圓盤造球機結(jié)構(gòu)設(shè)計

1本設(shè)計的圓盤造球機結(jié)構(gòu)采用回轉(zhuǎn)軸承結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)軸承結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)圈、外圈、滾動體、隔離快構(gòu)成。回轉(zhuǎn)軸承結(jié)構(gòu)可以同時承受軸向力和徑向力，因此其載荷能力更好，輸入功率小，利用能源效率高，工作效率高，使用壽命長，加工難度低，整體重量輕，制造成本小。圓盤造球機部件除了有回轉(zhuǎn)軸承外，主要還有造球盤、刮刀、傾動盤等，如圖1-2所示。圓盤造球機原理：圓盤造球機是將不符合生產(chǎn)要求的原始礦料變?yōu)榉仙a(chǎn)要求的球團礦的大型機械設(shè)備。造球機工作時，其造球盤內(nèi)的物料受到離心力、摩擦力、重力這三種力的共同作用，同時不斷的向造球盤內(nèi)加水使其保持一定的黏性，造球盤內(nèi)的料粒逐漸成長為一定直徑大小的球團并從盤邊排出。圖1-2圓盤造球機原理1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀20世紀中期，美國為了穩(wěn)固自己世界第一強國的地位，開始大力的發(fā)展自己的采礦業(yè)，同時也發(fā)現(xiàn)了一個重大的問題，有很多礦的品相完全不足以冶煉成生產(chǎn)材料。為了解決這一問題，球團法得到了業(yè)界一致的肯定，圓盤造球機也就此逐漸得到了大力的發(fā)展?，F(xiàn)在世界上日本和德國仍就是機械領(lǐng)域的強國，有很多大型的、精密的機械設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)水平都處以世界領(lǐng)先地位，尤其是圓盤造球機這類在冶金行業(yè)舉足輕重的大型機械設(shè)備。其設(shè)計生產(chǎn)的造球機皆由回轉(zhuǎn)軸承支撐，因此可以承受較大的載荷；并使用無級調(diào)速來控制造球機的刮刀軌跡與圓盤轉(zhuǎn)速，極大的增加了造球機的成球效率。我國的冶煉工業(yè)通過一代代人不斷地努力，現(xiàn)在國內(nèi)冶金行業(yè)的機械設(shè)備生產(chǎn)能力也有了很大的提高。尤其是圓盤造球機生產(chǎn)設(shè)計水平得到了很大的進步，其由原來的固定刮刀轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱有D(zhuǎn)刮刀，減少機械功耗并提高成球質(zhì)量；但目前我國大部分圓盤造球機未使用回轉(zhuǎn)軸承支承結(jié)構(gòu)，仍使用懸臂軸支撐結(jié)構(gòu)使得造球機圓盤旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較差。雖然我國地大物博，礦產(chǎn)資源豐富。但是應(yīng)該時刻保持著憂患意識，珍惜資源，提高資源的利用效率，并且應(yīng)該緊緊的追隨著世界先進的機械設(shè)備生產(chǎn)加工水平，所以應(yīng)該大力的發(fā)展圓盤造球機這一機械設(shè)備，爭取早日到達世界一流的水準。1.3選題依據(jù)當前，圓盤造球機仍然有著巨大的市場前景，其對重工業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的影響，所以冶金行業(yè)對圓盤造球機一直重點研究。雖然圓盤造球機已應(yīng)用于生產(chǎn)制造多年，但是其自動化的程度不高，生產(chǎn)效率低下，且造球機消耗功率過高，因此這些方面都等待著進一步的改善。所以我選擇圓盤造球機作為我的畢業(yè)設(shè)計題目。1.4研究方法及內(nèi)容本次課題旨在設(shè)計出直徑3200mm的圓盤造球機。1.4.1圓盤造球機的設(shè)計主要問題(1)因為圓盤造球機在國內(nèi)的冶金行業(yè)市場出現(xiàn)多年，國內(nèi)已經(jīng)有一套較成熟的圓盤造球機生產(chǎn)體系。所以本次的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容將主要結(jié)合國外，如日本和德國這些國家先進的圓盤造球機設(shè)計生產(chǎn)理念，并深切的結(jié)合國內(nèi)的生產(chǎn)市場。(2)雖然國外已經(jīng)擁有著先進的圓盤造球機生產(chǎn)制造水平，但是可供參考的資料內(nèi)容良莠不齊，故需取其精華，從大量的資料中提煉出有用的內(nèi)容。