1 圓筒混合機(jī)電機(jī)功率的計(jì)算 摘 要 經(jīng)過一系列地分析推導(dǎo) ,歸納出圓筒混合機(jī)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)功率的計(jì)算方法 ,并通過 包鋼 燒結(jié)廠 4合機(jī)的功率計(jì)算 ,進(jìn)一步闡明了上述公式的應(yīng)用方法。 關(guān)鍵詞 圓筒混合機(jī)；電機(jī)功率；計(jì)算 of 4-1 of is by of a of is by of of 4m at 前言 由于圓筒混合機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、檢修維護(hù)方便、運(yùn)行平穩(wěn)、生產(chǎn)能力大、混合造球好等優(yōu)點(diǎn) ,在燒結(jié)作業(yè)的一、二次混合中得到廣泛地應(yīng)用。但是 ,如何計(jì)算傳動(dòng)功率 ,選定電動(dòng)機(jī)的容量 ,以滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要 ,則比較困難。電機(jī)常出現(xiàn)的問題，主要表現(xiàn)在 : 電動(dòng)機(jī)的溫升較高 ; 減速機(jī)的響聲異常。通過現(xiàn)場的觀察、分析 認(rèn)為是由于電動(dòng)機(jī)的功率不夠造成的。實(shí)圖如下： 圖 筒混合機(jī) 2 混合機(jī)傳動(dòng)總功率的分析 混合機(jī)的傳動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)通過一、二級(jí)減速機(jī)和兩組主動(dòng)托輥、兩組被動(dòng) 2 托輥摩擦傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn) 的 ,混合機(jī)的進(jìn)料端比出料端高 ,使整個(gè)設(shè)備具有一定的傾斜角。 經(jīng)分析可知 ,驅(qū)動(dòng)圓筒混合機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所消耗的功率 1 2 3( ) /N N N N (1) 式中 N 驅(qū)動(dòng)圓筒所消耗的功率 / 1 筒內(nèi)物料轉(zhuǎn)動(dòng)所消耗的功率 / 2 筒體克服支承系統(tǒng)的摩擦所消耗的功率 / 3 筒體本體轉(zhuǎn)動(dòng)所消耗的功率 / 總傳動(dòng)效率 3 圓筒混合機(jī)內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)過程分析 料轉(zhuǎn)動(dòng)所消耗功率的計(jì)算 物料在筒體內(nèi)運(yùn)動(dòng)是比較復(fù)雜的。混合料進(jìn)入圓筒后 ,由于與筒壁之間產(chǎn)生摩擦 ,在圓筒旋轉(zhuǎn)離心力的作用下 ,附于筒壁并上升到一定的高度 ,然后靠重力的作用滾下 ,與上升的物料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而滾動(dòng)成球 混合料在多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中 ,在軸向分力的作用下 ,不斷向出料端移動(dòng)。 從圓筒的橫斷面上看 ,由于混合料層較厚 ,各部位受力情況相差很大 ,其上升時(shí)達(dá)到的高度也不相同 ,并且在圓筒連續(xù)旋轉(zhuǎn)的過程中 ,總是有一部分物料在上升 ,一部分在下落 ,物料上升或 下落的多少 ,與圓筒的轉(zhuǎn)速有關(guān)。若轉(zhuǎn)速過小 ,混合料所受到的離心力、圓周力也就過小 ,物料就不能上升到足夠的高度 ,僅堆積在圓筒下部 ,這種情況起不到混合與造球的作用。與之相反 ,若轉(zhuǎn)速過大 , 物料所受到的離心力、圓周力過大 ,致使物料緊貼附于筒壁而帶到很高的部位才拋落下來 ,這種情況也起不到造球的作用。只有在速度適宜時(shí) ,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全 ,混合與造球效果也好 ,大型混合機(jī)一般選用 6 7r/速度。 