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φ0.9x3m四筒平衡节能球磨机设计【含CAD图纸、说明书】
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含CAD图纸、说明书
φ0.9x3m四筒平衡节能球磨机设计【含CAD图纸、说明书】
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毕业设计（论文）任务书 填表时间： 年 1月 19 日 （指导教师填表）学生姓名 专业班级指导教师 课题类型工程设计题目四筒平衡节能磨机的设计主要研究目标(或研究内容)1、总体方案的确定。2、工作参数的选择计算与确定。3、筒体的结构设计。4、总体结构的设计与计算。5、主要零部件的设计与计算。课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）1、独立完成方案的确定。2、独立完成结构设计与工作参数选择计算。3、工作量要求。3.1、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合1号图幅以上的图纸用手工绘制。3.2、查阅15篇以上与题目相关的文献，翻译一篇本专业外文文献并附译文。3.3、按要求格式独立撰写不少于30页的设计说明书。英文摘要不少于300个单词。进度计划第13周：设计前的准备工作，接受任务、生产调研等。第4周：查阅资料、文献检索，写出开题报告。第56周：收集图纸及文字资料、查阅图书、期刊、网络期刊、英文翻译，修改译文。第78周：设计计算、绘制草图。第912周：手工绘图及计算机绘图。第1314周：编写设计说明书。第15周：毕业答辩。主要参考文献1、吴宗义. 机械零件设计手册. 机械工业出版社, 2004.1.1 2、王继杰.球磨机的研究进展及实用技术综述.中国粉体工程，2006.083、陈剑锋，肖飞凤.球磨机的发展方向综述.中国矿业，2006.084、应灵灵.球磨机介质运动规律的实验研究.昆明理工大学，2009.02指导教师签字： 教研室主任签字： 年 1月 23日 毕业设计（论文）开题报告院（部）：机械工程学院 年 4 月 20 日 （学生填表）课题名称0.9x3m四筒平衡节能磨机的设计学生姓名专业班级课题类型四筒平衡节能球磨机指导教师职称课题来源科研综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1. 目前球磨机在节能降耗提高粉末效率的现状1.1 球磨机结构方面的节能改进（1）磨机筒径越大，就能耗而言,大型球磨机的单位能耗比中小磨机的高，球磨机直径超过5.1时,经济技术指标不好,能耗较高,衬板磨损较快,故建议球磨机直径不超过5m（2）中心传动节能球磨机采用了大型滚动轴承代替传统的滑动轴承,轴承体采用润滑脂润滑,大大减少了磨擦阻力,且油耗极低、操作极为方便（3）优化磨机衬板，将格子型球磨衬板改为螺旋状衬板,取消联合给矿器,采用鼓式给矿器,通过对衬板、给矿器的改进,能耗节省在17%以上。另外应用不同材料制造衬板获得较好的耐磨等性能。1.2 球磨机在工艺方面的改进（1）在磨矿回路中,采用高效的分级设备,提高分级效率,将合格产品及时排除,减少过磨现象,可以降低磨矿单位能耗。在磨矿分级闭路环节中,通常采用的分级方式有螺旋分级机和水力旋流器。在以往的选厂设计中,螺旋分级机因其处理能力大,维护量小而被广泛采用,但其分级效率低,循环负荷大,越来越多地被水力旋流器所替代。（2）在磨矿分级过程中采用自动控制系统,其目标是在确保生产过程稳定安全运行的前提下,将产品的各项指标控制在工艺要求的范围内,同时最大限度地提高设备的效率、降低单耗。1.3 磨矿介质的节能研究（1）磨矿的主要介质是钢球和钢棒,其中钢球的应用比钢棒更广泛。钢耗高是球磨机能耗高的一个主要原因，介质的尺寸、形状及材质对磨矿有着重大影响,对增产节能降耗有显著的作用。（2）合理的装球和补球方法是提高磨机生产能力和降低磨机消耗的有效途径。 1.4 其他方面对磨矿影响因素的分析（1）根据不同型号的磨机通过临界转速算出合适的转速率再确定装球量的多少之后选择合适的钢球配比可提高磨矿效果（2）给水量的的大与小也会对球磨机的磨矿效果产生影响直接关系到磨矿浓度矿浆浓时粘性大矿粒易粘在介质上，矿浆中的矿粒也教多，矿浆流动慢，被磨时间长。