為了提高本次設(shè)計圓盤造球機的實用性，我們需要參考其它國內(nèi)先進大型機械設(shè)備的機型結(jié)構(gòu)，設(shè)計完造球機的機型結(jié)構(gòu)后，再完成造球機的強度校核等方面的內(nèi)容。(3)由于缺乏機械設(shè)計方面經(jīng)驗，所以設(shè)計出來的圓盤造球機可能會存在一些缺陷，因此需要得到指導(dǎo)老師檢查并且一步步的完善自己畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容。(4)由于圓盤造球機是大型機械，機械零件繁多，故本次設(shè)計圖紙都采用二維平面畫圖，不考慮三維模型結(jié)構(gòu)。1.4.2研究步驟、方法及措施圓盤造球機可分為以下幾部分進行設(shè)計：傳動裝置部分的設(shè)計，機械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計，選取各執(zhí)行部分所需的電動機，強度校核，分析并優(yōu)化刮刀軌跡，畫二維圖，編寫說明書。

第2章傳動系統(tǒng)設(shè)計2.1載荷分析計算圓盤造球機是生成高爐煉鐵所需的球團的大型機械設(shè)備，其生成球團質(zhì)量的標準直接影響著高爐冶煉所得鐵料的質(zhì)量，因為球團在生成過程中主要受到摩擦力、重力、離心力這三種力的影響，所以造球機生成球團的質(zhì)量主要和造球盤轉(zhuǎn)速、造球盤傾角、造球盤邊高這三者息息相關(guān)。為了能夠生成質(zhì)量達標的球團，我們設(shè)計的圓盤造球機首先就要確定這三者的大小。首先確定圓盤造球機造球盤的傾角在40°-50°之間，當圓盤造球機的造球盤傾角固定后，如果圓盤造球機的造球盤轉(zhuǎn)速過小，造球盤內(nèi)的物料沒有得到足夠的動能，物料受到重力的影響而無法上升到造球盤的頂點，并導(dǎo)致母球下落高度較小，沒有足夠的勢能轉(zhuǎn)化為動能，因此母球難以擠壓造球盤內(nèi)的物料而繼續(xù)成長。當圓盤造球機的造球盤傾角固定后，如果圓盤造球機的造球盤轉(zhuǎn)速過大，造球盤內(nèi)的物料會獲得過大的動能，當母球下落時因自身能量過大，會重重的砸在造球盤的下盤壁上，導(dǎo)致形成的母球破裂，甚至?xí)p壞到造球盤。如果繼續(xù)加大圓盤造球機的造球盤轉(zhuǎn)速，造球盤內(nèi)的物料受到過大離心力的作用，直接被甩到盤壁上而直接停止成球。所以當圓盤造球機的造球盤傾角固定后，只有調(diào)整造球盤到適宜的轉(zhuǎn)速才可以讓物料在盤面上進行有規(guī)律的運動而生成質(zhì)量良好的球團，本次設(shè)計的圓盤造球機轉(zhuǎn)速可取1.5-2.0m/s間。圓盤造球機生成球團的強度和尺寸和造球盤邊高有很大關(guān)系。造球盤的邊高過低會導(dǎo)致母球在造球盤內(nèi)停留的時間過短，生成的球團無法獲得足夠的強度及粒度；造球盤的邊高過高會導(dǎo)致母球在造球盤內(nèi)停留的時間過長，過多的物料堆積在造球盤內(nèi)，從而影響物料的運動特性，不利于母球的成長。2.1.1造球盤邊高 (2-1)式中，；。則2.1.2造球盤傾角經(jīng)查閱大量的資料，確定本次設(shè)計的圓盤造球機的造球盤傾角調(diào)整范圍為40°-50°。2.1.3造球盤轉(zhuǎn)速 (2-2)公式中，；；；；。不同的物料與盤面摩擦系數(shù)不同，即f值不同，可取摩擦系數(shù)平均值f=0.7002，由實驗數(shù)據(jù)得β=15°，帶入數(shù)據(jù)：；；。兩圓盤造球機轉(zhuǎn)速之比等于其造球盤直徑的反比，即 (2-3)由已知圓盤造球機的參考數(shù)據(jù)確定此次設(shè)計造球機轉(zhuǎn)速范圍為7-11r/min?為方便調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此次設(shè)計的圓盤造球機的傳動系統(tǒng)使用無極調(diào)。2.2功率計算2.2.1提升物料所消耗的功率如果提升物料所需要的功率大小為Nt，此功率大小只與物料總重量和物料重心的位置有關(guān)。因此需計算物料重心的位置和物料所受的阻力矩。造球盤工作時物料數(shù)學(xué)模型如圖2-1所示。圖2-1盤內(nèi)物料數(shù)學(xué)模型圖從圖2-1可得，物料上下于X軸對稱，所以重心的X0和Z0坐標位置可由三重積分求得；X0=1VDZ0=1VD其中，V是物料堆積在造球盤內(nèi)的體積，dV=dxdydz，則，X0=1VD=1=1=2tanα=2tanα=2tanα=π由公式 (2-7)可得 (2-8) (2-9)======綜上所述，物料重心坐標為XY帶入數(shù)據(jù)得圖2-2是造球盤內(nèi)物料所受阻力矩圖。