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圆筒混料机的设计与研究
摘 要
由于社会的进步，和高速发展的经济情况，冶金工业也得到了很好的发展，因为在冶工业中混料机有着广泛的用途，所以混料机在社会上有较高的需求，并且规格也变得更大。目前主要使用的混合设备有搅拌机、轮式混合机以及圆筒混料机等，它们都属于一次混合设备，其中圆筒混料机除构造简单外还有生产效率高、生产可靠等优点。
本文是关于圆筒混料机的设计，圆筒混料机的主要作用是把一些烧结的原料充分均匀混合，使烧结原料内部微粒物料生成大小适宜的小球。破碎经筛选过的矿石后，然后经过混料机混合搅拌后才可以进行烧结。为提高烧结矿的产量和保证烧结矿的质量，配好的烧结原料矿石需要经过圆筒混料机加水、混匀。这样做才能使混合配料中的含水量、粒度和配料分布比较均匀。
关键词：圆筒混料机；混料机；混合设备；混合
1 混料机概述
1.1 选题的依据
在知识与技术日益更新发展的今天，关于各种机器的设计技术正趋于完善。然而关于混料机设计的论文与资料却相对显得匮乏，并且能用于技术人员参考使用的资料更是微乎其微。因此把设计圆筒混料机作为本次毕业设计的课题是非常有必要的，也是值得努力的方向。而且通过进行一次完整的系统的设计工作，写出一篇可供参考的设计说明书，这也有助于巩固学生的原有专业基础知识，有助于开发学生的创新思想。
本次毕业设计是以设计一次混合中使用的圆筒混料机为目标，遵循着模仿与革新原有混料机的主体思路，实现一次混合的目的。
由于工业上对混料机的需求量比较大，因此我们在制造工厂中得以见到加工混料机的情景。在加工现场我们了解了混料机的结构，零部件的配置安装情况，通过对混料机加工工艺流程的了解，我们进一步熟悉了混料机的工作原理。
1.2 国内外混料机的发展使用状况
国外的筒体现大多采用的焊接技术为普通中厚钢板弯卷焊接，整体低碳钢锻造的方式制造滚圈，采用整体焊接的方式实现筒体和滚圈间的固接。这样的结构克服了滚圈易产生松动并导致滚圈磨损加剧的老式混合机用楔铁固定的缺点，也有效的提高了滚圈的寿命。
我国烧结工业的发展和混料机设备的发展是同步进行的,经过了从小型到大型化、从简单到逐步完善的发展历程。上世纪70年代未我国就已经自行设计和制造了多种不同规格的圆筒混合机,我国自行设计的圆筒混料机最大直径已达3m,长度达到12m,并且形成了系列产品,已经可以满足烧结机发展的需要。而后进入80年代 ,尤其是宝钢引进的450烧结机建成投产,之后这一成果也有力地促进了我国烧结业的发展 ,圆筒混合机设计制造得水平也得到了新的提高 ,自行解决了264、300以及 435烧结机配套的大型圆筒混合机的设计制造技术[2]。
近几年圆筒混料机设备及技术通过消化吸收引进，长沙冶金设计院、鞍山冶金设计院、西安重型机械研究所等单位已经给国内各烧结厂设计出了多套大型圆筒混料机。并陆续投入使用，国内设计制造的圆筒混料机，根据国内实际情况同时在吸收国外先进技术结构的基础上，作了一些设计上的改进。
1.3 混料机的结构特点及混料理论
圆筒混料机是目前我国混合设备应用最广泛的，结构简单、运行可靠，并且混合和造球效果好是其优点。烧结厂是圆筒混料机的主要应用场所，混有添加剂和铁矿粉的混合料通过该设备润湿、混匀、制成适宜烧结的小球，然后为制成高炉需要的熟料进行烧结。混合的原料主要有含铁矿粉、消石灰、焦碳、无烟煤及其它杂料，一般精矿占50%，返矿占30%，石灰石10%，消石灰5%，焦碳粉4.5%。把这些物料按比例混合进入混料机中，并在混合过程中添加水分促使物料均匀混合并且有一定的造球效果。在进入混合机混合前，混合物料不经过预热。混合效果通常以测定混合料中的铁、氧化钙、二氧化硅、水分及粒度来衡量的。[1]
“电机—液力偶合器—硬齿面减速机—开式齿轮—慢速驱动装置”是混料机传动装置的结构形式。将液力偶合器加装在主电机端以减小主电机起动时对电网的冲击，还可通过加调速型液力偶合器，对混合机的速度进行调整；而在另一端设有慢速驱动装置，通过爪型离合器实现微动时的筒体正反转，以此便于混合机的安装，调试和维修等工作；爪型离合器在混合机正常工作时，使减速机与微动电机脱离。[2]
1、进料皮带 2、进料护罩 3、给水装置 4、托辊
5、筒体 6、传动装置 7、出料护罩 8、出料平台
图1.1 开式齿轮传动的圆筒混料机
