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 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。