此時造球盤做逆時針旋轉(zhuǎn)運動，并且造球盤的半徑和物料重心回轉(zhuǎn)半徑相同，即r=X0，當ω=60°時造球盤內(nèi)物料所受阻力矩最大，故ω=60°時電機功率消耗最高，此時G1的作用點將由C點移到C′點，且G1=G′，當圓盤造球機起動時的物料重心坐標就是此時的C′點，為C′(X0,Y0,Z0)由圖2-2b得，G′作用生成阻力矩M，則M=aG1′=aG1，且G1=Gsinβ，a=XM=Xsinω·Gsinβ(則M==0.0425D經(jīng)計算得出造球盤內(nèi)提升物料所耗功率為 (2-11)==0.0436D(a)(b)圖2-2盤內(nèi)物料阻力矩圖式中，；；；；。Nt=0.0436D3Hn·1.8·=0.0555D2.2.2克服刮刀阻力所消耗的功率圓盤造球機是大型機械，因此其在工作時會消耗大量的功。我們首先求取造球機刮刀所消耗的功率。為了能夠以及時的刮掉附著在造球盤上的粘料，本次設(shè)計的圓盤造球機需同時配備底部刮刀和側(cè)邊刮刀，兩把刮刀配合作業(yè)以確保造球盤不被粘料附著，這能夠有效的減少機器消耗的總功率并提高生成球團質(zhì)量。經(jīng)查閱大量的資料，我們采取阻力系數(shù)k=1.3～1.5來補償刮刀消耗的功率。2.2.3克服軸承摩擦阻力所消耗的功率造球機軸承一般采用滾動軸承，其產(chǎn)生的阻力忽略不計。 (2-13)式中,;；。圓盤造球機電機功率的計算：確定圓盤造球機的傳動形式為：電動機--帶傳動--行星輪減速器--直齒圓柱齒輪傳動--造球盤。計算電機功率 (2-14)式中,；；；；；；；。 (2-15)式中,；；；；。代入得本次設(shè)計的圓盤造球機的傳動鏈由電機、皮帶、減速器、齒輪、回轉(zhuǎn)軸承、造球盤構(gòu)成，因為其為大型機械設(shè)備，因此需要對圓盤造球機的動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)進行仔細的分析與計算，以便讓所設(shè)計的圓盤造球機能夠正常的工作，圓盤造球機的動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)主參數(shù)如表2-1所示，由此表選擇其余部件，并完成強度校核。表2-1運動和動力學(xué)參數(shù)表軸號功率P/KW轉(zhuǎn)矩T/(N·M)轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動比效率電機軸75477.51500198減速器輸入軸73.5467.9515002095減速器輸出軸69.8258891.0575199齒輪軸69.1278802.17756.5398回轉(zhuǎn)軸承齒圈67.74456354.9811.48199造球盤67.06755791.8011.481992.3傳動系統(tǒng)設(shè)備選型2.3.1主電機選型根據(jù)電機功率NH=75kW，采用YR250S-4型三相交流異步電動機，主要參數(shù)如表2-

型號額定功同步轉(zhuǎn)速/效率轉(zhuǎn)動重量率/KW（r/min）（%）慣量/KgYR250S-475150090.51.338440表2-2電動機主參數(shù)表2.3.2主減速器選型由已知數(shù)據(jù)選NBD400型減速器，公稱傳動比i減=20，額定輸入功率79.9kW，額定輸出扭矩9070N·m?減速器的輸出轉(zhuǎn)速n出=75r/min，則小齒輪的轉(zhuǎn)速n1=75r/min，規(guī)定造球盤的轉(zhuǎn)速范圍是7-11r/min，確定n2=11r/min，即小齒輪和內(nèi)齒圈嚙合的傳動比i=6.8。2.3.3V帶傳動設(shè)計(1)設(shè)計功率Pd (2-16)式中,；。則(2)選擇帶型查表 (2-17)式中,由此選擇15N、15J型窄V帶(3)傳動比i不考慮滑動率 (2-18)式中,;；。(4)主動帶輪的基準直徑由表得(5)從動帶輪的基準直徑dp2=idp1(6)帶速vv=πdp1nv(7)確定軸間距0.7dp1+dp2根據(jù)實際要求取，a(8)所需基準長度查表得L經(jīng)圓整為L(9)實際軸間距a≈a0+Lamin=a-0.015Ldamax=a+0.03Lda=791.7mm取a=(10)主動帶輪包角a1=180°-ad2因為皮帶張緊需求故取a1(11)單根V帶傳遞的額定功率由表得，α=180°V帶負載平穩(wěn)時，單根V帶額定功率P(12)V帶根數(shù)z=PdP1K(13)單根V帶的預(yù)緊力F0=5002.5Kα式中,mF(14)作用于軸上的力Fr=2F0zsinFr2.3.4主傳動聯(lián)軸器選型因為圓盤造球機生球時不斷震動，造球盤不夠平穩(wěn)，故需使用彈性聯(lián)軸器來減震緩沖，并且聯(lián)軸器和行星輪減速器連接，輸出轉(zhuǎn)速低，因此不需要較高的平衡精度，但是因為圓盤造球機體積巨大，聯(lián)軸器的對中性不能保證，又因為不良工況的影響，所以要綜合考慮補償安裝偏差和補償運轉(zhuǎn)偏差。