回转窑托轮系统维修装置的设计毕业论文与计算.doc
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1、摘要回转窑是建材、冶金、化工等行业生产流程中的核心设备,一次停窑将引起整个生产流程的中断,造成重大经济损失。托轮作为回转窑的支承装置保证其安全、高效、健康地运行很重要。本文概述了回转窑的应用发展和基本结构。计算了回转窑的各档支撑力并对托轮进行受力分析。针对回转窑轴线调整使用的千斤顶,重点设计了液压回路并且对液压缸进行设计计算。最后对托轮表面维护中采用的动态车削的可行性进行了分析。关键词 回转窑;托轮;维护;液压千斤顶;动态车削 AbstractRotary kiln is a key equipment in the metallurgy, chemistry and architectura
2、l material .Once stop will bring interruption to the whole Production line, and make a great Productivity losses. so safety,efficiency and Healthiness operation is the key Point to advance benefit of the enterprise.This paper outlines the development ,application and basic structure of the rotary ki
3、ln. Rotary kilns various grade of support strength calculation and the stress analysis to the under roller have been carried out in the paper. The paper also shows a hydraulic circuit design of the jack ,which is in the use of Kiln axis adjustment ,and the calculation to hydraulic cylinders. The fea
4、sibility analysis of dynamic turning used in the maintenance of supporting wheel surface is at the end of this paper.Keywords Rotary kiln Jockey pulley Maintenance Hydraulic jack Turning dynamicII目 录1绪论11.1回转窑应用与发展概述11.1.1回转窑应用概述11.1.2回转窑发展概述11.2回转窑的基本结构21.3论文主要工作及研究思路42回转窑各档支撑力的计算62.1回转窑筒体总体结构参数的确定
5、62.2 筒体载荷计算及载荷图72.2.1筒体载荷计算72.2.2原始载荷图及简化82.3用三弯矩方程法计算支座反力102.3.1计算的有关概念102.3.2支座反力的计算113滚圈的设计与计算163.1滚圈的截面型式163.2滚圈与托轮材料163.3滚圈的接触应力及截面尺寸计算164托轮的受力分析及尺寸计算204.1托轮装置的结构及分类204.2托轮的受力分析204.3托轮的基本尺寸计算214.4滑动轴承225回转窑的轴线调整255.1托轮调整对轴线的影响量255.2托轮的调整方法255.3托轮调整的注意事项266千斤顶液压系统的设计计算286.1液压系统原理图的拟定286.2液压系统的计算
6、296.2.1液压缸的设计计算306.2.2液压泵及电机的选择326.3液压系统的发热温升337支承托轮的动态维修357.1托轮的表面缺陷357.2车削的驱动力矩阻力矩计算357.3现场动态车削托轮的特殊性377.4专用机床的设计安装37结论40致谢41参考文献42附录43附录143附录250331绪论1.1回转窑应用与发展概述在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中,广泛地使用回转圆筒设备对固体物料进行机械、物理或化学处理,这类设备被称为回转窑。1.1.1回转窑应用概述回转窑的应用起源于水泥生产,1824年英国水泥工J.阿斯普发明了间歇操作的土立窑;1883年德国狄茨世发明了连续操作的多层立
