Φ800液压四翻倒卸料离心机设-刹车装置结构设计.doc

摘要该毕业设计题目是800液压翻倒卸料离心机的设计。进行了转鼓强度计算与校核，转鼓壁的厚度计算，拦液板的计算，转鼓底的设计，功率计算和电动机的选择，所有回转件质量，质心及转动惯量计算，传动皮带的设计校核及选择，主轴的设计和强度校核，主轴的结构设计，受力分析以及主轴的临界转速计算，轴承的选择，翻到架的设计和强度计算，一些固定件的质量，质心计算，右轴的结构设计及键的校核，刹车的结构设计和强度计算，制动系统的选择，带式制动器的强度校核，翻倒传动部分的设计计算，液压缸的选择，液压缸壁厚计算，和其它的一些设计计算。在设计中，首先要了解到离心机的工作原理：先由控制电路接通带动转鼓转动的电动机，通过皮带的传动使转鼓转动，转鼓转动使物料固液分离，液体通过离心机底部的排液管流出，固体留在转鼓壁上，然后再由控制电路接通翻倒电动机使离心机翻转倒出固体，这样就完成了分离的整个过程，这也是我们设计必须明白的。然后使了解离心机的各个零部件的构造和它们的材料工艺要求。最后对离心机进行整体的评定。关键词： 离心机；转鼓壁；转鼓底；刹车AbstractThe graduation project topic is 800 hydraulic tipping over of centrifuge design. For has turned drum strength calculation and check, turned drum wall of thickness calculation, stopped liquid Board of calculation, turned drum end of of design, power calculation and motor of select, all Rotary pieces quality, mass and the inertia calculation, drive belt of design check and the select, spindle of design and strength check, spindle of structure design, by force analysis and spindle of critical speed calculation, bearing of select, turned to frame of design and strength calculation, some fixed pieces of quality, mass calculation, right axis of structure design and the key of check, Structure design and strength calculation of the brake, and selection of brake system, brake strength, overturned part of the design, selection of hydraulic cylinder, hydraulic cylinder wall thickness calculation, and other design. In design in the, first to understand to centrifugal machine of work principle: first by control circuit connected led turned drum turned of motor, through belt of drive makes turned drum turned, turned drum turned makes material solid liquid separation, liquid through centrifugal machine bottom of row liquid tube outflow, solid left in turned drum wall Shang, then again by control circuit connected overturned motor makes centrifugal machine flip pour out solid, such on completed has separation of