设计中为圆形钢结构的筒体。在两端各有一个滚圈，其坐在四个托棍上进行转动。为使筒体可以具有一定的倾斜度，将圆筒混合机筒体的出料端低于进料端；将挡轮装置设在滚圈下部两侧，以避免圆筒混料机的轴向串动。为了可以提高混合效率，稀土含油尼龙衬板（该专利产品，可以有效的防止筒体磨损及粘料）铺在筒体内壁。内部根据制粒、润湿、混匀三种不同的功能，使衬板采用不同的材质，再根据从进料端运行至出料端各段的不同作用，讲加水曲线设计成不同的形状，以方便物料经过导入、润湿、混匀等过程后导出。筒体内给水装置来实现物料的润湿。
1.4 混料机对人的影响及解决方法
时代在发展，紧跟着越来越突出的理念“以人为本”也表现出来。在各行各业中“以人为本”的理念也慢慢表现出来并且逐渐完善。在改革开放以前的历史阶段，劳动超负荷、劳动环境差、安全防范不到位这些不规范的现象在冶金工业中甚至是整个工业生产中尤其都是普遍存在着的。但伴随着时代的进步，人们首先对安全和人的健康进行了考虑，工作环境的良好性也是着重的要求，尽量降低工作对人的危害。大量粉尘、矿石颗粒这些在冶金工业中漂浮在空气中的有害物对人体产生危害的情况，也必须得到大力度的改善。
圆筒混料机在其工作的过程中，其粉尘与噪音污染比较严重的原因，是其设备体积比较大，再加之混合配料的粒度小所产生的，这对人的健康很容易造成危害，对人的身心都会产生很大的影响。所以必须降低粉尘的污染，把机器运转产生的震动降到最低，这样来改善混合车间的劳动环境，从而使工作环境更加良好。
筒体转动是引起机器的震动主要原因，增加筒体运转的平稳性有利于减低震动。在混料机上加装机械挡轮装置或液压挡轮装置，就会减少混料机圆筒运转过程中的轴向移动；从别的方面，为避免矿石颗粒散布于空气中，就要尽量减少原料与外部环境的接触，这个要求要在原料进入筒体到混合完毕这整个过程中都应保持，这就要将一个排气筒加装在排料端，从而可以将这些带有粉尘的废气带出。为了帮助对混料机有很大的改进，也在给料端的集中供料的皮带传送装置用筒式给料装置来替代，这样不仅有助于提高生产率和有利于人的健康。
2 混料机混合原理和总体方案确定
2.1 混料机混合原理
在筒体旋转的离心力作用下，物料进入筒体后被带到一定位置会向前方落下，同时物料落下过程中会成一角度，这是由于筒体是倾斜的而形成的，物料在多次沿筒体轴线方向向前翻滚、滑动的过程中均匀混合；再将适量的水在混合过程中加入，物料与物料也因为水表面的张力及物料与筒壁之间的摩擦力的作用互相摩擦、在筒体内不断的翻动、滚动来达到混匀的目的。
物料在筒体内有着不稳定的运动。因为摩擦会在筒壁之间产生,所以混合料在进入圆筒后,由于受到圆筒旋转离心力的作用,物料会跟随筒壁运动并上升到一定的高度时,然后在重力的作用下向下掉落,与上升的物料产生相对运动而滚动成球,在经过多次往复的运动的过程后,混合料会不断向出料端移动,而这一现象的产生是因为轴向分力的作用。由于混合料层较厚,各部位受力情况和上升时达到的高度,从圆筒的横向面上看有很大的差异,并且总是有一部分物料在圆筒连续旋转时上升,另一部分在下落,而圆筒的转速也决定了物料上升或下落的量。若物料不能上升到足够的高度,且堆积在圆筒下部,这就是因为筒体转速过小,混合料所受到的离心力和圆周力较小,这样就起不到混合的作用。同样的道理,如果物料紧贴附于筒壁并且直到很高的部位才落下来这种也起不到混匀的作用的情况，就或许是因为转速过大,导致物料所受到的离心力、圆周力过大的原因了。因此若要设备运转安全,并有较好的混合效果也好,那么应有适宜的速度,而6～8r/min的速度是大型混合机选用较多的速度。[5]
2.2 总体方案确定
2.2.1 传动方案的选择
圆筒混合机是在烧结厂中广泛应用的混合设备，圆筒混料机的正常运转和对电耗方面上，传动装置正确的设计，较高的制造质量，较好的安装、检修和维护等方面是起到很大的影响的。随着向大型化发展的圆筒混料机，对于大动力的要求也就显得更为重要。而中心传动和边缘传动则是其传动形式的表现。
1. 中心传动：电动机通过出轴与圆筒混料机中心线在一条直线上的减速机来提供中心传动。而中心传动有单传动和双传动两种形式。1000~7000KW以上的传动中广泛使用中心传动。
2. 边缘传动：而带动筒体回转边缘传动是先由电动机驱动减速机，进而使小齿轮带动安装在筒体上的大齿圈进行转动来实现的。相对小的功率传动比较适合使用此传动形式。
经比较边缘传动确定为此次设计传动形式。
2.2.2 传动形式的确定
目前，国内外混合机的传动形式有3种:
1. 轮胎传动(汽车轮胎、实心轮胎、飞机轮胎)。轮胎传动具有震动小、噪声低的优点，同时该型式适宜配置在高层平台上，；但目前较大吨位的筒体传动上其还是不太理想，尽管其一次性投资小，但维修成本高，因此在大型混合机上使用时并不理想，同时还有，使用寿命短，作业率低等缺点。
2. 聚胺脂胶辊传动。当前国内的聚胺脂胶辊技术尚不成熟，尽管该种传动型式混合机的一次投资低于大齿圈形式，但因需要从国外进口，价格过于昂贵，所以也不适宜使用。
3. 大齿圈传动型式混合机。这种形式如果设计合理维的话修成本较低于前两种型式，同时作业率也高，虽然一次性投资大一些，但综合来看还是采用这种型式较好。
考虑到结构合理、操作简便、运转平稳、使用寿命长、作业率高、安装维修调试方便等综合因数决定采用开式齿轮传动。
所以可以得出，确定“电机--液力偶合器--硬齿面减速机--开式齿轮--慢速驱动装置”的结构形式为本次设计的圆筒混料机传动装置，并确定由筒体、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、底座组成圆筒混料机总体结构。
结 论
本次设计历时近四个月，对圆筒混料机进行了总体方案以及部分零件的设计。通过这次设计使我对圆筒混料机的整体性能有更深的了解，也对冶金设备有了进一步的认知。传动系统的设计对圆筒混料机提高工作效率、提高使用寿命有很大的帮助，使这种新型圆筒混合设备得到了实实在在的应用。
就本次设计而言，此次设计解决了以往圆筒混料机的撒料、设备寿命低、安装、调试不便等问题。该圆筒混料机具有运转平稳、耐冲击、耐磨损、使用寿命长、安装维修调试方便等一系列优点。同以往的同类设备相比，本次设计的圆筒混料机具有以下优点：
1．采用开式齿轮传动，具有结构合理、操作简便、使用寿命长、效率高、维修方便等特点。
2．筒体的加工的工艺为采用钢板卷制成筒体后焊接,再将两滚圈、大齿圈的连接板与其焊为一体后整体退火的整体加工的工艺。这种设计及加工工艺，可以有筒体、辊圈、大齿圈中心线的一致性，并且使设备运行平稳，大大减小振动与噪声等优点。
3．采用钢丝绳吊挂洒水管装置,解决了因跨度大,洒水管严重变形,强度不足,水流不畅等问题;安装调整方便,使用可靠,对落料冲击有较好的缓解作用。
通过这次设计，我把以往所学的知识有机的结合了起来，这一过程中运用到了很多相关行业的知识，这些知识对于整体的设计也是有很大的帮助的。这也充分的体现出来了知识的统一性。因为一个完整的设计是与其相关的各行业的知识的整合，而这些知识的收集和运用也是要通过相应的专业知识和个人的综合能力的结合作用而产生的。所以在设计的过程中不仅要懂得一定的专业知识，还要学会运用与综合一些其他相关的知识，这也是这次设计过程中可以学到的一个比较有使用性的知识。因此在这一段时间中，我通过查阅找到了很多所需知识并加以应用，这不仅解决了很多实质性的问题，并且学到了许多书本上没有的东西，同时也增强了自己查阅资料的能力，对自己来说也是一种很好的锻炼，相信这为期三个月的努力会给自己未来的工作和学习带来极大的帮助，可以说是受益匪浅的，对个人能力的提高也有很大的帮助。
参考文献
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[20] Allen S.Halletc.Theory and Problems of Machine Design,1961，McGRAWHILL ,New York
摘 要
由于社会的进步，和高速发展的经济情况，冶金工业也得到了很好的发展，因为在冶工业中混料机有着广泛的用途，所以混料机在社会上有较高的需求，并且规格也变得更大。目前主要使用的混合设备有搅拌机、轮式混合机以及圆筒混料机等，它们都属于一次混合设备，其中圆筒混料机除构造简单外还有生产效率高、生产可靠等优点。
本文是关于圆筒混料机的设计，圆筒混料机的主要作用是把一些烧结的原料充分均匀混合，使烧结原料内部微粒物料生成大小适宜的小球。破碎经筛选过的矿石后，然后经过混料机混合搅拌后才可以进行烧结。为提高烧结矿的产量和保证烧结矿的质量，配好的烧结原料矿石需要经过圆筒混料机加水、混匀。这样做才能使混合配料中的含水量、粒度和配料分布比较均匀。
关键词：圆筒混料机；混料机；混合设备；混合
前 言
混合设备是一种使用量较大并且使用方面较广,而且种类较多的机械产品,在化工业、冶金业、医药、造纸业、化妆品方面、涂饰材料、食品行业、饲料加工生产和废水处理器等行业都有广泛的应用。国内外的混合机械设备技术发展都比较快，尤其是圆筒混料机，该机械结构简单，有可靠的运行能力，和造球及混合效果好，是目前应用最广泛的机械。在全国各地的烧结厂所进行烧结原料作业中，不管是一次混合还是二次混合都是选用圆筒混料机[1]。