7、窑;1885英国人兰萨姆发明了回转窑,在英、美取得专利后将它投入生产,很快获得可观的经济效益。回转窑的发明,使得水泥工业迅速发展,同时也促进了人们对回转窑应用的研究,很快回转窑被广泛应用到许多工业领域,并在这些生产中越来越重要,成为相应企业生产的核心设备。它的技术性能和运转情况,在很大程度上决定着企业产品的质量、产量和成本。“只要大窑转,就有千千万”这句民谣就是对生产中回转窑重要程度的生动描述。在回转窑的应用领域,水泥工业中的数量最多。水泥的整个生产工艺概括为“两磨一烧”,其中“一烧”就是把经过粉磨配制好的生料,在回转窑的高温作用下烧成为熟料的工艺过程。因此,回转窑是水泥生产中的主机,俗称水泥
8、工厂的“心脏”。建材行业中,回转窑除锻烧水泥熟料外,还用来锻烧粘土、石灰石和进行矿渣烘干等;耐火材料生产中,采用回转窑锻烧原料,使其尺寸稳定、强度增加,再加工成型。有色和黑色冶金中,铁、铝、铜、锌、锡、镍、钨、铬、锉等金属以回转窑为冶炼设备,对矿石、精矿、中间物等进行烧结、焙烧。如:铝生产中用它将氢氧化铝焙烧成氧化铝;炼铁中用它生产供高炉炼铁的球团矿;国外的“SL/RN法”、“Krupp法”用它对铁矿石进行直接还原;氯化挥发焙烧法采用它提取锡和铅等。选矿过程中,用回转窑对贫铁矿进行磁化焙烧,使矿石原来的弱磁性改变为强磁性,以利于磁选。化学工业中,用回转窑生产苏打,锻烧磷肥、硫化钡等。上世纪60
9、年代,美国LapPle等发明了用回转窑生产磷酸的新工艺。该法具有能耗低、用电少、不用硫酸和可利用中低品位磷矿的优点,很快得到推广。此外,在环保方面,世界上发达国家利用水泥窑焚烧危险废物、垃圾已有20余年的历史,这不仅使废物减量化、无害化,而且将废物作为燃料利用,节省煤粉,做到废物的资源化。1.1.2回转窑发展概述回转窑从发明至今己有一百多年的历史,回顾回转窑逐步发展和完善的革新过程,回转窑发展经历了三个阶段重要的技术突破:立波尔窑的问世。1928年,德国的伯力坞斯公司O.LellP成功研制了立波尔窑。这样,熟料的烧成方式在干法、湿法基础上,又增加了半干法。由于热气流在加热机中从料球间穿插通过,
10、热交换效果较好,物料升温速度达45/min,使入窑生料的碳酸盐分解率达到30%上下,从而较大幅度地提高了窑系统的热效率。悬浮预热器窑的研制。1934年,丹麦的M.V.Jorgensen研制成了悬浮预热器,并获得专利。到1951年,联帮德国的洪堡公司F.Muller将专利用于水泥窑,制造了第一台悬浮预热器窑,即洪堡窑。物料在悬浮预热器中呈悬浮态,与热气流充分接触,热交换速率进一步加快,入窑生料的碳酸盐分解率可达40%左右。窑外预分解的发明。丹麦史密斯公司在1963年获得了装有分解炉、悬浮预热器和旁路放风系统的专利,1974年在丹尼亚水泥厂进行了带分解炉的工业试验。同期,日本小野田公司与川崎重工业
11、公司合作,在1963一1964年初步研制出辅助燃烧室、涡流分解室及混合室,并称之为RSP技术。1971年日本三菱重工与三菱矿业和水泥公司合作,在东谷水泥厂5号窑上增设MFC炉试产成功。1974年,日本的石川岛与秩父水泥公司,将秩父一厂7号立波尔窑改造成SF型预外分解窑,日产由900t提高到2075t,标志着预分解窑技术的成熟并步入实用阶段。回转窑从发明至今,随着科技的进步、生产的需要及经验的积累,回转窑的结构发生了很大的改变,归结为三个方面的发展趋势:回转窑日趋大型化。为提高窑的生产能力,窑体的尺寸和规格日趋增大,主要在以下三个方面进行了改进:一是逐步增大窑筒体的尺寸,以降低窑尾废气温度;二是
12、局部扩大窑筒体的尺寸,包括烧成带扩大、分解带扩大、窑尾扩大或两端同时扩大,以增强燃烧能力、分解能力和预热能力:三是在窑的后部增设各种热交换装置,如链条、格子板等,以增强气体与物料之间的热交换。第一批投入生产的回转窑直径为1.61.9长度19.52一24.0m、两档静定支承、日产量为3050t。而今世界上最大的回转窑直径超过7m、长度超过200m、支承档数多达9档、日产量高达10000t。回转窑结构日趋完善、自动化程度不断提高。随着回转窑的日趋大型化,最初回转窑的简单结构己不适用。在滚圈与筒体装配方式、托轮支承装置、窑的传动装置和驱动方式以窑端密封等方面不断进行革新,取得一些成果。就托轮支承装置
13、而言,有机械自调支承、液压自调支承等,这些支承能更合理地分配各档托轮力,并能有效解决回转窑基础的沉陷问题。在回转窑传动和物流方面,开始采用微机进行控制。向节能方向发展。最初回转窑使用的燃料为天然气,接着改为烧油,现今改用烧煤。同时,大型的回转窑都配备有单筒冷却机把窑头产品的热量来预热进窑的助燃气,节约了大量的热能。1.2回转窑的基本结构凹转窑届于凹转圆筒类设备:简体以低速回转,简体内有耐火砖衬及换热装置。物料与热烟气一般为逆流抉热,物料从窑的高端(又称冷端或窑尾端)加入。由于简体倾斜安装在凹转时,密内物料存沿周向翻滚的同时沿轴向移动。燃烧器在低端(又称热端或窑头端)喷人燃料,烟气内高端排出。物
