用。
一次混合机主要将混合料进行湿润和混合均匀。
使水、粒度、料温及混合料各组成部分均匀分布。
二次混合除继续混合外，主要是造小球，提高烧结矿的质量和产量，并保证混合料的最终湿润及预热。
随着烧结机的大型化，圆筒混合机的规格也相应增大。
3二、圆筒混合机的结构设计工业上的圆筒混合机大部分是由橡胶轮胎托称圆筒，各个橡胶轮胎间用轴串接，并由减速器带动轴传动，近而使得圆筒滚动。
三、圆筒混合机工作原理烧结机用的各种原料组成的混合料由给料漏斗送入一次混合机内。
混合机的筒体倾斜安装，传动装置中的电动机转动时，经舌簧联轴器、减速器、齿轮联轴器、小齿轮、大齿圈从而使简体旋转。
圆筒混合机技术协议(初稿)分析
圆筒混合机技术协议（初稿）中国有色（沈阳）冶金机械有限公司2010年8月圆筒混合机技术协议需方：攀钢成都钢钒有限公司供方：中国有色（沈阳）冶金机械有限公司供需双方就圆筒混合机有关技术事宜达成以下协议：一、总则1、本协议适用于攀钢成都钢钒有限公司工程用圆筒混合机。
2、卖方在设计制造圆筒混合机时，除执行现行的国家或行业标准外，应充分考虑本协议的各项要求。
3、本协议作为合同附件与合同具有同等法律效力。
二、设备名称型号及规格设备名称：圆筒混合机数量： 2台；规格：Φ3.4×13m（一混）、Φ4.0×21m（二混）三、设备工艺技术条件设计环境条件全年平均气温：℃最热月平均气温：℃最冷月平均气温：℃极端最高气温：℃极端最低气温：℃冬季大气压： Kpa夏季大气压： Kpa海拔高度： m年平均降水量 mm平均相对湿度： %地震烈度：度工厂电源： KV四、供货范围一、(φ3.4×13m)圆筒混合机一台序号名称数量单重 (t) 总重(t) 备注1 给矿端滚圈罩 12 排矿端滚圈罩 13 排矿溜槽与排气罩 14 排矿端平台装配5 给矿口罩6 给矿端支架7 托辊装置8 托挡辊装置9 齿轮罩10 大齿圈装配11 筒体装配 1 不含筒体衬板12 小齿轮轴装配13 爪型离合器 114 废油接收箱15 喷水装置 116 电机 117 减速机 118 微动减速机 119 润滑系统 1 干，稀油20 联轴器21 其它 1 含地脚螺栓等附件22 合计二、(φ4.0×21m)圆筒混合机一台序号名称数量单重 (t) 总重(t) 备注1 给矿端滚圈罩 12 排矿端滚圈罩 13 排矿溜槽与排气罩 14 排矿端平台装配5 给矿口罩6 给矿端支架7 托辊装置8 托挡辊装置9 齿轮罩10 大齿圈装配11 筒体装配 1 不含筒体衬板12 小齿轮轴装配13 爪型离合器 114 废油接收箱15 喷水装置 116 电机 117 减速机 118 微动减速机 119 润滑系统 1 干，稀油20 联轴器21 其它 1 含地脚螺栓等附件22 合计五、设备用途及主要功能与结构描述圆筒混合机是烧结机工程主机设备之一。
圆筒混合机托辊失效分析
圆筒混合机托辊失效分析摘要：本文通过采用无损及理化手段，结合力学分析和有限元分析计算，得出圆筒混合机托辊失效的原因为疲劳失效，快速失效的原因为人为使用过程中循环用油导致的。
并提出了改进建议，为今后的安全生产奠定了基础。
关键词：圆筒混合机；托辊；疲劳；有限元圆筒混合机主要应用于黑色冶金、有色冶金行业，是烧结工艺中矿料烧结前对矿料进行混合、成球的重要设备。
本机规格为φ3800×18000，采用电动机－减速机－大、小齿轮传动。
本机为右式传动（顺料流方向看）。