whole process, this is we design must understand of. Then learn all parts of centrifuges construction materials and their processing requirements. Final overall evaluation of centrifuge.Key words: Centrifuges; Drum wall; Brake原始数据转鼓直径： 800mm工作转速： 1200r/min物料密度： 1.0510kg/m启动时间： 60120s固液比 ： 1:1目 录第一章 绪论11.1 离心机的应用及其发展11.2 离心机的分类21.3 离心沉降31.3.1 离心沉降分离技术的基本原理31.3.2 离心沉降分离机的种类4第二章 离心机转鼓的强度计算62.1 转鼓强度计算与校核6第三章 功率计算83.1 所有回转件质量、质心及转动惯量计算83.2 功率的计算与电机的选择10第四章 皮带传动的设计与校核134.1 皮带及皮带轮的设计计算134.1.1 材料的选择134.1.2 设计步骤13第五章 主轴的设计计算165.1 主轴的结构设计165.2 主轴的受力分析165.3 轴承的选择、设计及寿命校核185.4 主轴临界转速计算20第六章 翻倒架的设计计算216.1 一些固定件的质量、质心计算216.2 翻倒架的强度计算236.3 右轴的结构设计与强度计算246.4 键的校核26第七章 刹车的结构设计与强度计算287.1 制动系统的选择287.2 带式制动器的强度校核28第八章 翻倒传动部分的设计与计算308.1 液压缸的选择308.2 液压缸壁厚计算30结论与展望33参考文献34致谢35沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章 绪论第一章 绪论1.1 离心机的应用及其发展在离心力的作用下，能够实现液-固、液-液-固、液-液等混合物的分离，我们把这个过程称为离心分离。完成此操作过程的机器叫做离心机1。同其他分离机器比较而言，离心机可以降低工人的劳动强度，减少人力物力的损耗，并且可以把工作条件得到有效的改善，此外，它可以通过自动控制实现连续工作，工作可靠性高，占地面积小。经过离心机的作用，可以实现液相的高浓度提取，并且保证固相中含湿量较低。1836年，在德国的研究下，出现了第一台工业用三足式离心机，并且自此迅速发展起来。离心机的种类繁多，并且每种都有自身的特点，在未来的发展中，其技术水平和自动化程度越来越高，转鼓结构的组合形式增加，并且朝着系列化发展。发展至今，离心机已经有着广泛的应用，逐渐被应用在了化工业、医疗业、食品业、纺织业、冶金业等多领域2。比如，采煤过程中煤粉回收，废水的污泥脱水，放射性元素的浓缩，三废治理中的污泥脱水，各种石油化工产品的制造，各种抗菌素、淀粉及农药的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品的制造，织品、纤维脱水及合成纤维的制造，各种润滑油，燃料油的提纯等都使用离心机。离心机在国民经济的发展过程中发挥了重要作用，并且已经被各个部门大范围使用。离心机主要被应用在后处理环节，它主要完成脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺，它是在在各工业部门发展的基础上发展起来的。18世纪，在产业革命的作用下纺织业迅速发展。与此同时，1836年，棉布脱水机由此而生。1877年，为了满足乳酪加工业的需求，研制出一种可以将牛奶分离的分离机械。20世纪后，石油的使用越来越多，这就需要除去其水、固体杂质、焦油状物料等，提取重油，将其用于燃料。20世纪50年代，研制出碟式活塞排渣分离机，它可以实现自动排渣。60年代到发展成完善的系列产品。近些年来，国家越来越重视环境保护和三废治理问题，因此工业废水和污泥脱水处理显得尤为重要，而且技术要求也很高。卧式螺旋卸料沉降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机得到了进一步的发展，特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的发展速度最快。同国外的发展比较，我国的研究起步晚，直到70年代，我国开始从国外引进。80年代，螺旋卸料沉降式离心机越来越得到很多学者的重视，同时也投入了大量的时间和精力研究螺旋离心机。