（3）还有很多机械或者人为因素比如说给矿器的选择、排料端格子板、排矿筛的选择、衬板的更换、钢球的补充，还有工艺上阶段磨阶段选都会影响磨矿效果综合以上各种方式方法对球磨机进行节能增产的提高改进都是从一些细枝末节方面的考虑改进，并没有从实质上的大跃进的节能和提高粉磨效率，目前, 在水泥工业中采用的都是单筒球磨机, 尽管在结构及工艺和其他方面做了努力但电耗依然较高。主要原因是磨机在运转中研磨体的重心偏离回转中心, 因而产生了很大的回转力矩, 为了克服这个力矩就需要很大的动力。而在多筒球磨机研磨体所占的截面积与单筒球磨机相等的情况下, 多筒球磨机研磨体重心偏离回转中心的距离要比单筒球磨机小, 因此就能减少动力, 节约电耗。2. 多筒磨机发展动态 2.1 杨树森译自苏联水泥1 9 7 6年3 期，文章中指出目前在水泥工业中应用的管磨机是不经济的, 磨制一吨水泥需耗30 一35 度电能。电耗大的主要原因是, 物料和研磨体偏心地分布在磨机中, 使磨机运转时产生很大的阻力矩, 因此就必须用相当的能量克服之。苏联奥尔格水泥工业设计院, 研制了一种均衡式多筒球磨机, 经过试验得到了满意的结果。多筒式球磨机( 见图) 是由10 一13个筒体组成: 一个中心筒体, 用于粗碎物料, 三个(或四个) 均衡用的筒体, 起着继续破碎作用; 还有六个( 或八个) 筒体成对地分布在外围, 用来最后细磨水泥 图一 均衡式多筒球磨机 1中心筒体 2均衡筒体 3外围筒体试验表明,当把熟料磨到R0.008=9.95%和比表面积S=3419厘米“/克时,单位电耗为19.3度/吨水泥。它比目前采用的开流管磨机单位产品电耗低一倍。就是磨熟料时,出磨水泥温度也不超过100。采用这种磨,磨制比表面积为45005000厘米“/克的水泥并不困难。这种磨的生产率由其规格决定,产量可达100一200吨/时。杨树森译自苏联水泥1976年3期 2.2 文献胜永斌多筒磨机的运行经验文章提出多筒磨机与行星式磨机不同,其滚筒不自转。因此, 多筒磨机比行星式磨机简单得多, 而与单筒磨机相比仅仅是筒体结构不同。在不同工作制度下进行试验的四台磨机,其主要参数列于表1 表一物料棒的指数筒体个数筒体尺寸（米产量（吨/时）粉磨细度（%）比表面积（厘米2/克）单位电耗（度/吨）拆合成熟料的能耗（度）长度中心筒体直径周围筒体直径水泥熟料1.0091.00.60.30.255360020.014.8水泥熟料1.0092.01.20.62.707342020.017.0高炉矿渣0.5545.0-1.13.006.0010303000205041.233.022.722.7磷矿石1.2843.8-1.612.0020.002104700300023.515.019.219.2实验表明从九筒磨机的运行情况可以看出, 只要研磨体的选择是正确的, 就完全不必扩大筒体直径以便对熟料进行预破碎。当中心筒体直径为0 .6米, 带球高度为0.4米时, 熟料可以顺利地磨细到在筛孔为10 毫米的筛子上筛余为30 %。另外这类磨机的实验表明, 水泥的粉磨细度取决于物料通过的总路程, 然而物料从一个筒体转入另一筒体是通过最简单的撒料装置- 一溜子实现的, 它不需采用任何新结构, 也不降低磨机运转的安全性 表二磨机尺寸（米）工作容积（米3）筒体重量（吨）研磨体装载量（吨）产量（吨/时）单位耗电（度/吨）水泥温度（C）单筒2.0x51412195.55895四筒2.6x51412190.33355。 表2 所列数据为四筒磨机同卢斯塔夫水泥厂所用的单筒磨机的比较每吨研磨体粉磨矿液3 0 公斤/ 时。两种磨机粉磨这种矿浓的细度都低, 这与矿渣的水分大有关系。四筒磨机(表1) 安装在沃斯克列谢斯克生产联合体, 从19 7 6 年开始使用, 同现有的桥磨磷矿石的管磨机相比,可节电51 % , 并提高了粉磨细度, 产品温度从1 1 0 降低到4 0 5 0 。 表三。磨机应力值（兆帕）筒体厚度（毫米）筒体中心固定挡板轴颈区单筒磨机直径20.510(5.10)0.3(3.0)0.490(1.90)2540.600(6.00)0.35(3.5)0.310(3.10)50四筒磨机直径20.140(1.40)0.90(0.9)0.151(1.51)1240.177(1.77)0.13(1.3)0.113(1.13)20 多筒磨机的筒体强度计算表明, 一比结构确实比传统单筒磨机简体的刚度好。为了迸行比较, 例举了一些公司的几种现代单筒磨机与多筒磨机有关筒体应力的平均数据( 表三 )。胜永斌多筒磨机的运行经验 2.3 以上这些资料是基于国外苏联水泥期刊的多筒磨机研究现状及其特点，对于我们国内国家建材局合肥水泥研究设计院对多筒球磨机开展了研究工作, 分别进行了从筒体直径1 64 至9 0 毫米的6 种规格的多筒磨及对比的单筒磨的模型试验。