并且圓盤造球機在機械結(jié)構(gòu)的緊湊性，尺寸，安裝拆卸方便程度，維護難度等方面有很高的要求，以及在可靠性，連續(xù)工作性上的要求，此次設(shè)計采用無需潤滑的聯(lián)軸器。綜合上述情況并最終計算成本后，此次設(shè)計采用彈性柱銷聯(lián)軸器。針對標準聯(lián)軸器來說，通常以計算得出的聯(lián)軸器需真實傳遞的轉(zhuǎn)矩小于選用的聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩[T]或標準聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為原則。不同傳動軸其載荷變化也不盡相同，且不同聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)特點，機械性能也不盡相同，故聯(lián)軸器實際轉(zhuǎn)矩和理論轉(zhuǎn)矩不相等，通常情況下，Tc=TKKwK=9550P由此查表選用HL9J型軸孔彈性柱銷聯(lián)軸器。2.3.5齒輪嚙合計算圓盤造球機選擇直齒圓柱開式齒輪傳動，因為其是一般工作機器，低速重載，開式齒輪傳動，所以采用8級精度?小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)處理)，硬度是270~280HBS；大齒輪材料為ZG340-640(調(diào)質(zhì))，硬度是270~280HBS，硬度差是30~40HBS?小齒輪齒數(shù)Z1=18，大齒輪齒數(shù)Z2=125，則傳動比u=6.94，圓盤的最高轉(zhuǎn)速為10.8r/min。a.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計d1≥2.323KT公式內(nèi)各計算值的確定：(1)載荷系數(shù)K=KAKV=1.67(2)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106=(3)齒寬系數(shù)查表取φd(4)彈性影響系數(shù)查表取ZE(5)接觸疲勞強度小齒輪和大齒輪的接觸疲勞強度極限按齒面硬度去查表；對于開式齒輪傳動，一般選用齒面接觸疲勞極限時，應(yīng)增加5%~10%，因此能確定σHlim1σHlim2(6)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)按照其使用壽命為10年，每年300個工作日，每天工作16h，則n1=1.96×10n2=2.45×10(7)接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1(8)接觸疲勞許用應(yīng)力取安全系數(shù)S=1，則：σH1=861.9MPaσH2=793.6MPa(9)小齒輪分度圓直徑將(1)~(7)結(jié)果代入式(4)得d1≥2.323KT1=262.76mm(10)小齒輪模數(shù)M=d1Z1=262.76=14.60mm取模數(shù)m=16b.按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計M=3KT1φ(1)彎曲疲勞強度極限σFE1σFE2(2)彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1(3)彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則σH1=442.86MpaσH2=350Mpa(4)載荷系數(shù)K=KAKV=1.65(5)齒形系數(shù)YFa1(6)應(yīng)力校正系數(shù)YSa1(7)YFa1YFa2(8)齒輪模數(shù)計算綜上所述得：M=10.045mm因為由彎曲疲勞強度計算出的模數(shù)小于由齒面接觸疲勞強度計算出的模數(shù)，本設(shè)計又為開式齒輪傳動，所以選擇的齒輪需要齒數(shù)較少，模數(shù)較大，這能夠增加齒厚，提高彎曲強度；綜上由接觸疲勞強度確定齒輪模數(shù)m=16。2.3.6回轉(zhuǎn)軸承選型及校核圓盤造球機生成球團時其受到較大的徑向載荷和翻倒力矩，所以最開始大都使用懸臂軸承，但其工作穩(wěn)定性低的缺點，容易導(dǎo)致軸承磨損，現(xiàn)已被市場淘汰。現(xiàn)在市場流行大型回轉(zhuǎn)軸承，這種方式的軸承有較高的工作穩(wěn)定性，其承載能力大，延長了使用壽命。回轉(zhuǎn)軸承有單排四點接觸球式，單排交叉滾柱式，雙排異徑球式等多種形式。