而混料机的前一步骤就是矿物的生成，这其中就有矿山机械的相关知识，而对于矿山机械的内容有，定义是直接用于开采矿物和富选矿物的机械是为矿山机械，采矿机械和选矿机械都是属于矿山机械。开采矿物的机械的结构和工作原理和勘探机械是比较相同和像是的。所以从一方面来说矿山机械也包括探矿机械。在生产上开采固体原料、材料和燃料并且加工开采物过程的重要基础行业之一就是矿山机械行业。在建材、煤炭、冶金、化工等重要部门中都有矿山机械的应用。在水利水电、交通、建筑等的基础建设中也大量有矿山机械的应用。
由300多个品种组成的七大类相关行业是中国矿山机械的主要类型。国内的基础工业和建设在2002年以后有了很大的发展。而伴随的市场的需求中矿山机械产品的需求变大，4000亿元的销售额的大关在2010年时中国矿山行业已经突破了，同时中国已经超过全球各经济体越居为全球最大矿山机械市场。而其行业同时也在我国经济建设中做了很大的贡献和起了很大的作用，也有在国民经济中矿山机械占有支柱地位。从目前的发展来看，中国矿山行业正处在中国矿山机械行业发展甚至是全球矿山行业的历史性发展窗口时期中。因为其的发展前景，中国矿山企业全面融入世界并且一起发展的情况在未来五到十年是非常重要的时期。因此在这一良好的前提下圆筒混料机的设计改进也就更显得有必要了。
对于设计方面有很多的注意点，那什么因素是主要决定了机械性能呢？那就是机械生产的第一步，重要的机械工程组成部分------机械设计。做出优化设计，即设计出在各种特定条件下的最好机械。综合考虑各种因素是优化设计所必须进行的过程，这些因素包括了少污染、高性能和低成本等因素。因为这些因素之间的重要性是不同的，而不同的原因是因为拥有不同的用途和种类的机械所决定的，但有时这些因素之间又是相互矛盾的。所以总合各种因素并且做出最合适的设计结果就是设计者的主要任务。知识、远见和经验是过去设计者的主要依靠。而随着社会的进步和计算机的发展，科学计算成了机械设计的主要依靠。
任何机械设计特别是整体的系统性的设计都会有与其相关的各行业的相关知识的应用，因此设计很难成一个独立的学科。因此产生了各种不同方向的机械设计分支学科。
设计质量决定了一部机器的质量。设计时所规定的质量也就是制造过程对机器质量所起的作用。所以机器好坏的关键是由机器的设计阶段所决定的。技术性的设计过程可以勉强算是我们所讨论的设计过程。这是一个尽可能用已有的知识和经验，同时也是有创造性的工作过程。要设计出高质量的机器就应该将创新与传承很好的结合起来。一个复杂的系统是一部完整的机器所会拥有的。一个科学的设计程序是提高设计质量所必需的。尽管没有哪个程序是可以适应任何情况下的机械设计过程，但人们通过长期的机器设计经验还是总结出了一个较为通用的设计过程。而我所要进行的圆筒混料机的设计过程就是在这一设计过程的基础上进行设计与改进的。
圆筒混料机经过长期的改进及实践，并且随着烧结机向大型化方向的发展，跟着与这个现象相配套圆筒混料机的制造规格也随之相应增大，结构也发生了很大的发展，这样的发展就产生了新的产物------新型圆筒混料机。本次设计研究的内容是圆筒混料机的总体的设计。在冶金生产中圆筒混料机是原料制备的不可缺少的环节，料层透气性和烧结机利用系数与混合效果的好坏对有很大的关系。研究烧结备料设备中如何提高圆筒混料机的强化制粒效果和作业率，是该研究的重要课题之一。
“电机--液力偶合器--硬齿面减速机--开式齿轮--慢速驱动装置”是该圆筒混料机采用传动装置所结构形式。筒体、滚圈和支承装置(包括托辊及轴承)并且还包括传动装置、止推挡辊、喂料与喷水装置、润滑装置、是底座等是圆筒混料机的结构组成。[2]工作时由各种原料组成的混合料通过运输机械(一般为皮带运输机)导入混合机内。倾斜方式是该混合机筒体的安装方式。在回转时由于物料与筒体摩擦力的作用下，沿筒体的回转方向向上运行，物料由于自身的重力原因在当其到达一定高度时落下来，并且发生移动的方向是沿着筒体的轴向倾斜方向运动。物料颗粒的运动轨迹在上升到下落的所有循环过程中是有不同的。提升和抛落的反复进行，筒内物料成分和水分慢慢的混合均匀的过程就在物料在向排料端螺旋状前进的过程中发生。
随着我国烧结作业率的不断扩大，同时也是为了进一步的满足市场需求，圆筒混料机的技术水平需要进一步提高，在国外技术的消化吸收基础上，设计出更新的圆筒混料机。