对不同流程、不同物料进行了间歇和连续的对比粉磨试验。试验结果表明: 多筒球磨机在细磨阶段具有很大的优越性, 它可比普通球磨机提高粉磨效率一倍左右, 其粉磨原理相似于普通球磨机, 其产品特性、磨损性能和其它性能也优于普通球磨机。在模型试验的基础上, 准备进行工业性试验。可以预计, 在工业性试验中多筒球磨机可比同规格的单筒球磨机节能30 % , 增产30 % 以上。多筒球磨机既可应用于新建厂矿又可对在线球磨机进行改造, 其工艺流程简单、操作方便、设备制造容易, 具有较大的发展前途。 2.4 四筒球磨机最佳工作转速的研究 文献许林发在多筒球磨机最佳工作转速的研究中分析出 图二 四筒球磨机小圆筒的述动可以分解为两个简单运动:牵连运动为其小圆筒沿大圆筒圆周作平动, 相对运动为小圆筒绕其中心的转动。研磨体在各点( 即不同 和) 脱离后运动轨迹坐标, 然后绘制成曲线图。图三为四筒球磨机研磨体运动轨迹图。 图三 四筒球磨机研磨体的运动轨迹计算出最大值时四筒磨=0，=60。说明如果研磨体在这样坐标点上脱离,则研磨体粉碎物料所作功最大。四筒磨机最佳转速 2.5 多筒球磨机功率的探讨 武汉工业大学 许林发在发表的多筒球磨机功率的探讨中研究提出目前,在水泥工业中采用的多数是单筒式球磨机,这种磨机电耗较高,其主要原因是磨机在运转中研磨体重心偏离回转中心,因此产生了很大回转力矩,为了克服这个力炬需要很大动力,而在多筒球磨机研磨体所占的截面积与单筒球磨机相等情况下,多筒球磨机研磨体重心偏离回转中心距离要比单筒球磨机小,这就可减少动力,也就节约电耗。” 图四 偏心距与转速比的关系研究结果表明四筒磨机与单筒磨机功率之比为0.55，节约电耗45%2.6 多筒磨机的应用1 9 82 年巴拉科沃化工厂为发展重过磷酸钙的生产, 采用水泥工业的球磨机粉碎磷酸盐矿石。该厂对一台球磨机进行了改造, 将磨机筒体改为多筒。规格为必1.5 X 10 米四筒磨机是在必2.0X1.05 米单筒磨机基础上安装的。附表中记了两种磨机的平均工作指标。改造后的磨机传动装置与原来的相同, 然而, 生产率提高了1.7倍, 同时, 粉磨细度也得到显著提高。细磨是多筒磨机的主要优点之一, 用于物料的再粉磨阶段尤为有效。在最佳粉磨机制度下用于预破碎的能耗占总能耗的4 6 %。预破碎不宜同细磨混在一个机组内进行, 因为不可能使各仓的工作都达到最佳化。磨机工作参数单筒多筒生产率（吨/时） 11 300074筛，筛余（%） 10 4.5传动装置的功率(千瓦) 500 500筒体质量（吨） 97.1 146.2机组价格（卢布） 8.32 9.895单位金属用量（吨金属/吨产品） 8.83 4.87折合剩余10%时的单位电耗（千瓦.时/吨） 31.0 10.0多筒磨机可用来粉磨水泥熟料, 它能以最低消耗生产活性水泥, 排除物料过热和粘结及其它用普通磨机粉磨到相应细度时出现的不良现象。【胜永斌摘译自苏联水泥1 9 8 3年第9 期】3. 选题依据 根据目前多方研究资料及工业应用情况来看，一方面多筒磨机已经形成了相对成熟且较全面的理论依据，其偏心距的减小和空间体积利用率增加并且多筒磨机比单筒磨机重量轻, 强度高，在生产条件下运行结果证明,它具有高度可靠性及操作方便的优点体现出其具有可行性。另一方面多筒磨机用在开路循环系统中能够获得高质量的粉磨效果, 并且避免水泥过热，多筒磨机细磨阶段尤为有效，在最佳粉磨机制度下用于预破碎的能耗占总能耗的4 6 %。预破碎不宜同细磨混在一个机组内进行, 因为不可能使各仓的工作都达到最佳化，所以多筒在细磨阶段更加优化，并且它能以最低消耗生产活性水泥, 排除物料过热和粘结及其它用普通磨机粉磨到相应细度时出现的不良现象。在电耗方面多简磨机的单位电耗比单筒磨机降低50 6 0%，所以多筒磨机同时也具有有效性。 4. 选题意义4.1 水泥工业是一个大量消耗电能部门, 其中7 0% 的电能消耗在粉磨上, 因此研制省能型粉磨方法和粉磨设备, 对约能源、降低水泥成本和提高工厂经济效益有十分重要意义。它与单筒球磨机相比, 通过改变筒体结构从而减小偏心距使得电耗可降低一半。4.2 较之于单筒磨机多筒磨机能够使细磨仓运行最佳化, 并且筒体结构的改变使得筒体空间体积利用率提高，小筒的转速较之于大筒转速相对减小使得物料充分研磨同时保证生产出高细度水泥提高粉磨效率。 研究的基本内容，拟解决的主要问题1、总体方案的确定。2、工作参数的选择计算与确定。3、筒体的结构设计。4、总体结构的设计与计算。5、主要零部件的设计与计算。 