由傳動方式的不同，又分為外齒形、內(nèi)齒形、無齒形。本次設(shè)計的圓盤造球機選用內(nèi)齒圈嚙合雙密封回轉(zhuǎn)軸承。如圖2-3所示，由齒輪載荷分析計算，先選用模數(shù)m=16，齒數(shù)125，014-40-2240-011-11型回轉(zhuǎn)軸承。把回轉(zhuǎn)軸承靜止狀態(tài)下所受載荷最大值作為靜態(tài)額定值。通常情況下靜態(tài)額定值也應(yīng)計算存在的最大載荷。圓盤造球機生成球團時的填充率設(shè)為21%，物料質(zhì)量約16000kg，則F由幾何尺寸可知L圖2-3回轉(zhuǎn)軸承受力示意圖圖2-4回轉(zhuǎn)軸承受力分析圖如圖2-4所示，總傾翻力矩M=F1×L=368800N·m總軸向力Fa=F1×sin45°+=566KN總徑向力Fr=F1×cos45°+=566KN根據(jù)圓盤造球機工作環(huán)境取靜態(tài)安全系數(shù)fs，取f回轉(zhuǎn)支承為014-40-2240-011-11型單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)軸承Fa'=1.225×F=1.225×M×f=65.5×10式中，；；。如圖2-5所示，由01.40.2240回轉(zhuǎn)支承承載曲線圖得，該軸承能夠符合承載要求。圖2-501.40.2240回轉(zhuǎn)支承承載曲線圖2.3.7刮刀電機選型已知刮刀功率為2~3kW，為提高造球機的生球效率刮刀使用無級變速，所以選用YCTL160-4A立式電磁調(diào)速三相異步電動機。該電機技術(shù)參數(shù)如表2-3所示。表2-3刮刀電機主參數(shù)表型號拖動電動機功率/kW額定轉(zhuǎn)矩/N.m調(diào)整范圍（r/min）轉(zhuǎn)速變化（%）電源重量/kgYCTL160-4A2.214.1125~12502.5三相交流50Hz380V112選用次電機優(yōu)點有：1）刮刀采用無級交流調(diào)速，其形成負反饋系統(tǒng)，刮刀速度可自動調(diào)節(jié)；2）電動機的成本低，易于維護；3）刮刀的調(diào)速范圍廣；4）因為其控制功率小，刮刀可采用手控、自控、遙控等方式；5）因為其啟動力矩大，所依啟動平滑，運動特性好。2.3.8刮刀減速器選型由本設(shè)計的的圓盤造球機對刮刀轉(zhuǎn)速、尺寸、功率上的要求，選擇單級擺線針輪減速器。擺線針輪減速器應(yīng)先滿足傳動比的要求，再按輸入計算功率（或輸出軸的計算轉(zhuǎn)矩），確定機型號。即Pc1=P1K代入計算得Pc1=2.2×1.5×1500=3.7268KW<4KW綜上采用ZLD4-7B-87JB/T2982-1994，效率是95%，轉(zhuǎn)速比87。刮刀轉(zhuǎn)速取7~11r/min，由此確定刮刀電機轉(zhuǎn)速范圍，運動和動力學(xué)參數(shù)如表2-4所示。表2-4刮刀電機工作參數(shù)表軸號功率P/KW轉(zhuǎn)矩T/（N.M）轉(zhuǎn)速n/（r/min）傳動比效率刮刀電機軸2.2014.1609~957199.5減速器輸入軸2.1921.85(min)34.34(max)609~9578795減速器輸出軸2.081805.82(min)2837.71(max)7~11199刮刀軸2.061788.45(min)2810.43(max)7~111992.3.9刮刀聯(lián)軸器選型TC=TKKwK=9550Pw計算得TC綜上可選取HL7J型軸孔彈性柱銷聯(lián)軸器?；緟?shù)和主要尺寸如表2-5所示表2-5聯(lián)軸器主參數(shù)表型號公稱轉(zhuǎn)矩/(n·m)許用轉(zhuǎn)數(shù)[n]/(r/min)軸孔直徑J型軸孔長度HL7J6300224080172轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)重量(kg)許用位移軸向徑向角向41.1980.220°30′2.4本章小結(jié)本章主要完成圓盤造球機傳動系統(tǒng)的設(shè)計和校核，并計算出數(shù)據(jù)，這是本次設(shè)計中最重要的一部分。