混合设备是一种使用量较大并且使用方面较广,而且种类较多的机械产品,在化工业、冶金业、医药、造纸业、化妆品方面、涂饰材料、食品行业、饲料加工生产和废水处理器等行业都有广泛的应用。国内外的混合机械设备技术发展都比较快，尤其是圆筒混料机，该机械结构简单，有可靠的运行能力，和造球及混合效果好，是目前应用最广泛的机械。在全国各地的烧结厂所进行烧结原料作业中，不管是一次混合还是二次混合都是选用圆筒混料机[1]。
而混料机的前一步骤就是矿物的生成，这其中就有矿山机械的相关知识，而对于矿山机械的内容有，定义是直接用于开采矿物和富选矿物的机械是为矿山机械，采矿机械和选矿机械都是属于矿山机械。开采矿物的机械的结构和工作原理和勘探机械是比较相同和像是的。所以从一方面来说矿山机械也包括探矿机械。在生产上开采固体原料、材料和燃料并且加工开采物过程的重要基础行业之一就是矿山机械行业。在建材、煤炭、冶金、化工等重要部门中都有矿山机械的应用。在水利水电、交通、建筑等的基础建设中也大量有矿山机械的应用。
由300多个品种组成的七大类相关行业是中国矿山机械的主要类型。国内的基础工业和建设在2002年以后有了很大的发展。而伴随的市场的需求中矿山机械产品的需求变大，4000亿元的销售额的大关在2010年时中国矿山行业已经突破了，同时中国已经超过全球各经济体越居为全球最大矿山机械市场。而其行业同时也在我国经济建设中做了很大的贡献和起了很大的作用，也有在国民经济中矿山机械占有支柱地位。从目前的发展来看，中国矿山行业正处在中国矿山机械行业发展甚至是全球矿山行业的历史性发展窗口时期中。因为其的发展前景，中国矿山企业全面融入世界并且一起发展的情况在未来五到十年是非常重要的时期。因此在这一良好的前提下圆筒混料机的设计改进也就更显得有必要了。
对于设计方面有很多的注意点，那什么因素是主要决定了机械性能呢？那就是机械生产的第一步，重要的机械工程组成部分------机械设计。做出优化设计，即设计出在各种特定条件下的最好机械。综合考虑各种因素是优化设计所必须进行的过程，这些因素包括了少污染、高性能和低成本等因素。因为这些因素之间的重要性是不同的，而不同的原因是因为拥有不同的用途和种类的机械所决定的，但有时这些因素之间又是相互矛盾的。所以总合各种因素并且做出最合适的设计结果就是设计者的主要任务。知识、远见和经验是过去设计者的主要依靠。而随着社会的进步和计算机的发展，科学计算成了机械设计的主要依靠。
任何机械设计特别是整体的系统性的设计都会有与其相关的各行业的相关知识的应用，因此设计很难成一个独立的学科。因此产生了各种不同方向的机械设计分支学科。
设计质量决定了一部机器的质量。设计时所规定的质量也就是制造过程对机器质量所起的作用。所以机器好坏的关键是由机器的设计阶段所决定的。技术性的设计过程可以勉强算是我们所讨论的设计过程。这是一个尽可能用已有的知识和经验，同时也是有创造性的工作过程。要设计出高质量的机器就应该将创新与传承很好的结合起来。一个复杂的系统是一部完整的机器所会拥有的。一个科学的设计程序是提高设计质量所必需的。尽管没有哪个程序是可以适应任何情况下的机械设计过程，但人们通过长期的机器设计经验还是总结出了一个较为通用的设计过程。而我所要进行的圆筒混料机的设计过程就是在这一设计过程的基础上进行设计与改进的。
圆筒混料机经过长期的改进及实践，并且随着烧结机向大型化方向的发展，跟着与这个现象相配套圆筒混料机的制造规格也随之相应增大，结构也发生了很大的发展，这样的发展就产生了新的产物------新型圆筒混料机。本次设计研究的内容是圆筒混料机的总体的设计。在冶金生产中圆筒混料机是原料制备的不可缺少的环节，料层透气性和烧结机利用系数与混合效果的好坏对有很大的关系。研究烧结备料设备中如何提高圆筒混料机的强化制粒效果和作业率，是该研究的重要课题之一。
“电机--液力偶合器--硬齿面减速机--开式齿轮--慢速驱动装置”是该圆筒混料机采用传动装置所结构形式。筒体、滚圈和支承装置(包括托辊及轴承)并且还包括传动装置、止推挡辊、喂料与喷水装置、润滑装置、是底座等是圆筒混料机的结构组成。[2]工作时由各种原料组成的混合料通过运输机械(一般为皮带运输机)导入混合机内。倾斜方式是该混合机筒体的安装方式。在回转时由于物料与筒体摩擦力的作用下，沿筒体的回转方向向上运行，物料由于自身的重力原因在当其到达一定高度时落下来，并且发生移动的方向是沿着筒体的轴向倾斜方向运动。物料颗粒的运动轨迹在上升到下落的所有循环过程中是有不同的。提升和抛落的反复进行，筒内物料成分和水分慢慢的混合均匀的过程就在物料在向排料端螺旋状前进的过程中发生。