研究步骤、方法及措施1 查找阅读大量相关文献资料2 综合分析四筒球磨机的理论依据及现实生产中的应用现状得出其优缺点3 与目前大量使用的单筒球磨机进行比较分析四筒球磨机的实际应用价值4 数据收集，理论计算相关重要参数5 结合相关软件绘图研究工作进度第13周：设计前的准备工作，接受任务、生产调研等。第4周：查阅资料、文献检索，写出开题报告。第56周：收集图纸及文字资料、查阅图书、期刊、网络期刊、英文翻译，修改译文。第78周：设计计算、绘制草图。第912周：手工绘图及计算机绘图。第1314周：编写设计说明书。第15周：毕业答辩。 主要参考文献 1、吴宗义. 机械零件设计手册. 机械工业出版社, 2004.1.1 2、王继杰.球磨机的研究进展及实用技术综述.中国粉体工程，2006.083、陈剑锋，肖飞凤.球磨机的发展方向综述.中国矿业，2006.084、应灵灵.球磨机介质运动规律的实验研究.昆明理工大学，2009.025、(胜永斌摘译自苏联水泥1 9 8 3年第9 期) 6、杨树森译自苏联1976年3期7、多筒球磨机功率计算探讨（许林发）8、多筒球磨机工转速的研究（许林发）9、节能增产多筒球磨机（马玉民）10、胜永斌译自苏联水泥 1 9 8 2 年第6 期6一9 页, 11、欧树坚编译自苏联水泥1 9 8 7 年第6 期)12、均衡式多筒球磨机 （杨树森）13、关于影响球磨机磨矿效果因素的研究(北方重工集团有限公司矿山机械分公司 张海涛 张仁博)教学系意见系主任签字： 年 月 日0.9x3m四筒平衡节能球磨机的设计 摘要从目前社会各种粉磨工业行业主要还在使用单筒结构磨机作业，虽然其结构简单、安装方便、检修便利的优点，但在节省能量，高效率粉磨方面还存在着一定的缺陷。武汉工业大学 许林发在发表的多筒球磨机功率的探讨中研究提出单筒式球磨机电耗较高,其主要原因是磨机在运转中研磨体重心偏离回转中心,因此产生了很大回转力矩,为了克服这个力矩需要很大动力【1】便增加了能耗。本次设计的磨机主旨是节能降耗、提高研磨效率。在降低能耗、提高研磨效率方面，主要从筒体结构的改变来入手，将单筒磨机的三分之二部分筒体改为并联四个小筒与单筒串联。通过理论计算及分析得出以下几个结论：节能方面；第一，整体来看大筒变小筒则筒体的直径缩小，在单筒最适宜转速下小筒的转速将增加，相反要使得小筒的转速为最适宜转速则磨机转速必须降低，所以磨机整体功率降低，这样便达到节能降耗的目的。第二，研磨体的偏心距减小，其产生的力矩减小，则磨机克服该力矩所需的功减小。第三，在填充率、磨机规格相同的情况下，四筒磨机比单筒磨机的功率降低了49%，即四筒磨机更加节能。第四，在相同的研磨体装载量的情况下，四筒磨机比单筒磨机的功率降低20%左右。研磨效率方面；第一，单筒改为四筒相同规格下，四筒磨机研磨体对筒体的空间占用率增加，研磨更加充分，则研磨效率便相对提高，第二，四筒磨机在回转的过程中，四个小筒的研磨状态是在倾泻状态下研磨，则研磨效果更佳。关键词：降低能耗，提高粉磨效率，球磨机，四筒，填充率0.9 x3m four cylinder balance design of energy saving ball millABSTRACTSofar,thesocialvariousgrindingindustryresearchmainlystillusessinglecylindermilloperationstructure.Althoughitsadvantagesofsimplestructure,convenientinstallationandmaintenanceconvenience,insavingnergy , highefficiencygrindingways,therearesomeshortcomings.XuLinfainwuhan universitypublishedtechnology in theconeballmillpowertoexploremoretostudy andput