第3章執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計3.1造球機底座設(shè)計圓盤造球機生成球團時會不斷的震動，所以采用10mm的鋼板焊接底座來保證圓盤造球機工作的平穩(wěn)性，其強度剛度也高，易加工且成本低，焊接工藝簡單。并且要提前留出升降機，傾角調(diào)整器，刮刀架固定處和轉(zhuǎn)軸軸座的安裝空間。造球機安裝升降機后仍要保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，且便于維護。3.2傾動盤轉(zhuǎn)軸軸座設(shè)計設(shè)計完成圓盤造球機的機底底座后，下一步需要設(shè)計完成圓盤造球機的傾動盤轉(zhuǎn)軸軸座，傾動盤轉(zhuǎn)軸軸座上的轉(zhuǎn)軸連接著底座和傾動盤，所以傾動盤轉(zhuǎn)軸軸座需要一定的抗彎扭能力。因為造球機一但安裝固定好后，通常不會輕易的去調(diào)節(jié)其位置和角度，因此造球機傾動盤轉(zhuǎn)軸軸座處不需要安裝軸承。3.3傾動盤設(shè)計圓盤造球機的傾動盤由造球機的轉(zhuǎn)盤、造球機的刀架、回轉(zhuǎn)軸承支撐座等部分構(gòu)成。因為造球機傾動盤上的轉(zhuǎn)軸需要承受巨大的彎扭力矩，因此確定其材料選用壁厚為直徑200mm的無縫鋼管。為了增加圓盤造球機工作時的穩(wěn)定性，在造球機傾動盤上的轉(zhuǎn)軸兩端分別安裝法蘭盤；為了增加圓盤造球機工作時的承載能力，在造球機傾動盤上澆筑出固定的肋板。3.4調(diào)角裝置設(shè)計圓盤造球機的傾動角需要可調(diào)節(jié)為了適應(yīng)不同的工作環(huán)境和工作需求。但一般不會經(jīng)常的去調(diào)節(jié)它，并且調(diào)節(jié)傾動角后不能影響機器整體的穩(wěn)定性和造球機的生球效率，這就要求造球機底座上的升降機具有高得自鎖性能，因此選用渦輪絲杠結(jié)構(gòu)，渦輪絲杠結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有很多，其機械結(jié)構(gòu)緊湊、易于后期的維修護理、成本較低。而且渦輪絲杠結(jié)構(gòu)具有較高的自鎖性能，但因為圓盤造球機生成球團時震動較大，所以要額外的配備制動裝置來減震。因為圓盤造球機一般不會經(jīng)常的調(diào)整傾動角，所以手動調(diào)節(jié)傾角調(diào)整器即可。確定選取蝸輪絲桿結(jié)構(gòu)的升降機其型號為JWM200US。3.5回轉(zhuǎn)軸承托盤設(shè)計為了提高圓盤造球機工作的可靠性，使用回轉(zhuǎn)軸承托盤來連接傾動盤和回轉(zhuǎn)軸承，因此回轉(zhuǎn)軸承托盤會承受很大的載荷，需要使用鋼板和法蘭盤來焊接制成回轉(zhuǎn)軸承托盤。為了提高圓盤造球機的穩(wěn)定性，使用法蘭盤來連接回轉(zhuǎn)軸承和傾動盤法蘭，回轉(zhuǎn)軸承上還要有輸入軸安裝孔，主減速器通過輸入軸可把動力傳遞到回轉(zhuǎn)軸承。為了隨時的觀察回轉(zhuǎn)軸承的工作情況，還需要在軸承附近設(shè)置窺視孔，以便按時的對回轉(zhuǎn)軸承進行維護。3.6造球盤設(shè)計通常情況下，圓盤造球機的造球盤使用標準的光滑的鋼板，因此附著在造球盤的物料較少出現(xiàn)，但是光滑的鋼板表面易被物料磨損。因此要把魚鱗網(wǎng)板鋪設(shè)在圓盤造球機的光滑的造球盤上，或者在圓盤造球機的鋼板上焊小圓鋼。對于安裝有魚鱗網(wǎng)板或焊有小圓鋼的圓盤造球機的造球盤，在其生成球團時物料能夠填充在孔穴中，這層填充在孔穴中的物料可以形成一層保護層來保護造球盤底盤，并且這層淺淺的保護層可以有效的加快成球過程，提高成球效率。但這層保護層會使圓盤有比較嚴重的粘料情況并且會比較嚴重的磨損刮刀。因為，圓盤造球機在生成球團時小球不斷的滾動，造球盤上的底料密度會不斷的增加，因為造球盤上的底料表面濕度會慢慢的增加，所以造球盤上蓬松的物料將會不斷的變厚實。如果不能及時的處理掉這些粘料，圓盤造球機的負荷會逐步增加，這會導(dǎo)致圓盤造球機的耗電變多。如果能夠準確的把握好刮刀和造球盤間的距離，讓多余的附著在底盤上的物料全部被刮掉，這不但有利于圓盤造球機的快速成球，也能延長刮刀的使用壽命。但在實際工業(yè)生產(chǎn)中刮刀不能完全的刮下所有附著在造球盤上的粘料，因為圓盤的旋轉(zhuǎn)和刮刀與底盤間的嚙合角會把剩余部分的粘料嚙合進去。被嚙合進去的粘料會不斷被壓緊，伴隨著底料被不斷地壓緊，其厚度會慢慢增加，導(dǎo)致圓盤造球機的負載和耗電不斷提高，刮刀的磨損程度也會逐漸嚴重。因此過去的固定刮刀都已被淘汰，現(xiàn)在的圓盤造球機通常采用移動刮刀裝置。有很多的工廠的圓盤造球機都配備著固定的電機和轉(zhuǎn)動裝置來保證刮刀的軌跡能夠有效且均勻的移動。一般圓盤造球機都同時配備有兩把刮刀，分別為底盤刮刀和側(cè)部刮刀。底盤刮刀的最大行程一般是造球盤的半徑。因為圓盤的周邊也會附著上粘料，所以使用一把側(cè)部移動刮刀來清理圓盤周邊。這種設(shè)計可以讓圓盤的造球機的工作狀態(tài)達到最理想的狀況，可以極大的延長圓盤造球機的使用壽命并提高生成球團的質(zhì)量。另外移動刮刀的尺寸比較小，這能夠減少材料的消耗，有效的減少了生產(chǎn)成本。