随着我国烧结作业率的不断扩大，同时也是为了进一步的满足市场需求，圆筒混料机的技术水平需要进一步提高，在国外技术的消化吸收基础上，设计出更新的圆筒混料机。
1 混料机概述
1.1 选题的依据
在知识与技术日益更新发展的今天，关于各种机器的设计技术正趋于完善。然而关于混料机设计的论文与资料却相对显得匮乏，并且能用于技术人员参考使用的资料更是微乎其微。因此把设计圆筒混料机作为本次毕业设计的课题是非常有必要的，也是值得努力的方向。而且通过进行一次完整的系统的设计工作，写出一篇可供参考的设计说明书，这也有助于巩固学生的原有专业基础知识，有助于开发学生的创新思想。
本次毕业设计是以设计一次混合中使用的圆筒混料机为目标，遵循着模仿与革新原有混料机的主体思路，实现一次混合的目的。
由于工业上对混料机的需求量比较大，因此我们在制造工厂中得以见到加工混料机的情景。在加工现场我们了解了混料机的结构，零部件的配置安装情况，通过对混料机加工工艺流程的了解，我们进一步熟悉了混料机的工作原理。
1.2 国内外混料机的发展使用状况
国外的筒体现大多采用的焊接技术为普通中厚钢板弯卷焊接，整体低碳钢锻造的方式制造滚圈，采用整体焊接的方式实现筒体和滚圈间的固接。这样的结构克服了滚圈易产生松动并导致滚圈磨损加剧的老式混合机用楔铁固定的缺点，也有效的提高了滚圈的寿命。
我国烧结工业的发展和混料机设备的发展是同步进行的,经过了从小型到大型化、从简单到逐步完善的发展历程。上世纪70年代未我国就已经自行设计和制造了多种不同规格的圆筒混合机,我国自行设计的圆筒混料机最大直径已达3m,长度达到12m,并且形成了系列产品,已经可以满足烧结机发展的需要。而后进入80年代 ,尤其是宝钢引进的450烧结机建成投产,之后这一成果也有力地促进了我国烧结业的发展 ,圆筒混合机设计制造得水平也得到了新的提高 ,自行解决了264、300以及 435烧结机配套的大型圆筒混合机的设计制造技术[2]。
近几年圆筒混料机设备及技术通过消化吸收引进，长沙冶金设计院、鞍山冶金设计院、西安重型机械研究所等单位已经给国内各烧结厂设计出了多套大型圆筒混料机。并陆续投入使用，国内设计制造的圆筒混料机，根据国内实际情况同时在吸收国外先进技术结构的基础上，作了一些设计上的改进。
1.3 混料机的结构特点及混料理论
圆筒混料机是目前我国混合设备应用最广泛的，结构简单、运行可靠，并且混合和造球效果好是其优点。烧结厂是圆筒混料机的主要应用场所，混有添加剂和铁矿粉的混合料通过该设备润湿、混匀、制成适宜烧结的小球，然后为制成高炉需要的熟料进行烧结。混合的原料主要有含铁矿粉、消石灰、焦碳、无烟煤及其它杂料，一般精矿占50%，返矿占30%，石灰石10%，消石灰5%，焦碳粉4.5%。把这些物料按比例混合进入混料机中，并在混合过程中添加水分促使物料均匀混合并且有一定的造球效果。在进入混合机混合前，混合物料不经过预热。混合效果通常以测定混合料中的铁、氧化钙、二氧化硅、水分及粒度来衡量的。[1]
“电机—液力偶合器—硬齿面减速机—开式齿轮—慢速驱动装置”是混料机传动装置的结构形式。将液力偶合器加装在主电机端以减小主电机起动时对电网的冲击，还可通过加调速型液力偶合器，对混合机的速度进行调整；而在另一端设有慢速驱动装置，通过爪型离合器实现微动时的筒体正反转，以此便于混合机的安装，调试和维修等工作；爪型离合器在混合机正常工作时，使减速机与微动电机脱离。[2]
1、进料皮带 2、进料护罩 3、给水装置 4、托辊
5、筒体 6、传动装置 7、出料护罩 8、出料平台
图1.1 开式齿轮传动的圆筒混料机
设计中为圆形钢结构的筒体。在两端各有一个滚圈，其坐在四个托棍上进行转动。为使筒体可以具有一定的倾斜度，将圆筒混合机筒体的出料端低于进料端；将挡轮装置设在滚圈下部两侧，以避免圆筒混料机的轴向串动。为了可以提高混合效率，稀土含油尼龙衬板（该专利产品，可以有效的防止筒体磨损及粘料）铺在筒体内壁。内部根据制粒、润湿、混匀三种不同的功能，使衬板采用不同的材质，再根据从进料端运行至出料端各段的不同作用，讲加水曲线设计成不同的形状，以方便物料经过导入、润湿、混匀等过程后导出。筒体内给水装置来实现物料的润湿。
1.4 混料机对人的影响及解决方法