本机筒体通过前、后两滚圈支撑于托辊装置上，然后电动机经液力偶合器带动减速机，减速机减速后，由减速机的低速轴输出，再通过大、小齿轮减速后，由大齿轮带动筒体转动，从而达到混料的目的。
机器安装时与水平成一定（2度）倾角，使物料在随筒体旋转时向排料端运动，从而实现物料连续进出混合。
物料在筒体内成球经历三个过程，即混合过程、成球、生长和压密过程。
物料进入筒体后先进行混合，然后进行加水湿润、滚动生球，物料迅速形成母球并不断生长。
母球的形成和生长受水分影响很大，因此应根据物料的浸水性和含水量调节给水量使生球过程达到预期效果。
最后物料进入压密压实过程，球中多余水分被挤出并被未充分湿润的矿粉吸收，物料球被压实压密，颗粒之间紧密结合，形成具有一定强度的生球并满足烧结工艺要求。
某单位圆筒混合机在2012年年底由厂家安装，2013年5月开始正常运行，2013年8月中旬陆续发现托辊上面有小坑，经过一段时间的运行过程观察，于2013年9月10月发现大坑，且有一些碎块剥落了2托辊检查及无损理化检测2.1托辊外观检查及形貌通过对托辊外图片形貌分析：材料表面局部区域产生小片或小块状金属剥落，接触表面上出现许多小针状或豆状凹坑，有的凹坑很深，呈贝壳状。
大坑有垂直向下的直边，属于脱落前的裂纹走向和表面垂直，属于深沉剥落。
部分凹坑有独立的异物存在或某种杂质碾压造成。
2.2托辊剥落下来的块状物从剥落下来的碎片来看，发现图示表面有一侧较为光滑，另一侧较为粗糙，有疲劳破坏的特征。
圆筒混合机
圆筒混合机定义:圆筒混合机其用途是：①将多种物料配合成均匀的混合物。
例如将水泥、砂、碎石和水混合成混凝土湿料。
②增加物料接触表面积以促进化学反应。
例如气液相催化反应时，既要使固体粉状催化剂或液体催化剂（密度不同于参加反应的液体）在液体中均匀悬浮，又要使气体形成小气泡在液体中均匀分散。
③加速物理变化。
例如粒状溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速溶解混匀。
分为大中小三种类型。
圆筒混合机是烧结、球团系统中重要设备之一，可用于原料混合、制粒、滚煤等多种用途，满足烧结机对原料的要求。
该系列圆筒混合机的传运结构主要有齿轮传动及胶轮传动两种。
齿轮齿圈传动具有传动扭矩大、寿命长等特点，但噪音较大; 胶轮传动可用实心或空心充气轮胎，具有传动平稳、噪音低等特点，但胶轮磨损较大，更换次数多。
胶轮传动的传动装置根据用户要求可置于中间或两端，所有设备都有左右传动安装形式。
为了提高混料效果，筒体内装有扬料板；为了防止粘料，筒体内还装有整体或部分衬板。
衬板有金属、耐磨橡胶、含油尼龙、高分子材料等材料等多种形式、概述现在中外烧结生产中大多用到圆筒混合机，随着烧结机的规模逐日增大，圆筒混合机也随着增大，混合机的规格是根据处理量和混合时间进行计算和选择的。
大型圆通混合机的规模增大导致了安装的难度增大，本文针对混合机的结构和安装特点进行大致的描述。
、圆筒混合机的结构特点新设计的大型圆筒混合机的结构具有很多优点．而且在传动精度上要求也高．1）设微动传动，通过爪形离合器联接，用在安装及检修过程中可使筒体慢速正反转，便于操作、调整及清理牯科．2）简体整体焊接．滚圈整体锻造．筒体由滚圈和钢板焊制而成的圆筒对接焊成，滚圈为整体锻造，它为筒体的一部分．这种结构制造容易．安装筒单，简体刚度太，避免了滚圈与筒体在运转时产生的滑动现象。