forwardthehigherpowerconsumptionofsingletypeballmill.Themainreasonismillgrindingrotarycenterheartweightdeviationintheoperation,soproduceslargetorque,inordertoovercometheforcetorchneedbigpower1. Idesignthemillinreducingenergyconsumptionandimprovingthegrindingefficiencywhichisdifferentfromtheabovemethods,mainlyfromchangesinthestructureofcylinderofthetwo-thirdsofthesinglecylindergrindingmachinepartscylinderrestructuringforparallelfoursmalltubewithsingletubeseries,thebigdrumsmallercylindercylinderdiameterbecomessmallerinmonocularoptimumspeedundersmallcylinderspeedwillincrease,incontrasttomakethespeedofthesmalltubeforoptimumspeedissinglecylinderspeedmustbereduced,sothemilloverallpowerislower,thusachievethepurposeofsavingenergyandreducingconsumption,throughthetheoreticalcalculation,thefillingrate,millundertheconditionofsamespecification,fourcylindermillmoreenergy-savingthansingletubemill.Monoculartofourcylinderunderthesamespecification,grindingmediumspaceoccupancyrateincreases,thegrindingmorefully,atthesametimeisthestatusofthefoursmallconegrindinginstatethroughthegrinding,sothegrindingefficiencyaregreatlyimproved.KEY WORDS: Reduce energy consumption, Improve the grinding efficiency，Ball mill，Fill rates 目录前言1第1章 球磨机的原理及总体方案21.1 球磨机的工作原理21.2 磨机的整体方案31.3 磨机的回转部分 3 1.3.1 筒体的结构设计3 1.3.2 磨门与人孔4 1.3.3 磨机整体回转部分筒体的条件选择51.4 磨机的传动部分5 1.4.1 边缘传动5 1.4.2 中心传动61.5 磨机的支承部分6 1.5.1 滑履支承6 1.5.2 主轴承支承7 1.5.3 混合支承71.6 球磨机进料装置的形式8 1.6.1 利用螺旋叶片进料8 1.6.2 利用加料螺旋叶片进料8 1.6.3 截头圆锥漏斗进料81.7 磨机出料装置9第2章 磨机主要参数的计算102.1 四筒磨机研磨体装载量的计算102.2 讨论以小筒体为对象分析四筒磨机最适宜转速10 2.2.1 筒体磨机最佳转速10 2.2.2 四筒磨机的临界转速112.3 讨论以大筒为对象分析计算小筒的参数12 2.3.1 单筒磨机的临界转速12 2.3.2 单筒的理论最适宜转速12 2.3.3 实际 工作转速132.4 四筒磨机的功率计算13 2.4.1 讨论在研磨体装载量相同下四筒与单筒磨机的功率比13 2.4.2 讨论在磨机相同规格下四筒与单筒磨机的功率比15 2.4.3 磨机电动机功率选择16 2.5 四筒磨机的生产能力计算16 2.5.1 四筒磨机的单位小时生产能力17 2.5.2 单筒磨机的单位小时生产能力18第3章 四筒磨机的零件设计193.1 磨头19 3.1.1 中空轴的相关尺寸20 3.1.2 四筒磨机磨头的计算21 3.1.3 四筒磨机磨头的结构223.2 衬板设计23 3.2.1 四筒磨机衬板作用23 3.2.2 四筒磨机衬板材料23 3.2.3 四筒磨机衬板种类24 3.3 隔仓板26 3.3.1 隔仓板的作用及结构 26 3.3.2 隔仓板的类型26第4章 磨机的校核284.1 筒体上所承受的总载荷284.1.2 第二部分力研磨体跟物料随筒体回转产生的力294.2 筒体作用力的分布294.3 四筒磨机筒体的弯曲强度计算31 4.3.1 进出料端主轴承处的支反力31 4.3.2 验算磨机筒体的弯曲强度334.4 磨头（磨尾）与筒体法兰的链接螺栓校核33结论35谢 辞36参考文献379前言本次四筒平衡节能磨机的设计课题的研究意义主要有两个方面，第一个方面是目前水泥工业对于能量资源的需求是比较明显的，尤其是电能的消耗。