时代在发展，紧跟着越来越突出的理念“以人为本”也表现出来。在各行各业中“以人为本”的理念也慢慢表现出来并且逐渐完善。在改革开放以前的历史阶段，劳动超负荷、劳动环境差、安全防范不到位这些不规范的现象在冶金工业中甚至是整个工业生产中尤其都是普遍存在着的。但伴随着时代的进步，人们首先对安全和人的健康进行了考虑，工作环境的良好性也是着重的要求，尽量降低工作对人的危害。大量粉尘、矿石颗粒这些在冶金工业中漂浮在空气中的有害物对人体产生危害的情况，也必须得到大力度的改善。
圆筒混料机在其工作的过程中，其粉尘与噪音污染比较严重的原因，是其设备体积比较大，再加之混合配料的粒度小所产生的，这对人的健康很容易造成危害，对人的身心都会产生很大的影响。所以必须降低粉尘的污染，把机器运转产生的震动降到最低，这样来改善混合车间的劳动环境，从而使工作环境更加良好。
筒体转动是引起机器的震动主要原因，增加筒体运转的平稳性有利于减低震动。在混料机上加装机械挡轮装置或液压挡轮装置，就会减少混料机圆筒运转过程中的轴向移动；从别的方面，为避免矿石颗粒散布于空气中，就要尽量减少原料与外部环境的接触，这个要求要在原料进入筒体到混合完毕这整个过程中都应保持，这就要将一个排气筒加装在排料端，从而可以将这些带有粉尘的废气带出。为了帮助对混料机有很大的改进，也在给料端的集中供料的皮带传送装置用筒式给料装置来替代，这样不仅有助于提高生产率和有利于人的健康。
2 混料机混合原理和总体方案确定
2.1 混料机混合原理
在筒体旋转的离心力作用下，物料进入筒体后被带到一定位置会向前方落下，同时物料落下过程中会成一角度，这是由于筒体是倾斜的而形成的，物料在多次沿筒体轴线方向向前翻滚、滑动的过程中均匀混合；再将适量的水在混合过程中加入，物料与物料也因为水表面的张力及物料与筒壁之间的摩擦力的作用互相摩擦、在筒体内不断的翻动、滚动来达到混匀的目的。
物料在筒体内有着不稳定的运动。因为摩擦会在筒壁之间产生,所以混合料在进入圆筒后,由于受到圆筒旋转离心力的作用,物料会跟随筒壁运动并上升到一定的高度时,然后在重力的作用下向下掉落,与上升的物料产生相对运动而滚动成球,在经过多次往复的运动的过程后,混合料会不断向出料端移动,而这一现象的产生是因为轴向分力的作用。由于混合料层较厚,各部位受力情况和上升时达到的高度,从圆筒的横向面上看有很大的差异,并且总是有一部分物料在圆筒连续旋转时上升,另一部分在下落,而圆筒的转速也决定了物料上升或下落的量。若物料不能上升到足够的高度,且堆积在圆筒下部,这就是因为筒体转速过小,混合料所受到的离心力和圆周力较小,这样就起不到混合的作用。同样的道理,如果物料紧贴附于筒壁并且直到很高的部位才落下来这种也起不到混匀的作用的情况，就或许是因为转速过大,导致物料所受到的离心力、圆周力过大的原因了。因此若要设备运转安全,并有较好的混合效果也好,那么应有适宜的速度,而6～8r/min的速度是大型混合机选用较多的速度。[5]
2.2 总体方案确定
2.2.1 传动方案的选择
圆筒混合机是在烧结厂中广泛应用的混合设备，圆筒混料机的正常运转和对电耗方面上，传动装置正确的设计，较高的制造质量，较好的安装、检修和维护等方面是起到很大的影响的。随着向大型化发展的圆筒混料机，对于大动力的要求也就显得更为重要。而中心传动和边缘传动则是其传动形式的表现。
1. 中心传动：电动机通过出轴与圆筒混料机中心线在一条直线上的减速机来提供中心传动。而中心传动有单传动和双传动两种形式。1000~7000KW以上的传动中广泛使用中心传动。
2. 边缘传动：而带动筒体回转边缘传动是先由电动机驱动减速机，进而使小齿轮带动安装在筒体上的大齿圈进行转动来实现的。相对小的功率传动比较适合使用此传动形式。
经比较边缘传动确定为此次设计传动形式。
2.2.2 传动形式的确定
目前，国内外混合机的传动形式有3种:
1. 轮胎传动(汽车轮胎、实心轮胎、飞机轮胎)。轮胎传动具有震动小、噪声低的优点，同时该型式适宜配置在高层平台上，；但目前较大吨位的筒体传动上其还是不太理想，尽管其一次性投资小，但维修成本高，因此在大型混合机上使用时并不理想，同时还有，使用寿命短，作业率低等缺点。
2. 聚胺脂胶辊传动。当前国内的聚胺脂胶辊技术尚不成熟，尽管该种传动型式混合机的一次投资低于大齿圈形式，但因需要从国外进口，价格过于昂贵，所以也不适宜使用。
3. 大齿圈传动型式混合机。这种形式如果设计合理维的话修成本较低于前两种型式，同时作业率也高，虽然一次性投资大一些，但综合来看还是采用这种型式较好。
考虑到结构合理、操作简便、运转平稳、使用寿命长、作业率高、安装维修调试方便等综合因数决定采用开式齿轮传动。