經(jīng)上述分析可知 ,轉(zhuǎn)動(dòng)物料所消耗的功率 由下式?jīng)Q定 : 1 1 1 1 2N N N(2) 式中 物料重心上移所消耗的功率 /12 物料滾動(dòng) ,內(nèi)摩擦所消耗的功率 / 料的受力如 下 圖所示。 3 1. 筒體 2 物料 圖 物料受力情況 圖 2 中物料所受重力為 G，筒體對(duì)物料的支持力為 N，物料所受摩為 F，其中摩擦力 F N 筒體轉(zhuǎn)速為 n(r/則其角速度為 n/30 (3) 為物料位置和筒體中心的連線與豎直方向的夾角，稱為物料提升此時(shí)物料顆粒法線方向受力方程為 (4) 切向方向上受力方程為 (5) 將 F= N 和式 (2入到式 (2得 ( (6) 可以看出隨著物料的上升，變大， N 變小， F 也變小，而重力在切線上的分量 不同性質(zhì)的物料在圓筒混合機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于物料的不同性質(zhì)以及及筒體不同的轉(zhuǎn)速、不同的填充率等工藝參數(shù)時(shí)，物料運(yùn)功狀態(tài)大致有六種狀態(tài) 2。分別為 移 )、 梯 )、 動(dòng) )、瀑布 )、 瀑布 )和 心 )。 計(jì)算物料重心上移所消耗的功率 經(jīng)過分析論證 ,物料重心上移所消耗的 功率 4 : v/ 102 (7) 式中 筒內(nèi)滾動(dòng)物料總重 / 1= (8) 填充率 R 筒體半徑 /m L 筒體長度 /m 物料容重 / 3m v 物料重心線速度 c 的垂直分量 1/ 11s i n s i n / 3 0v n r (9) 式中 n 筒體轉(zhuǎn)速 / r 物料重心半徑 /m； 1 物料料面與水平面的軸角； 研究筒內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)可知 ,動(dòng)態(tài)的1比靜態(tài)的 自然 堆角要小 ,這是因?yàn)?:(1)隨著筒體的回轉(zhuǎn) ,表面物料層沿斜面滾落下來 ,滾落部分角稱為剪切角 , = - 1; (2)物料運(yùn)動(dòng)中內(nèi)摩擦減小 , 動(dòng) = (靜;(3)由于溫度、濕度、粒度等的變化 , 1與 不同。 3r 2 s i n / 3c R (10) 2 2 s i n 2 2 (11) 式中 物料對(duì)應(yīng)中心角的一半 / 填充率 與的關(guān)系由式 (7)給出 ,或由表 1 查出。 把 (8)、 (9)、 (10)式代入 (7)中有： 4 3 31 1 1N 6 . 8 4 4 1 0 s i n s i L (12) 5 計(jì)算物料滾動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦所消耗的功率 (1) 精確計(jì)算上升物料與滾動(dòng)下落物料間內(nèi)摩擦力是比較復(fù)雜的 ,因?yàn)橛绊懙囊蛩剌^多 ,而有些因素是隨機(jī)的 ,如物料特性、物料滾動(dòng)狀態(tài)等。為了計(jì)算出內(nèi)摩擦力的大小 ,根據(jù)實(shí)際情況做出如下兩點(diǎn)假設(shè) : 上升物料與下落物料的重量相等 ; 內(nèi)摩擦力均布在通過重心的圓周上。這樣 ,內(nèi)摩擦力可由下式求出 : 21 /2 r g (13) 式中 F 內(nèi) 摩擦力 / 內(nèi)摩擦系數(shù) g 重力加速度 ,取 g=1s 角速度 / 1s = n/ 30 (14) (2)內(nèi)摩擦力對(duì)圓心 O 所產(chǎn)生的力矩 M : 221 /2 r W r g(15) M 內(nèi)摩擦力矩 / 1m (3)內(nèi)摩擦所消耗的功率12N: 1 2 1 / 1 0 2(16) 把 (8)(10)(14)代入式 (15)得 ; 6 3 4 612 8 . 1 1 8 1 0 s i n /N n R L (17) 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)物料所消 耗的功率 把 (8)、 (15)式代入 (2)中得： 6 3 3 4 6 2 311s i n ( 6 . 8 4 4 1 0 s i n 8 . 