綜上所述，圓盤造球機的造球盤采用光滑的鋼板、魚鱗網(wǎng)板或小圓鋼以及法蘭盤等材料焊接而成。圖3-1圓盤造球機總裝配圖3.7刮刀架設(shè)計為了保障圓盤造球機刮刀工作時其軌跡的穩(wěn)定性，因此要合理的設(shè)計圓盤造球機的刮刀架。造球機工作時其電動刮刀軸心需要和造球盤盤底保持垂直，并且刮刀的刀頭和造球盤的盤邊與盤底遵循一定的距離關(guān)系。在圓盤造球機生成球團時，球團會對刮刀產(chǎn)生較大阻力，因此對圓盤造球機刮刀架有一定的剛度強度以及安裝要求來防止刮刀架產(chǎn)生變形，保證刮刀的工作不受其他因素的影響。最終采用直徑200mm無縫鋼管焊接制成刮刀架，此設(shè)計制造簡單，抗扭強度高。為保證彎頭強度，可在刮刀架轉(zhuǎn)折處焊接肋板。為了圓盤造球機刮刀位置易于固定和調(diào)整，在刮刀架上焊接鋼板并加工出直槽口作為刮刀安裝位置，保證刮刀工作良好。為保證刮刀架的穩(wěn)定，其底部采用鋼板焊接制出固定座，與造球機底座聯(lián)結(jié)。圖3-2刮刀架部裝圖3.8本章小結(jié)本章主要進完成圓盤造球機執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計，這是圓盤造球機能夠生成球團的直接相關(guān)部件，其設(shè)計成果直接影響圓盤造球機的成球質(zhì)量。

第4章刮刀軌跡計算及優(yōu)化4.1刮刀尺寸設(shè)計本次設(shè)計的圓盤造球機共配備有兩把刮刀，分別為底部刮刀和側(cè)部刮刀，如果要讓圓盤造球機能夠有效且高質(zhì)的生成球團，造球機的刮刀就必須達成下面的三點要求。(1)底部刮刀的最大行程應(yīng)該是圓盤造球機造球盤的半徑，這樣的設(shè)計方式能夠讓刮刀的工作范圍盡可能的去覆蓋到整個造球盤，最大限量的去利用造球盤的可造球區(qū)域，而且這樣的設(shè)計方式能夠讓生成的球團合理的分布于造球盤內(nèi)，這樣可以有效的提高成球效率。因此以圓盤造球機造球盤的圓心作為原點坐標，當圓盤造球機按逆時針方向工作時，圓盤造球機的底部刮刀可以裝配在其造球盤的第四象限上。但是有另外一種情況，圓盤造球機的成球過程是料粒到母球，再到球團，當圓盤造球機內(nèi)的料粒到母球這一過程的速度遠大于母球到球團這一過程的速度時，圓盤造球機內(nèi)的物料的運動特性會受到影響，導(dǎo)致機器工作效率降低，為了應(yīng)對這種情況，我們需要裝配一塊刮板在造球盤的第一象限內(nèi)，這塊刮板與造球盤的盤底保持著一定的高度，這段高度要能夠有效地降低直徑較大的母球的滾動速度，但是能夠讓直徑較小的母球順利的通過刮板。但是這塊刮板的方向應(yīng)該避免經(jīng)過造球盤的圓心，這樣會導(dǎo)致那些不能順利通過刮板的直徑較大的母球逐漸在刮板下累計，受到后續(xù)推力的作用，這些母球會被擠壓成無規(guī)則形狀的塊料，這些塊料的成分并不均勻，不能夠作為高爐煉鐵的原料；如果不及時清理掉這些塊料，這些塊料會越積越大，甚至?xí)p壞到造球盤的盤底。因此，最好讓刮板的方向和經(jīng)過造球盤圓心的方向形成一定的傾角，這樣就會有效的降低那些較大的母球滾動速度，而不是完全的阻礙那些較大的母球的運動。(2)圓盤造球機上的總刮刀數(shù)量不易過多。如果有太多把的刮刀，當這些刮刀同時工作時，其在造球盤內(nèi)所覆蓋的工作范圍就可能出現(xiàn)相互重疊的情況，這樣就會導(dǎo)致圓盤造球機在生成球團時，球團和造球盤盤底之間的摩擦力過大，甚至?xí)p壞盤底。過多的刮刀并不能有效的提高生球效率反而會加大機器消耗的功率。(3)圓盤造球機的底部刮刀工作時所覆蓋的范圍應(yīng)該包括造球盤的圓心，如果不這樣設(shè)計的話，過多的物料就會堆積在造球盤的圓心附近，會影響到整體物料的運動特性。同時，圓盤造球機的側(cè)部刮刀應(yīng)該能夠有效且及時的刮掉附著在造球盤盤壁上以及堆積在造球盤盤壁邊的粘料，這樣做能夠讓造球盤的有效容積一直處于最理想化且能夠保障造球盤內(nèi)物料的運動特性。接下來我們將去求圓盤造球機的刮刀軌跡，首先要求出造球機刮刀在工作時的覆蓋面積。將圓盤磨球機的造球盤圓心作為原點建立直角坐標系，通過數(shù)學(xué)的方法，建立幾何模型，計算出造球機刮刀工作時覆蓋范圍的直徑大?。篟=本次設(shè)計的圓盤造球機配備有兩把刮刀，分別為底部刮刀和側(cè)部刮刀。一般情況下造球機的底部刮刀工作速度較大，側(cè)部刮刀工作速度較小，因此可以適當?shù)娜フ{(diào)整兩把刮刀工作時覆蓋范圍的直徑大小來讓兩把刮刀工作配合默契。由上已得造球機刮刀工作時覆蓋范圍的直徑大小為2450mm，因此確定底部刮刀A工作時覆蓋范圍的直徑大小直徑為1450mm，側(cè)部刮刀B工作時覆蓋范圍的直徑大小直徑為1000mm。