在整个工厂中不光是煤炭资源的需求，在整个生产工艺路线中除了运送物料路线上的设备需要耗电之外，主要的电耗在于粉磨上面，尤其是球磨机这一环节。它是一个电耗无底洞，每天二十四小时运作，所以要对球磨机这块加大人力物力的投入，研究出一款能节约能源降低经济成本而且提高粉磨小率的球磨机，那么在这方面的需求就有着不可言喻，众所周知的迫切，从而可以引出本课题设计的四筒球磨机主要从降低能耗方面进行设计，那么如何相对于目前社会工业中普遍使用的单筒磨机在能耗方面降低的优势做出合理的理论依据呢？事实表明磨机在回转的过程中筒体内部的研磨体和物体随筒壁一起上升下降回转运动，在这个过程中有一个回转力矩，就是筒体中心与研磨体重心之间的距离称之为偏心距，偏心距越大则要克服这个回转力矩便会需要越大的能量，从而导致磨机能耗的增加，所以四筒磨机主要就是为了减小这个偏心距来减小能耗。第二个方面就是单筒磨机除了偏心距大之外就是整个内部有效空间利用率低，四筒磨机的结构刚好将整个大得空间分割成四个较小的空间然后研磨体跟物料再回转的过程中尽可能的占用了越多的空间，四筒磨机较之于单筒磨机多筒磨机能够使细磨仓运行最佳化, 并且筒体结构的改变使得筒体空间体积利用率提高，小筒的转速较之于大筒转速相对减小使得物料充分研磨同时保证生产出高细度水泥提高粉磨效率。 从国内外的研究状况来看，四筒磨机尚在一个萌芽期，并不是普遍推广使用，在前苏联一家水泥厂将一台单筒磨机结构改变为四筒，运作试验发现电耗较之于单筒降低了将近一半。在国内也处于研究状态，合肥水泥设计院也对多筒磨机进行了试验得出了同样的结论，所以四筒磨机有一定的发展空间和潜力。 第1章 球磨机的原理及总体方案确定1.1 球磨机的工作原理球磨机的主要工作部分是一个回转筒体，装在两个轴承上水平放置，用隔仓板把筒体分成几个仓而各仓内用一定量及规格的研磨体填充，研磨体主要有钢球、钢段、钢棒、卵石、砾石等。在筒体内壁装有衬板其作用是为了防止筒体被磨损。磨机转动时，研磨体在离心力跟与衬板面产生的摩擦力的作用下，在筒体固定的衬板面上粘连，随筒体一起转动，而且随它运动到一定的高度，重力作使其自由掉落，掉落时它会像抛物体那样，撞击底部的物料把物料击碎同时在运动的过程中研磨体跟物料之间相互挤压摩擦而碾碎物料。在筒体运转的过程中研磨体跟物料的运动情况就这样上去下来周而复始的不停地运动研磨。物料由进料端缓慢流动到出料端是在进料端不断喂入新物料情况下，进料与出料端物料之间存在着一定的压迫力，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动而且磨内气流运动也有一定的使物料横向流动流动的力，从而完成作业。杨树森译自苏联水泥，文章中指出目前在水泥工业中应 用的管磨机是不经济的, 磨制一吨水泥需耗30 一35 度电能。电耗大的主要原因是, 物料和研磨体偏心地分布在磨机中, 使磨机运转时产生很大的阻力矩, 因此就必须用相当的能量克服之。查阅相关资料苏联奥尔格水泥工业设计院, 研制了一种均衡式多筒球磨机, 经过试验得到了满意的结果。多筒式球磨机多个筒体组成: 一个中心筒体, 用于粗碎物料, 三个(或四个) 均衡用的筒体, 起着继续破碎作用; 还有六个( 或八个) 筒体成对地分布在外围, 用来最后细磨水泥【2】。最终实验结果表明，其一相比较同规格同条件下的传统单筒磨机其耗电量降低了将近一倍，其二粉磨效率提高30%。我国国家建材局合肥水泥研究设计院也做了相似的实验并且也进行了工业性试验也得出相同的结论。那么结构的改变从理论来讲磨机在运转中研磨体重心偏离回转中心产生了很大回转力矩,为了克服这个力炬需要很大动力从而增加了电耗，同时多筒在单筒的基础上增加了研磨体的填充率，在单筒的转速下多筒的转速增大从而也提高了其粉磨效率。1.2磨机的整体方案首先磨机它分为以下几大部分，传动部分、支承部分、回转部分、进料部分、出料部分 图1-1球磨机总装图 图1-2 球磨机总装图 1进料部分 2主轴承支承 3回转部分 4尾部出料部分 5中心传动部分1.3 磨机的回转部分1.3.1 筒体的结构设计 本次筒体设计成“分段式” 结构，结构分三个部分，第一部分位置在进料端为一个单筒，主要对大颗粒物料进行粉磨，这一部分占总体长度的三分之一，第二部分为四个并联的小筒组成，该部分为设计的主要部分其长度占总长的接近三分之二，第三部分为汇料仓，主要使四个小筒的物料汇集到一起最终将物料排出。 筒体每一部分之间采用法兰联接结构，筒体与端盖的链接方式选用的是内接法兰联接，这样的联接是大中型磨体广泛采用的结构他的特点是原材料的利用率相当高，结构设计比较合理。 