1 1 8 1 0 s i n / )N n R L n R (18) 算克服支承系統(tǒng)的摩擦所消耗的功率 2 2 1 2 2N N N(19) 21N 托輥上所消耗的功率 / 22N 擋輪上所消耗的功率 / 計(jì)算托輪上所消耗的功率 (1) 由于 4 個(gè)托輥承受混合機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分全部重量的徑向力 ,所以每側(cè)兩個(gè)托輥上所承受的徑向力之和 由下式求出 : 1 1 2 3( ) c o s / 2 c o W W (20) 式中 1p 徑向力 / 2 托輥滾圈中心連線與垂直方向的夾角 / ( )； 筒體軸線與水平線的夾角 / ( )； 2W 筒體及齒圈的重量 / 隨著混合機(jī)的長期使用 ,筒壁內(nèi)要附著一定厚度的粘著礦 ,因其厚度是隨機(jī)變化的 ,所以重量確定起來較困難。一般是根據(jù)日立造船株式會(huì)社的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)來確定其重量 : 312W (21) 式中 1 粘著礦的松散容重1=27503m 筒內(nèi)粘著礦的厚度 ,取 筒體長度 /m,一次混合取較大值 ,二次混合取較小值 (2) 筒體轉(zhuǎn)動(dòng)在 4 個(gè)托輥上克服的滾動(dòng)阻力 : 2 1 1 1 1 1 2 3 1 12 ( 1 / ) ( ) ( 1 / ) c o s / c o s l D d l W W W D d (22) 式中 滾動(dòng)阻力矩 / m l 滾動(dòng)摩擦力臂 /m 托輪的外徑 /m D 滾圈的外徑 /m 7 (3) 4 個(gè)托輥上所消耗的功率 : 2 1 2 13 1 2 3 1 1/ 1 0 21 . 0 2 7 1 0 l n ( ) ( 1 / ) c o s / c o W D d (23) 支承托輥的滾動(dòng)軸承也消耗一部分功率 ,但與 比要小得多 ,可忽略不計(jì)。 計(jì)算擋輪上所消耗的功率 為了減小擋輪與滾圈之間的滑動(dòng)摩擦損耗 ,擋輪和滾圈間應(yīng)是兩個(gè)錐體作純滾動(dòng) ,即這兩個(gè)錐體有公共點(diǎn) ,則擋輪的平均直徑 : 21(1 / )d h D(24) 滾圈的直徑： 1 h(25) 式中 擋輪的平均直徑 /m 滾圈的平均直徑 /m h 擋輪的厚度 /m 擋輪上所受到的徑 向力 用下式求出 : 2 1 2 3( ) s i W W (26) 式中 2p 徑向力 / 體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在擋輪上所遇到的滾動(dòng)阻力矩： 2 2 21 2 3( 1 / )( ) ( 1 / ) s i c c l D W W D d (27) 在擋輪上所消耗的功率 2 2 2 23 1 2 3/ 1 0 21 . 0 2 7 1 0 ( ) ( 1 / ) s i nc p c l W W W D d (28) 同樣 ,支承擋輪的滾動(dòng)軸承也消耗一部分功率 ,但與 比要小得多 ,可忽略不計(jì)。 計(jì)算支承系統(tǒng)所消耗的總功率 把 (23)、 (28)代入 (18)可得： 23 1 2 3 1 21 . 0 2 7 1 0 ( ) ( 1 / ) s i n ( 1 / ) c o s / c o s C P c p l W W W D d D d 8 (29) 計(jì)算總功率 因?yàn)橥搀w在設(shè)計(jì)、制造時(shí)幾乎采用完全的動(dòng)平衡 ,又因?yàn)橥搀w 轉(zhuǎn)速比較小 ,所以 ,在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)筒體本體所消耗的功率3 相比要小得多 ,可忽略不計(jì) ,則式 (1)可變?yōu)?: 12( ) /N N N (30) 上面所述為圓筒混合機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)耗功率的分析計(jì)算方法。選用電動(dòng) 機(jī) 時(shí) ,還要考慮啟動(dòng)過載系數(shù)以及安全系數(shù)。 4 計(jì)算總功率 包鋼燒結(jié)廠的圓筒混合機(jī) 圓筒半徑 R=筒長度 L=圈直徑 輥外徑輪大端直徑 輪厚度 h=輥滾圈中心連線與垂直方向的夾角z= 060 ；筒體傾斜角 =1 ；筒體和滾圈重量 的傳動(dòng)效率 =動(dòng)摩擦力臂 l =10 m;筒體轉(zhuǎn)速 n=10r/料容量31 7 0 0 /kg m ；物料安息角 35；填充率 。 (1) 動(dòng)態(tài)堆角 1 按自然堆角的 算 ,則 : 1 0 . 