滚圈寿命长。
其断面采用实心梯形，形状简单．便于制造．大齿圈为铸钢，分两半制造，用螺栓联接，由铰制配合螺栓和普通螺栓与筒体上的固定架联接．安装时根据筒体上设置的专用基准进行调整．3）为了防止筒体内的磨损和提高混合效果，防止粘辩．简体内不设金属的扬料板.全部设耐磨橡胶衬扳和扬料板。
大型圆筒混合机功率的分析验证
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald84圆筒混合机配置在配料设备和烧结设备之间，是烧结厂主要设备之一。
混合机物料的混合效果，直接影响烧结矿的质量，进而影响高炉的生产率。
而圆筒混合机能否稳定运行，其中决定因素之一就是选取合适的电机功率。
圆筒混合机功率主要决定于筒体回转所需力矩以及筒体转速，筒体转速等参数由烧结工艺确定，而圆筒回转所需力矩主要包括克服物料提升阻力矩和运转摩擦阻力矩，需要通过计算确定这两项阻力矩的具体数值[1]。
现以某钢厂的φ4.8×24.5 m二次混合机为例，对圆筒混合机的运行功率进行分析和计算。
1 设备主要参数混合机产量;筒体直径为。
对于一次混合机，粘接料层厚取扬料板高度通常取，对于二次混合机粘接料层为衬板高度，通常取，所以，在这里对于φ4.8×24.5m二次混合机来讲，有效直径为筒体长度为，对于皮带机直接给料，筒体有效长度，对于采用溜槽给料时，，现场二混为皮带机直接给料，所以这里混合机的有效长度。
筒体转速;设备最大填充率;物料密度;物料安息角。
2 物料提升阻力矩M g 的计算筒体运转过程中，由于回转摩擦，和物料间作用力，物料会被提升到一定的高度，然后由于重力作用在以滑落、泄落或者抛落的状态落下。
物料的重心相对于筒体的轴线会产生一定的偏转。
通常情况下，为了保证二混的制粒效果，筒体转速需要使物料达到接近抛落的状态，具体的截面状态如图1所示。
(如图1)G 为筒体内流动物料的重力;R c 为中心C点的半径;β为物料安息角。
由填充率，查表得m 2,整理计算得N N*m3 运转摩擦阻力矩M f 的计算运转摩擦阻力矩[2]主要包括托、挡轮轴承的摩擦阻力矩，以及托、挡轮与托圈之间的滚动摩擦阻力矩，但挡轮部分的这两种阻力矩比较小，可略去。
式中，μ为托轮轴承摩擦因数，托辊为滚动轴承脂润滑取；G 为圆筒内流动物料的重力（N）；W 为筒体及附着粘结料总重力（N）；DOI：10.16660/ki.1674-098X.2015.31.084大型圆筒混合机功率的分析验证吴刚(北方重工集团有限公司矿山机械分公司 辽宁沈阳 110142)摘 要：该文通过对某钢厂的φ4.8×24.5 m二次混合机生产数据进行收集整理，结合理论公式，详细选取经验公式中的具体参数，计算出φ4.8×24.5 m圆筒混合机的物料提升阻力矩M g 和运转摩擦阻力矩M f 两项主要载荷，以此为基础计算圆筒回转阻力矩M n ，即可求出电机功率；后又采用日立造船的方法和经验进行功率的分析和验算。
φ3000×9000圆筒混合机筒体断裂分析与改造
φ3000×9000圆筒混合机筒体断裂分析与改造摘要：圆筒混合机是烧结生产工艺中的重要设备，它承担着对混合料进行润湿、混匀及制粒的重任。
使混合料的水分、粒度、料温及混合料的成分均匀分布并制粒,为烧结机提供适宜的混合料。
本文主要讲述了莱钢烧结厂2台φ3000×9000圆筒混合机筒体断裂事故分析，在综合分析的基础上进行了技术改造，提高了设备寿命，经济效益显著。