90年代，我国研制出卧螺离心机，WL200，WLIO00，LWB500，LWG500等型号的产品出现在国内的市场。我国目前对立式螺旋卸料沉降离心机(以下简称立螺离心机)的研究比较少，投入并不多，相关资料更是少见，公司投入使用的立螺离心机基本上都从国外进口，自主研发的很少。出现此现象的原因主要有如下两个：一是工业的迅速发展，导致出现很多废水需要处理，因此需要大量的卧螺离心机，同时越来越多的企业和高校都致力于该机器的研究。二是目前很多立螺离心机中部件寿命短，效率低，经常出现故障。这些原因都阻碍了立螺离心机的发展。但在某些场合，如可用地面积小，实验室环境下难分离物的提取等，立螺离心机显得非常有优势。立螺离心机不仅具备卧螺离心机的特点，而且需要空间小。所以，利用有效的条件和资源，针对上述问题，进一步创新性研究新型结构的立螺离心机至关重要。离心机经历发展后，其结构和机器的应用等方面飞快发展，但是理论研究比较薄弱，同实践研究差距较大。目前理论研究主要针对的是实验结果的分析，而对于机器的选择、设计计算和性能预测等方面研究不充分，通常由经验获得。现代科学技术发展的同时，固-液分离技术引起了极大的重视，逐渐改善了离心分离理论研究迟缓落后的局面。1.2 离心机的分类按照操作原理的不同，离心分离主要包括离心过滤和离心沉降3。与其对应与分类可以有过滤式离心机和沉降式离心机，具体分类如图1.1所示。图1.1 离心机的分类1.3 离心沉降离心沉降由三个物理过程组成4，（1）利用介质与有物体运动的流体间的离心对其进行固体沉降（2）按照分散系得离心规律进行沉渣压实，（3）从沉渣中排出部分由分子力所保持的液体。1952年，安布勒(Ambler)首次提出离心沉降理论，并且在后续过程中对其进行深层次的探究。1.3.1 离心沉降分离技术的基本原理通过离心力的作用，将分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的过程称为离心沉降。沉降速度与粒子的密度、颗粒直径以及液体的密度和黏度有关，并随离心力亦即离心加速度的增大而加快。离心加速度值可随回转角速度和回转半径r的增大而迅速增加。因此，离心沉降操作主要用在两相密度差小和粒子速度小的悬浮液或乳浊液的分离。图1.2 离心沉降分离原理图离心沉降离心沉降它是利用混合物各组分的质量不同，采用离心旋转产生离心力大小的差别，使颗粒下沉而液体上升，达到清洁、分离目的的方法。组成悬浮系的流体与悬浮物因密度不同，在离心力场中发生相对运动，因而使悬浮系得到分离的沉降操作。当悬浮系作回转运动时，密度大的悬浮物（固体颗粒或液滴）在惯性离心力的作用下，沿回转半径方向向外运动。此时，颗粒或液滴受三个径向作用力：惯性离心力，式中为颗粒质量；为回转角速度；r为旋转半径。浮力(方向与惯性离心力相反)。流体对颗粒作绕流运动所产生的曳力。颗粒在此三力的共同作用下,沿径向向外加速运动。对于符合斯托克斯定律的微小颗粒，径向运动的加速度很小，上述三力基本平衡。离心沉降同一颗粒在相同介质中分别作离心沉降和重力沉降时,推动颗粒运动的惯性离心力与重力之比称为离心分离因数，它是反映离心沉降设备性能的重要参数。1.3.2 离心沉降分离机的种类（1）旋风分离器含尘气体由矩形进口管沿切向进入器内,在器壁的作用下作圆周运动。颗粒被惯性离心力抛至器壁，并汇集于锥形底部的集尘斗（灰斗）中。净化了的气体从中央排气管离去。旋风分离器的分离因数约为52500，一般可分离575m的细小尘粒。旋风分离器构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压力的限制，广泛应用于很多工业部门，用于除去气体中的粉尘，或从气体中回收有用粉料。（2）旋液分离器其构造和工作原理与旋风分离器基本相同，主要用于悬浮液的增稠或所含固体颗粒的水力分级。（3）螺旋卸料离心机在长锥形转鼓内装有螺旋推料器，料浆加在转鼓中部，澄清液从转鼓大头端面的窗口溢出，沉积在转鼓内壁的沉淀，由螺旋推料器推向转鼓小头，经沥干后卸出。此机适宜于处理细分散悬浮液，能获得含水率较小的固体沉淀。（4）碟式分离机在转鼓内装有许多倒锥形碟片，碟片直径一般为0.20.6m，碟片数为50100。转鼓转速为47008500r/min，分离因数可达400010000。碟式分离机可用于分离乳浊液(如油料脱水等)，也可用于澄清含有少量微细颗粒的液体。（5）管式高速离心机采用长径比很大的管状转鼓，以便增加转速，提高分离因数。此种离心机的转速通常高于15000r/min，分离因数可达12500。