然后設(shè)計A、B兩把刮刀在工作時其覆蓋范圍間的最小距離，如圖4-1所示，計算得出A、B兩把刮刀所覆蓋范圍的圓心坐標位置如下：O1O2圖4-1刮刀布置圖4.2刮刀軌跡的計算現(xiàn)在圓盤造球機常使用電動刮刀，當造球機的圓盤保持一定的轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)時，而電動刮刀轉(zhuǎn)速和圓盤轉(zhuǎn)速的比值就是C值。C值高的造球機刮刀軌跡密度大，易達到較好的造球效果。在實際生產(chǎn)中C值的選擇原則是：C<1，并且無限接近于1。為使造球機刮刀的軌跡密度更大，造球效果更好，需合理的確定電動刮刀的轉(zhuǎn)速大小。經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)得出，圓盤造球機的刮刀軌跡不但會受到刮刀轉(zhuǎn)速的影響，同時也會受到其它的一些因素影響，比如圓盤造球機的圓盤轉(zhuǎn)速、電動刮刀的安裝方向和造球盤平面間的傾角、電動刮刀工作時覆蓋范圍的直徑等。4.2.1刮刀尺寸的設(shè)計建立刮刀仿真模型圖，如圖4-2所示，將圓盤磨球機的造球盤圓心O作為原點建立直角坐標系，圓盤造球機生成球團時，造球盤繞著圓心O點按順時針方向以均勻的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，底部刮刀繞著A點按逆時針方向以均勻的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，側(cè)部刮刀繞著B點按逆時針方向以均勻的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。通過數(shù)學(xué)計算，建立幾何模型，求取圓盤造球機底部刮刀的刀具中心點C、D、E、F、G點的軌跡方程以及圓盤造球機側(cè)部刮刀的刀具中心點H、I、J、K、L點的軌跡方程。我們假設(shè)圓盤造球機的造球盤半徑大小是r，造球機底部刮刀所覆蓋范圍的半徑大小是r1，造球機側(cè)部刮刀所覆蓋范圍的半徑大小是r2。由于圓盤造球機的兩把刮刀所覆蓋范圍間的距離也會影響到造球機的刮刀軌跡，因此要合理的設(shè)計兩把刮刀所覆蓋范圍間的距離。經(jīng)查閱大量的資料后，確定這兩把刮刀所覆蓋范圍間的距離是80mm。因為造球機的側(cè)部刮刀要負責(zé)刮掉堆積在造球盤盤壁邊的粘料，但是又不能損傷到造球盤盤壁，因此確定造球機側(cè)部刮刀所覆蓋范圍和造球盤盤壁之間的距離50mm。為了防止過多的物料堆積在造球盤的圓心附近，保障物料的運動特性，圓盤造球機底部刮刀的覆蓋范圍要包括造球盤的圓心，因此設(shè)計底部刮刀的中心點A點到造球盤圓心O點的距離為底部刮刀所覆蓋范圍的半徑大小r1，即OA=r1。確定造球機的底部刮刀和側(cè)部刮刀的中心點A、B兩點在同一水平線上，因此中心點A、B到造球盤坐標軸的X軸的距離都是h，底部刮刀的中心點A與造球盤圓心O點連線的OA方向和造球盤坐標軸的X軸的夾角是α，側(cè)部刮刀的中心點B與造球盤圓心O點連線的OB方向和造球盤坐標軸的X軸的夾角是β。圖4-2刮刀仿真圖4.2.2軌跡方程的直角坐標形式根據(jù)圖4-3的幾何模型，建立數(shù)學(xué)關(guān)系式，則造球機側(cè)部刮刀上的刀具中心點H點的軌跡方程的直角坐標形式為：OBcosOBsin同理可得，造球機底部刮刀上的刀具中心點C點的軌跡方程的直角坐標形式為：r1r1由列出的造球機刮刀軌跡方程可知造球機底部刮刀上的刀具中心點D、E、F、G依次和C點差2π/5相位的整數(shù)倍，同樣造球機側(cè)部刮刀上的刀具中心點I、J、K、L依次和H點差2π/5相位的整數(shù)倍。

圖4-3刮刀直角坐標系4.2.3軌跡方程的極坐標形式根據(jù)圖4-4的幾何模型，針對圓盤造球機的側(cè)部刮刀建立軌跡方程的極坐標形式。首先確定極坐標系，設(shè)置造球盤的圓心O為極坐標的極點，從圓心O點引出一條射線OP為極軸。則點B是造球機側(cè)部刮刀所覆蓋范圍的圓心，r是造球機側(cè)部刮刀所覆蓋范圍的半徑，a是造球盤圓心到造球機側(cè)部刮刀所覆蓋范圍圓心的距離，θ2是圓盤造球機的側(cè)部刮刀所覆蓋范圍的圓心在造球機工作時轉(zhuǎn)過的角度，ω2t是造球機的側(cè)部刮刀的刮刀中心點H繞側(cè)部刮刀所覆蓋范圍的圓心點B旋轉(zhuǎn)過的角度，t是造球機的工作時間，ω2是造球機的側(cè)部刮刀繞點B旋轉(zhuǎn)的角速度，θt是H點的極角，OH=ρ是H點的極徑。ρ=r2+a2則rsinφsinφ=φ=arcsinrθ=π=πθt=π則造球機側(cè)部刮刀架上的刀具中心點H的極坐標方程是：θt=π2-arcsinρ=r2+a2亦可知造球機底部刮刀架上的刀具中心點C的極坐標方程是：θt=12ωρ=2r21-cosω圖4-4刮刀極坐標圖4.3刮刀周期計算從已