所以可以得出，确定“电机--液力偶合器--硬齿面减速机--开式齿轮--慢速驱动装置”的结构形式为本次设计的圆筒混料机传动装置，并确定由筒体、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、底座组成圆筒混料机总体结构。
结 论
本次设计历时近四个月，对圆筒混料机进行了总体方案以及部分零件的设计。通过这次设计使我对圆筒混料机的整体性能有更深的了解，也对冶金设备有了进一步的认知。传动系统的设计对圆筒混料机提高工作效率、提高使用寿命有很大的帮助，使这种新型圆筒混合设备得到了实实在在的应用。
就本次设计而言，此次设计解决了以往圆筒混料机的撒料、设备寿命低、安装、调试不便等问题。该圆筒混料机具有运转平稳、耐冲击、耐磨损、使用寿命长、安装维修调试方便等一系列优点。同以往的同类设备相比，本次设计的圆筒混料机具有以下优点：
1．采用开式齿轮传动，具有结构合理、操作简便、使用寿命长、效率高、维修方便等特点。
2．筒体的加工的工艺为采用钢板卷制成筒体后焊接,再将两滚圈、大齿圈的连接板与其焊为一体后整体退火的整体加工的工艺。这种设计及加工工艺，可以有筒体、辊圈、大齿圈中心线的一致性，并且使设备运行平稳，大大减小振动与噪声等优点。
3．采用钢丝绳吊挂洒水管装置,解决了因跨度大,洒水管严重变形,强度不足,水流不畅等问题;安装调整方便,使用可靠,对落料冲击有较好的缓解作用。
通过这次设计，我把以往所学的知识有机的结合了起来，这一过程中运用到了很多相关行业的知识，这些知识对于整体的设计也是有很大的帮助的。这也充分的体现出来了知识的统一性。因为一个完整的设计是与其相关的各行业的知识的整合，而这些知识的收集和运用也是要通过相应的专业知识和个人的综合能力的结合作用而产生的。所以在设计的过程中不仅要懂得一定的专业知识，还要学会运用与综合一些其他相关的知识，这也是这次设计过程中可以学到的一个比较有使用性的知识。因此在这一段时间中，我通过查阅找到了很多所需知识并加以应用，这不仅解决了很多实质性的问题，并且学到了许多书本上没有的东西，同时也增强了自己查阅资料的能力，对自己来说也是一种很好的锻炼，相信这为期三个月的努力会给自己未来的工作和学习带来极大的帮助，可以说是受益匪浅的，对个人能力的提高也有很大的帮助。
参考文献
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[20] Allen S.Halletc.Theory and Problems of Machine Design,1961，McGRAWHILL ,New York
目 录
中文摘要 I
英文摘要 II
前 言 III
1 混料机概述 1
1.1 选题的依据 1
1.2 国内外混料机的发展使用现状 1
1.3 混料机的结构特点及混料理论 2
1.3.1 混合料的混匀效率 3
1.3.2 计算平均均匀系数 3
1.4 混料机对人的影响及解决方法 4
2 混料机混合原理和总体方案确定 5
2.1 混料机混合原理 5
2.2 总体方案确定 5
2.2.1 传动方案的选择 5
2.2.2 传动形式的确定 6
3 混料机的具体方案计算及设计 7
3.1 混料机基本参数的计算 7
3.1.1 筒体倾斜角α 7
3.1.2 筒体转速n、混合时间t 7
3.1.3 筒体直径D、筒体长度L 7
3.1.4 验算筒体转速n、混合时间t 8
3.1.5 验算混料机填充率Φ 9
3.1.6 计算物料移动速度v 9
3.1.7 验算物料移动速度 10
3.2 筒体参数计算 10
3.2.1 筒体结构组成 10
3.2.2 筒体载荷 11
3.2.3 筒体弯矩与应力计算 13
3.3 传动装置设计 17
3.3.1 传动功率的确定 17
3.3.2 摩擦力矩 17
3.3.3 物料扭矩 18
3.3.4 主传动功率 19
3.4 挡轮及轴的计算 21
3.4.1 挡轮 21
3.4.2 挡轮的受力 22
3.4.3 挡轮参数的确定 22
3.4.4 挡轮轴及轴承的选择 23
3.5 齿轮罩 25
4 给料装置、出料装置及附属设备 26
4.1 给料装置 26
4.1.1 带式输送机给料 26
4.1.2 给料漏斗给料 26
4.2 供水装置 26
4.2.1混合料的供水装置 26
4.2.2设置新型的喷淋系统 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30