主要用于含细小液滴的乳浊液分离和含少量微细颗粒的悬浮液分离。37沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 离心机转鼓的强度计算第二章 离心机转鼓的强度计算2.1 转鼓强度计算与校核（1）体壁厚的计算 转鼓材料：不锈钢（1Cr18Ni9Ti），密度：0=7.9×103 Kgm3，离心机转鼓内半径R=400mm，转速n=1200 rmin。0=7.9×103×（50×3.14）2÷9.8=11.15MPa0由筒体自身质量高速旋转引起的环向应力。取鼓壁开孔直径d=6mm,开孔间距t=18mm (2-1)开孔削弱系数；t孔的轴向或斜向中心距（两者取小值）；d开孔直径。 (2-2) (2-3)式中： 物料的密度； (2-4) =4.15mmK转鼓的填充系数，取值K=0.36。焊缝系数，取值。许用应力，取ns=2.0， nb=3.5。 =100MPa所以取=3（2）液板壁厚计算、拦液板的厚度计算材料同转鼓选用1Cr18Ni9Ti挡液板壁厚按圆锥形转鼓计算P514。 (2-5)转鼓材料的密度，kg/m3转鼓材料的许用应力，Pa焊逢系数，按100%探伤取值=1。=0.134 （2-6）=0.336mm所以取=3mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 功率计算第三章 功率计算3.1 所有回转件质量、质心及转动惯量计算（1）拦液板直边段 （3-1） （3-2） （3-3）（2）拦液板锥形段 （3）转鼓壁（4）加强箍（5）转鼓将其分段计算：空心圆柱体：圆台体：圆筒体：圆台体：圆锥块：空心圆台体：圆筒：（6）总体计算：总质量：总质心：总转动惯量：3.2 功率的计算与电机的选择（1）启动转鼓等转动件所需功率N： 考虑其他转动件功率增加58%，取5%，计算得：（2）启动物料所需的功率N：3 (3-4) (3-5) (3-6) (3-7)（3）克服轴与轴承摩擦所需的功率N3：，。 (3-8)（4）克服转鼓、物料与空气摩擦所需的功率N4: (3-9)其中：（5）间歇运转的离心机启动阶段消耗的功率N5 :由三角皮带传动效率：，取；离心式摩擦离心器传动效率：，取；安全裕量系数：；则实际功率：。因为离心机启动阶段消耗的功率最大，由此选电动机。选：额定功率：4 kw固定转速为：1440 r / min电机型号为： Y112M4 质量：沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章 皮带传动的设计与校核第四章 皮带传动的设计与校核4.1 皮带及皮带轮的设计计算4.1.1 材料的选择皮带轮选用：铸铁，0=7.0×103kg/m34.1.2 设计步骤（1）设计功率PdPd=KA·PKA工况系数，每天工作大于10小时，载荷变动小KA=1.2P传动功率，kw，P=4kwPd=1.2×4=4.8kW（2）带型根据Pd=4.8kW ，n1=1440r/min，查图1312。选用普通V型A带 ,dd1=112140mm,取dd1=125mm，dd1小带轮基准直径（3）传动比：i=1.217，取0.01；i=1；dd2=125mm (4-1)（4）带速V： V=3.14×100×1440/60×1000=7.31<Vmax (4-2)Vmax=2530(m/s)（5）初定中心距aa0.7(dd1+dd2)<aa<2（dd1+dd2） 158<a0<450 (4-3)取aa=400mm（6）带的基准长度Ld0或有效长度Le0Ld0=2a0+=1153mm 选取Ld =1250 (4-4)（7）计算中心距A=a0+(Ld-Ld0)/2=450mm (4-5)（8）小带轮包角=180o-×60o=176.7o>120o (4-6)（9）单根V带额定功率P1=2.82 kw，P 表 13-1-15 （10）K包角的修正系数 K=0.99KL带正修正系数 KL=0.93P=1.32 ，P=0.09V带根数Z Z=4.8/(1.3+0.09)×1×0.91=3.7， (4-7)所以Z=4（11）单根V带初张紧力F0=520·+mv2=107.84N (4-8)m单根V带的质量；m=0.1kg/m（12）作用在轴上的力Q Q=2F0Zsin=2×107.84×4×sin176.7/2=862.36 N (4-9)（13）带轮宽BB=（Z-1）e+2f (4-10)Z轮槽数e槽间距，其累积误差不得超过me=15+1.3 