14、料在移动过程中得到加热,经过物理与化学变化,成为合格产品从低端卸出。回转窑是重型非标淮机械,它的重量大,结构复杂。国内回转窑直径在3.54.5m,长度在90110m;安装斜度普遍采用0.0350.04,即倾斜角在202021732;转速不大于3r/min。回转窑结构见图11,主要由简体、窑衬、滚圈、支承装置、传动装置、窑头与窑尾罩、密封装置、换热装置、燃烧器、喂料设备等部分组成。见图1-1。简体与窑衬筒体由钢板卷成,是物料完成物理与化学变化的容器,因而是回转窑的基体。简体一般内碳素钢Q235制造,国外有用16Mn钢制作。厚度1438mm。窑内物料温度可达1450以上,故简体内砌筑耐火材料(即窑
15、衬),起保护简体和减少散热的作用。根据物料在熟料窑内衬各段发生的物理化学反应,将简体沿轴线划分成各工作带,通常为分解带、预热带、烧成带、冷却带等。工作带的种类和长度随物料的化学反应及处理方法而异。滚图滚圈也称轮带,一般由铸钢加工而成。简体、窑衬和物料等所有回转部分的重量通过滚圈传到支承装置上。滚圈可以传递数百吨重的载荷,其本身的重量也可达到几十吨,是回转窑最重的零件。支承装置图1-2支承截面示意图支承装置由一对托轮轴承组和一个大底座组成,见图12。承受回转部分的全部重量:一对托轮支承着滚圈,既允许简体自由转动,又向基础传递了巨大的荷重。支承装置的数量称为窑的档位数,一般有35档。在其中一档或几
16、档支承装置上装有挡轮称为带挡轮支承装置。挡轮的作用是限制或控制窑回转部分的轴向窜动。大型回转窑一般都有两个带挡轮支承装置。传动装置传动装置由主减速机、主电机、大齿圈、小齿轮等组成,见图13。由于操作和维修的需要,较大的窑还设有使窑以低转速转动的辅助传动装置。它的作用是通过设在简体中图13传动系统示意图部的大齿圈使简体回转。大型回转窑一般都由两个主电机、主减速机和小齿轮带动大齿圈同步运行。齿圈用弹簧板联接在简体上。窑头罩和窑尾罩窑头罩是连接窑头端与硫程中下道工序设备(如冷却机)的中间体。燃烧器及燃烧所需空气经过窑头罩入窑。没有实现自动控制看火系统的回转窑,窑头罩还是看火工进行生产操作的地点,因此
17、窑头罩上设有看火孔及检修门。窑尾罩是连接窑尾端与物料预处理设备以及烟气处理设备的中间体。烟气经窑层罩排出而入烟道及收尘系统。物料由喂料设备直接喂入窑的尾部,对于带有外部换热装置的 窑,则经换热装置处理后经窑层罩入窑。窑头罩和窑层罩内都砌有耐火材料。密封装置回转窑窑头罩和窑层罩与回转的简体之间装有密封装置,分别称为窑头密封和窑层密封。其目的是为了减少外界冷空气进入窑内,影响窑内的热工制度,同时防止窑内空气携带物料外泄,污染环境,故对熟料烧成的整个工艺参数和设备高效运行,提高熟料烧成窑的产能及熟料质量,降低各种消耗具有重大意义。同时它对窑本身、冷却机、窑后换热器和排烟机高效运行都非常重要。换热装置
18、回转窑简体内安装各种换热装置,如链条、格板式热交换器等,其作用是增强热效果,对提高热工效应和熟料产能及质量都有重要作用。燃烧器回转窑的燃烧器,大多从窑头端插入,通过火焰辐射将物料加热到需要的温度。燃烧器有喷煤管、油喷枪、煤气喷嘴等,因燃料而异。目前,大型回转窑多用喷煤管,经济实用。燃烧器有单通道,三通道,四通道等多种形式。当反应温度较低时,在窑头罩旁另设燃烧室,将热烟气通入窑内来供给热量。喂料设备喂料设备是回转窑的附属设备,安装在在转窑的尾部。含水份40左右的水泥生料浆用勺式喂料机舀入流槽流入窑内。对喂料的要求是稳定、均匀、容易控制,以便配合窑的操作。一般用变速电动机驱动来调节喂料量。1.3论
19、文主要工作及研究思路论文的主要工作:回转窑各挡支撑力的计算;托轮的受力的分析与计算;托轮滚圈是基本尺寸计算;回转窑支撑装置的设计计算;千斤顶液压原理的拟定油缸的设计、计算;液压缸的设计、计算;托轮的动态维修;图纸的绘制。研究思路:查阅回转窑托轮相关的图纸资料。了解回转窑的结构及托轮装置,熟悉机构运行的工作原理和使用条件。计算出回转窑的各档支撑力,对托轮进行受力分析。对回转窑支承和托轮调整中使用的千斤顶进行设计计算,对托轮动态维修的专用机床进行简单的设计。2回转窑各档支撑力的计算2.1回转窑筒体总体结构参数的确定回转窑规格米,产能3335吨时,转速2.5转分,斜度3.5。筒体各部分结构参数确定分
20、述如下回转窑跨度随着制造、安装技术的发展,窑的跨度逐渐增大。根据对先有窑的统计分析,各部分跨度按下列关系确定。窑头悬伸段:为使第一档避开烧成带而位于冷却带下,不宜过长,因为过长即等于缩短了要的有效长度。见式(2.1)。 式(2.1)式中 筒体的内径窑尾悬伸段,见式(2.2)。 式(2.2) 或中间跨,见式(2.3)。 式(2.3)或 烧成(高温)跨 因烧成跨筒体温度高,钢板、衬砖等各项载荷往往较大,有的窑还有窑皮,结圈,所以该跨跨度不宜太大。回转窑支承档数回转窑支承档数根据窑的长径比按回转窑(设计、使用与维护)表2-1可直接估计出支承档数。=查表确定回转窑的支承档数为4档。回转窑筒体的厚度筒体
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