关键词：烧结圆筒混合机设备改造方案圆筒混合机的作用圆筒混合机是烧结生产的一个主要设备, 其主要部分圆形筒体是由钢板卷制焊接而成。
随着全球市场经济的快速发展，在烧结厂的烧结原料作业中，不论一次混合还是二次混合均选用圆筒混合机。
经过长期实践和改进，随着烧结机向大型化方向快速发展，与之相配套圆筒混合机的规格也相应增大，结构也有了很大发展。
新型圆筒混合机结构是由简体、滚圈、支承装置（包括托辊及轴承）、止推挡辊、传动装置、喂料与喷水装置、润滑装置、底座组成。
工作时能过运输机械（一般为皮带运输机）将由各种原料组成的混合料入混合机内。
混合机筒体成倾斜安装，筒体回转时物料在摩擦力的作用下，随筒体回转方向向上运行，到一定高度，由于自重物料，又落下来，并沿筒体轴倾斜方向移动。
物料的颗粒在上升抛落的每一个循环过程中，具有不同的运动轨迹。
物料经过多次提升和抛落，在向排料端螺旋状前进的运动中，使物料中的各种成分及水分逐渐分布均匀。
为了增强混合效果，物料通过运输机被输送到二次混合机内，混合过程相同。
由于它的自重大（一般为30ｔ左右），体积也较大（一般规格为3000×12000ｍｍ左右），且在旋转状态下工作，承受交变载荷，因此对其结构强度，特别是焊接质量有着较高的要求。
它承担着对混合料进行润湿、混匀及制粒的重任。
使混合料的水分、粒度、料温及混合料的成分均匀分布并制粒,为烧结机提供适宜的混合料。
1、莱钢烧结厂圆筒混合机现状莱钢烧结厂老区2台φ3000×9000圆筒混合机自投入运行以来，筒体断裂事故不断，发生期间也作过筒体结构改进，但一直没有解决问题。
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圆筒混合机滚圈与托辊强度计算
摘要:大型混料设备滚圈与托辊间接触应力很大，校核钢制托辊与滚圈的接触应力是大型混合机设计成功与否的重要因素之一。
本文就接触应力进行详细计算，验证设计参数是合理的。
关键词:混合机圆筒混合机接触应力强度接触面
Strength Calculation of the Rolling Ring& Supporting Roller of Cylinder Mixer
YANG Zhan-kai ZHANG Chun-xiao
(Shenyang Metallurgy Machinery Limited Company,Shenyang110141,China) Abstracts:It is very important for the large-scale mixing material equipment to check the Contact stress between the rolling ring and supporting roller,because the contact stress will have an great effect on the design of the cylinder mixer. In the article are introduced the detailed calculation of the contact stress, the results indicate that all the design parameters are proper.