8 3 5 2 8 ；動(dòng)態(tài)內(nèi)摩擦系數(shù)1 0 . 5 3 1 7； (2) 由式 (14)計(jì)算 ,當(dāng) = ,筒內(nèi)物料對(duì) 應(yīng)中心角的一半 ; ； (3) 由式（ 2（ 2算： 擋輪的平均直徑 ： 21(1 / )d h D= 0 . 2 5 ( 1 0 . 1 / 1 . 4 4 ) 0 . 2 3 3 m 滾圈的平均直徑 ： 1 h=4) 由式（ 2算筒內(nèi)滾動(dòng)物料的重量： 20 . 1 2 5 3 . 1 4 0 . 6 4 1 7 0 0 9 6 0 . 8 4 ； 9 (5) 由式 (2算筒體內(nèi)粘著礦的重量 : 312W = 2 3 . 1 4 0 . 6 4 0 . 1 2 2 7 5 0 4 9 7 3 . 7 6 (6) 由式 (2算轉(zhuǎn)動(dòng)物料所消耗的功率： 3 3 4 6 2 311s i n ( 6 . 8 4 4 1 0 s i n 8 . 1 1 8 1 0 s i n / )N n R L n R 3 3 46 2 31 0 0 . 6 4 1 7 0 0 s i n 5 0 . 3 ( 6 . 8 4 4 1 0 s i n 2 88 . 1 1 8 1 0 0 . 5 3 1 7 1 0 0 . 6 s i n 5 0 . 3 / 0 . 1 2 5 )8 . 4 5 (7) 由式 (2算克服支承系統(tǒng)的摩擦所消耗的 功率： 23 1 2 3 1 21 . 0 2 7 1 0 ( ) ( 1 / ) s i n ( 1 / ) c o s / c o s C P c p l W W W D d D d 341 . 0 2 7 1 0 1 0 1 . 4 1 0 ( 9 6 0 . 8 4 2 1 7 3 . 5 4 9 7 3 . 7 6 ) ( 1 1 . 3 4 / 0 . 2 3 3 ) s i n 1( 1 1 . 4 4 / 0 . 2 5 ) c o s 1 / c o s 6 0 0 . 1 6 (8) 由式 (2算圓筒混合機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的總功率： 12( ) /N N N ( 8 . 4 5 0 . 1 6 ) / 0 . 9 1 9 . 4 6 由于在計(jì)算時(shí)都是按最大極限負(fù)荷計(jì)算的，故電動(dòng)機(jī)的功率可以認(rèn)為就是圓筒混合機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的總功率。 5 結(jié)束語 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)注意的： 選擇電動(dòng)機(jī)要根據(jù)工作載荷，工作機(jī)的特性和工作環(huán)境等條件，選擇電動(dòng)機(jī)的種類、類型和結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速、確定具體型號(hào)。 (1)選擇電動(dòng)機(jī)種類、類型和結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)電源種類（直流或交流）、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）及載荷特點(diǎn)（性質(zhì)、大小、起動(dòng)性能和過載情況）等條件選擇。生產(chǎn)單位一般用三相交流電源，如沒有特殊要求應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)。其中以三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)用得最多，其常用標(biāo)準(zhǔn)系列為 。在經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的場合（如起重機(jī) ），要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和過載能力大，因此應(yīng)選用起重及冶金用三相異步電動(dòng)機(jī) （鼠籠式） 10 或 （繞線式）。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有開戶式、防護(hù)式