fmin=9B=（4-1）×15+2×10=65mm（14）带轮槽形状尺寸 P13-6bd=11mm b13.2mmhamin=2.75mm hfmin=8.7mm=6mm带轮的设计：由于V=7.31 m/s<20 m/s带轮材料取：HT150（P13-9）=（1.82）d=110mmL=（1.52）d=90mmB=（4-1）×19+2×15=106mmdd2=193mmd= dd2+ hamin=193+7=200mm沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第五章 主轴的设计计算第五章 主轴的设计计算5.1 主轴的结构设计1.选择的材料: 45钢，调质处理。弯曲疲劳极限： 剪切疲劳强度极限： 2. 轴的结构设计:a.拟定轴上零件的装配方案。b.根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。（详见附图）5.2 主轴的受力分析1根据受力列方程：其中： 代入方程解得： 根据受力图画弯矩图、扭矩图： (5-1)2.主轴的强度校核（1）载荷计算总轴向力：P=G物+G鼓+G轮+G轴=60+（10+22.5+21.44）+25.61+6.36×9.8=1430N (5-2)偏心载荷：e=D/1000=0.6×103mm (5-3)M= (G物+G鼓)e=(10+22.5+21.44+60)×0.6×103×9.8=0.670N.m (5-4)轴传递扭矩T=9550×5。5/1500=35n.m转鼓的离心力：Fr=mw2e=(10+22.5+21.44)1572×0.6×103=798N （5-5）=w/t=157×80=1.9625轴的扭矩T=35N.m压轴力：Q=1298NR1+R2+Fr=QQ+105+R1×171+M+Fr×258.3=0 R1+R2+798=12981298×105+ R1×171+670+798×258.3=0解得：R1=1983N，R2=2430N根据第四强度理论：Mca = （5-6）Mca1=139.62 N.mMca2=80.26N.m1289= R1+R2798-1298×105+ R1×171=798×258.3+670解得：R1=465N，R2=1631N。经以上计算分析：第一种情况的支坐反力大，所以要按第一种方法计算。（2）按弯矩合成应力校核强度：W1=/32×0.0552=0.00006325m3.W2=/32×0.0452=0.00008941 m3.ca1=M ca1/W2=136.29/0.0000016325=8.34MPa<ca2= M ca2/W2=80.26/0.000008941=8.9 MPa<=60 MPa所以，轴的强度理论符合要求。（3）判断危险截面弯曲合成他应力最大，最小截面处的弯矩合成应力也较小，所以，通过两轴承处校核得出整个轴校核完成，故疲劳校核采用以上两个截面。（4） 轴的疲劳校核（单向旋转的轴）S=-1/S （5-7）-1=60N/mm2 S=1.7对于1-1截面：M1=136.29N.m T2=32N.mT1=/32×5.52=16.325cm2 Ip=2T1=32.651cm3S=60/=3147>s所以合格。5.3 轴承的选择、设计及寿命校核1.轴承选择：a. 基本尺寸：50mm；选择轴承型号：46210D=90mm B=20 b. 基本尺寸：40mm；选择轴承型号：46408D=80mm B=19 2. 确定轴承的径向载荷：已知： 解得： 3. 确定轴承的轴向载荷A1、A2 ： （1）已知转鼓和物料的总质量 126.43 kgFA = mg = 1239.1N（2）附加轴向力的确定：（3）轴向力的确定：（4）计算两轴承的当量载荷：可查得： 载荷系数 .2查表得： 静载荷安全系数为： （5）确定轴承寿命：按轴承的受力大小计算：寿命系数取。 （5-8）轴承每天工作16h，则轴承工作天数：n=168152.7/16=1050.9(天)所以轴承A、B都合格。5.4 主轴临界转速计算1.计算阶梯轴的当量直径dv=37.92mm （5-9） -经验修正系数 取为1.094。 2.临界转速nc1=1688.9r/min>1200r/min （5-10）设计为刚性轴应满足n<0.75nc1=0.75*1688.9=1266.7r/minn=1200r/min 所以此轴处于稳定状态。