图1-3 磨机回转体部分 计算得大筒半径与小筒半径的关系式为： （1-1）由于R=450mm，代入上式得 =186.7 从结构来讲小筒需要安装固定在大筒上则需要留出小筒与大筒链接法兰部分尺寸，法兰尺寸定为48mm，另外为了便于安装需要预留水平方向最近的两个小筒之间的距离能使工作人员的手进出，取值为32mm， 图1-4 筒体结构图1.3.2 磨门与人孔 我们知道磨门是便于人孔的封闭而设置的，主要作用就是拆卸安装便利，衔接牢靠。人孔的作用顾名思义就是便于工作人员进出维修 、安装、采样。磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型，本次我使用外盖式结构类型。其衬板与盖用螺栓链接，简单易行，操作方便。1.3.3 整个磨机回转部分筒体的条件选择由于本次设计是小规格试验型磨机我们选用筒体的钢板材料为选择Q235材料，其优点硬度、强度、塑性、韧性均适中耐磨性也不错，而且经济实惠降低生产成本。筒体有的部分需要焊接，所以钢板的厚度=20mm。筒体的最小内径 （1-2） 式中 筒体的最大直径，=900mm； 筒体的最小内径，mm； 衬板厚度，m；取50mm。 筒体的有效长度 （1-3） 式中 筒体的规定长度，L=3000mm； 筒体的有效长度，mm； 端盖衬板的厚度，mm；取50 隔仓板的厚度，mm；取50mm 扬料装置的厚度,mm；取100m。代入公式(1-3) m1.4 磨机的传动部分1.4.1 边缘传动 图1-5 边缘传动边缘传动需要在筒体上安装一个大齿圈，而这个大齿圈直径大制造难度大，同时它会使得磨机整体占用空间大，机械效率相对较差 。1.4.2.中心传动 图1-6 中心传动中心传动通过中空轴带动筒体转动，占用空间小，机械效率较高本次设计采用中心传动。1.5 支承部分1.5.1 滑履支承 图1-7 滑履支撑滑履轴承的磨机是通过固装在磨机筒体上的轮带支承在滑履上运转，滑履轴承与回转筒体间的摩擦是滑动摩擦，即磨机筒体上的滑环在特殊金属层（一般为巴氏合金）表面滑动，以减小阻力。滑履轴承与普通轴承的功用差不多，但其最大缺点是不耐高温，一般75便会失效。1.5.2 主轴承支承 图1-8 主轴承支承 主轴承支承他承受整个磨机的筒体及其他部件的重量，主轴承的结构由轴瓦、轴承底座、轴承盖、润滑和冷却系统组成，轴瓦整体式的比较廉价一般用在受力要求比较低的地方，而轴承是标准件，用在受力要求比较高一点的地方，如果受使用空间或特殊要求限制或是受力或间隙要求非常严格，一般需要专门设计的轴瓦（一般是对开式，极少用整体式）1.5.3 混合支承 图1-9 混合支承混合支承就是滑履支撑和主轴承支承的混合使用，这样的好处是磨机安装的自由度大，磨机长期使用的过程中灵活调节及维修操作，磨机在长期使用的过程中会受到不同程度的磨损，导致磨机运转不正常，从而增加能耗，降低生产率，目前工业中广泛使用这种混合支承。但缺点是制造成本高，对于试验样机来说不经济。那么本次设计支承装置就使用主轴承支承。1.6. 进料装置球磨机常用进料装置形式1.6.1利用螺旋叶片进料物料由进料口进入装料接管内,接管有钢板制成,内装有螺旋叶和隔板,接管用螺钉固定到空心轴径的端部,并随之一起旋转,空心轴径内装有套筒,套筒的里面焊有螺旋叶片.当接管和套筒随磨机旋转时,由进料口进入接管中的物料,在螺旋叶的推动下进入隔板中,并由隔板带起流入套筒中,进入套筒中的物料在螺旋叶片的作用下被推入磨机机体中.在加料溜子和接管之间,装有毛毡密封圈以防止漏料.1.6.2利用加料螺旋进料 该进料装置的结构空心轴径中装有固定的套筒,由单独的传动机构带动螺栓在套筒中转动,物料由加料口加入套筒中,在螺栓的作用下,将物料推入磨体中.该进料装置形式只在一些原有的老式球磨机上还有使用,新型球磨机已不在采用.1.6.3截头圆锥漏斗形式 进料端物料经铸铁加料溜子加入球磨机,溜子支撑在支座上,物料从溜子进入锥形漏斗,漏斗嵌入轴颈内腔.漏斗有较大的中心角,以保证加料充足,进料漏斗的物料能迅速沿轴线向筒体内移动,钢环起磨头衬板的作用,以保护磨头不受物料和研磨体的冲刷磨损.肋板起加强磨头钢度的作用,同时也是环的支架,钢环以螺栓与磨头联结.采用这种结构形式时截头圆锥的倾斜角大于物料的休止角. 图1-10 进料部分 图1-11 螺旋进料装置本次使用螺旋叶片进料方式1.7 出料装置 出料装置跟进料装置有很大得相似之处，出料装置需要一个外罩，其形式大致有三种，中心传动中心卸料，中心传动尾部卸料，边缘传动中心卸料。