Key words:Mixer Cylinder mixer Contact stress Strength Interface
1 前言
SHG-40180圆筒混合机是我公司为唐山港陆钢铁股份有限公司生产的，是港陆钢铁公司200m2烧结工程的核心设备，本机用于黑色冶金烧结厂，其主要功能是用于充分混匀烧结配合料，添加适量水分进行混合料制粒，其成分均匀、水分适宜、透气性良好，为下一步工艺烧结机做烧结料。
2 混合机设计技术参数
筒体内径：D=φ4000mm；
筒体长度：L=18000mm；
生产量（湿式）：995t/h；
筒体转速：n =6.5r/min；
筒体有效长度：Le =11.5m；
物料堆比重：ρ =1.7±0.1t/m3；
填充率：ψ =9.33%；
筒体倾斜角：2°（筒体轴线与水平夹角）；
混合时间时间：3.4min;
给料形式：皮带给料；
支撑方式：钢轮支撑；
传动方式：齿轮传动；
电动机:型号YKK500-6
991r/min 630kW 10kV
减速机:型号 ZSY630-31.5
中心距 1395mm 速比 31.5
开式齿轮:模数 40 速比136/28
3 混合机主要构成及安装要求
混合机由圆筒本体、托轮和挡轮、传动装置、润滑系统、洒水装置、头尾溜槽与罩体等部分组成。
为了保证筒体和托辊之间的挤压强度，对两者安装的相对位置有严格要求：
筒体每一侧两个托辊轴线的直线性
精度要求： |b1-b2|≤0.2
|b3-b4|≤0.2
筒体两侧托辊轴线的平行性
精度要求： |a1-a2|≤0.1
|a3-a4|≤0.1
如图
在上述结构条件下，计算滚圈与托辊之间的挤压强度，使实际受力状况与理论计算更接近。
4 滚圈与托辊强度的计算
接触力计算
接触力包括自重项和物料流动项两部分，如图︒
=
30cos 12
1R1F θF
式中 FR1—由自重产生的接触力（kN ）， F θ1—不计流动料时给料侧托辊支反力（kN ）， F θ1=(W1+W2+W3)/2=
(1150+910+110)/2=1085kN ； 式中W1—筒体自重（kN ）; W2—粘料层重量（kN ）； W3—衬板重量（kN ）.
︒
=
30cos 12
11θF R F 866
.012
1085=
=626.4kN ；
4.2物料流动项接触力：
2
30cos sin 5.02θθ
βF R C R R R F ︒
''+''=
FR2—由流动料项产生的接触力（kN ）； R ″－滚圈外半径（m ），R ″=2.28m ； Rc —流动料重心点半径（m ）； βθ—物料扇形半角（°）, 根据填充率查表得：βθ=50°；
θ
βπθβθβ2sin 90
3
sin 34
-'=
R Rc
985
.090
14
.3503
766
.085.134
-⨯⨯=
=1.46m
式中 R ′—筒体粘结物料后的内半径（m ）; R ′=D/2-δ
式中 D —筒体内径（m ）；
δ—粘料层厚度（m ），取δ=0.15m; R ′=D/2-δ=4/2-0.15=1.85m
F θ2—每对托辊承受的物料流动重力（kN ）。
2
42W F =
θ=580÷2=290kN
式中 W4—流动物料重力（kN ）；
2
30cos sin 5.02θ
θ
βF R C R R R F ︒
''+''=
290866
.028.2766
.064.128.25.0⨯⨯⨯+⨯=
=331.7kN
最大接触力作用在给料端滚圈与倾斜料流侧托辊接触面上。
21max R F R F F +==958.1kN
接触应力：
E
T
D R bD T D R D F H )
(max 19
.0+=σ
式中 σH —接触应力（MPa ）；
DR —滚圈外径（m ）, DR=4.56m ； DT —托轮外径（m ）,DT=1m ； b —滚圈宽度（m ）, b=0.75m ；
E —材料弹性模量（MPa ），对于刚轮接触E=2.1×105MPa 。
E
T
D R bD T D R D F H )
(max 19
.0+=σ
(
)6
101.20
01564570015640958119
.0⨯⨯⨯⨯+⨯=
=1086.7kg/cm2 =109MPa 4.3强度条件：
[]
H H σσ≤
式中[σH]—滚圈与托辊许用接触应力（MPa ）, [σH]=450MPa 。
由此可见σH=109MPa ＜[σH]
5 结 语
经过计算，本混合机滚圈与托辊的最大接触应力小于许用接触应力，说明在设计中对滚圈和托辊的材料及热处理要求、对滚圈和托辊的几何参数的选择是正确的。
影响滚圈与托辊使用寿命还有诸多因素，如润滑、托辊与滚圈的安装误差及由此而产生的振动和不平衡都可能对挤压强度产生影响，这一点在设计时必须慎重考虑。
本文有不当之处，请有关专家指正。