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第六章 翻倒架的设计计算第六章 翻倒架的设计计算6.1 一些固定件的质量、质心计算a电机： 型号Y112M4，m1 = 43kg电机座：相对鼓底质心位置：；。b. 离合器：c. 小带轮： d. 大带轮： e. 翻倒架： f. 上机壳：如下图6-1.6-1上机壳结构示意图 （6-1）g. 下机壳：如下图6-2。6-2下机壳结构示意图h. 轴承支座： i. 轴：j. 法兰：k. 减震器：总质量（不含物料）： （6-2）翻倒架的位置，即未加物料的整个离心机质心： （6-3）6.2 翻倒架的强度计算材料： HT200 将翻倒架视为一均布载荷架，承受均布载荷q 如图： （6-4）整个机器总质量： （6-5）弯矩及弯矩图： （6-6）将整个截面分成三个部分： ： ： 整个型心坐标：段：A1=2000mm2 x1=50mm Z1=110mm段：A2=1600mm2 x2=10mm Z2=60mm段：A3=1000mm2 x3=25mm Z3=10mm整个型心坐标：抗弯矩： （6-7）抗弯矩组合由第三强度理论校核： （6-8） ，鼓翻倒架强度满足要求。6.3 右轴的结构设计与强度计算1. 结构设计：材料：45钢；调质处理,如下图6-3。6-3右轴结构示意图2. 轴的受力分析：F图：(N) 1885.78 1885.78M图：(N·m) 540.68T图：(N·m) 286.96-4弯矩示意图计算弯矩： ，取： (6-9) 3. 右轴的静强度安全系数校核： (6-10)截面： 其中 ； （6-11） ； 材料的屈服极限： ； ，静强度安全许用系数=1.5。代入公式： 截面：；右轴的静强度符合要求。6.4 键的校核键连接的强度验算公式： （6-12） （6-13）其中转矩：轴直径： 键与轮毂的接触高度： 键的工作长度： =0.04mm键连接的许用应力P ： 所以合格。许用剪切应力： 所以合格。经校核键满足要求。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第七章 刹车的结构设计与强度计算第七章 刹车的结构设计与强度计算7.1 制动系统的选择选用带式制动器： D = 400 mm 制动力矩： Mt1 = 1765 N·m制动带宽度： B = 100 mm制动带厚度： = 8 mm7.2 带式制动器的强度校核1. 摩擦面的比压校核： (7-1)制动带的最大拉力： (7-2)带式制动器的摩擦系数 代入公式： 摩擦材料许用比压： 则： 所以摩擦比压符合要求。2. 钢带拉伸应力的校核：强度要求： (7-3)被柳钉削弱的最多截面的系数： m = 3钢带连接柳钉孔径： d = 8 mm制动钢带厚度： ,材料45钢满足要求。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第八章 翻倒传动部分的设计与计算第八章 翻倒传动部分的设计与计算8.1 液压缸的选择根据机构运动和机构的要求，选用单杆活塞非差动双作用液压缸。选用液压缸内径D=100mm,缸的材料为45钢,=598Mpa，如下图8-1.8-1液压缸结构原理图8.2 液压缸壁厚计算取额定压力为P=4MPa，允许最高压力Pmax<1.5Pn=1.54=6MPa，许用应力=/n取n=5则=119.6 MPa壁厚计算= 当=0.080.3时，用 =1.74mm (8-1)壁厚t=10mm>1.74，所以可以使用。活塞杆的计算1.由于液压缸无速比要求，可根据液压缸的推力和拉力确定，可按下式初步估算选取d值：d=()D=4066.67mm如果活塞杆长小于或等于10倍的缸径D，不能确定速率比，可按下式计算：d= (8-2)P1液压缸推力N材料的许用应力N/mm2 =所以： P1=PA=286.9kN =取n=2查245钢=598MPa所以 =598/2=299 MPa 圆整d=38mm2.纵向弯曲轴向应力的计算 当纵向力达到极限力Pk以后缸产生纵向弯曲，出现不稳定现象。Pk-活塞杆弯曲失稳临界压缩力N活塞受到P1完全作用在轴线上按P1验证。 P1=286.9kN；Pk= （8-3）E1实际弹性模量，E1= （8-4）其中a材料组织缺陷系数；b活塞杆横截面不均匀系数，a=1/12 b=1/13所以E=2105。I-活塞杆横截面惯性矩。K-液压缸安装及导向系数 P19-222 表19-6-21取K=2LB-液压缸支承长度 LB =14d=2m代如上式 E1=1.8105 I =8.2410-8m4 （8-5）所以Pk=1635.8kNn