本次设计使用中心传动尾部卸料方式，在出料端的辅助设备中如果用螺旋运输机，在该设备里会有叫螺旋叶片的零件 图1-12出料装置第2章 主要参数的计算2.1 四筒磨机的研磨体装载量计算 研磨体装载量的计算，它取决于填充率的大小选择研磨体填充系数为=0.3， H=0.00785Di2L （2-3）式中 G磨内研磨体装载量，t Di-磨机有效直径，m L磨机有效长度，m 磨内研磨体填充率， 研磨体容积密度，t/m3,(钢球的容积密度一般为4.564.85t/m3)第一部分筒体内研磨体的装载量，由公式 H1=0.00785Di2L =0.007850.8760.87610.34.56 =8.2410-3 t第二部分四个小筒内研磨体的装载量； H2=0.00785Di2L =0.007850.2760.27620.34.564 =6.510-3 t两部分研磨体装载量总和为G H=1.4710-2 t2.2 讨论以小筒为对象分析四筒磨机最适宜转速2.2.1 四筒磨机的最佳转速所谓理论最适宜转速通俗易懂的讲就是研磨体跟物料随筒体上升到一个相对于筒体底部形成的最大距离，那么这个距离是研磨体跟物料在回转的整个过程中的最大距离我们称之为最大降落高度，使得物料粉碎的效果最佳。如图所示 图2-1 研磨体的运动轨迹要使得研磨体在最大降落高度处的条件为 （2-7）其中 =0，=60，代入得四筒磨机的最佳转速 （rad/s）将R=0.45mm，代入公式得 将角速度转换为转速，有公式 即四筒磨机大筒的最佳转速为3.92rad/s时，小筒中研磨体跟物料获得最佳降落冲击能，从而达到最佳研磨的效果。 但是为了提高研磨效率磨机的转速必须比上面计算的转速低，这样才能达到研磨体跟物料运动形成倾泻的状态。2.2.2 四筒磨机的临界转速 研磨体跟物料随筒体回转，筒体转速越大研磨体和物料随筒体内壁上升的高度越高，当筒体的转速达到一定值时研磨体跟物料在某个高度受力平衡即它本身的重力等于周转运动时产生的离心力，此时的研磨体跟物料的位置称为极限位置。 （2-8）将R=0.45mm，代入公式得 则 2.3 讨论：以大筒为对象分析计算小筒的参数2.3.1 单筒的临界转速N0称为脱离角并且等于零，那么根据单筒临界转速的公式得： （2-9）式中 临界转速，r/min；磨机筒体有效直径, m。代入公式 我们所采用的这个公式是在一定的假设情况下分析得出的优化公式，那么事实上这样计算出来的转速比实际转速小，那是怎么个小法呢且听我慢慢道来，我们假设的前提条件是研磨体之间以及研磨体与筒体内壁之间是不存在相对滑动的，那么实际情况是不可能不存在相对滑动的，所以要达到某个高度筒体的转速必须在理论基础上增加，所以实际筒体转速比理论转速高。2.3.2 大筒的理论最适宜转速n同样也会有个脱离角的值等于5444，根据公式 cos，得 （2-10）代入公式 我们可以根据他们的比值计算出转速比 （2-11）2.3.3 实际工作转速磨机的实际工作转速就是再次去掉假设模型，根据实际试验以及经验和各种资料总结的一套经验值，我们同样得出一些经验公式，都是根据筒体的直径来做一定的变化，在此本次的磨机的筒体直径为=0.9m，那么他的相对应的经验公式为当1.8m （2-12）式中 筒体的实际工作转速，r/min；筒体的有效内径，m；筒体规格直径，m。代入公式 经过上述讨论发现，根据研究分析在填充率、磨机筒体尺寸、磨机结构等相同条件下分析的对象不同得出的四筒磨机最佳转速不同。为了达到最佳状态，采用以大筒为对象分析计算出得磨机转速，下面我们根据第二种讨论方案计算的磨机转速数据分别来计算磨机的功率及其产量。2.4 四筒磨机的功率计算2.4.1 讨论一：研磨体装载量相同下，四筒磨机与单筒磨机的功率比A 根据转速n计算四筒磨机的功率 磨机的功率主要根据磨机的有效容积磨机的有效内径磨机的最适宜转速和研磨体装载量以及磨机的填充率等数据来计算。其他的影响因素还有很多，但都是一些小得影响在这里就不做讨论，本次设计我们采用下面着个公式来计算磨机的功率。 （2-13）式中 W-磨机的功率；kw H-球磨机筒体内研磨体的总重量；N R-筒体有效半径 ；m n-磨机转速；r/min -球磨机的机械效率；（中心传动=0.92-0.94，边缘传动，=0.86-0.90）代入数据计算 由公式 =2.8710-3 kw 则，总功率为 8.3510-3 kw B 根据转速n来计算单筒磨机的功率由上述功率公式 在研磨体装载量相同的条件下四筒磨机与单筒磨机的功率之比为W即 从比值来看在同规格筒填充率等得条件下：四筒磨机比单筒磨机功率降低了22%左右，换言之四筒磨机比单筒磨机能量消耗降低了22%左右。2.4.2 讨论在相同规格下，四筒磨机与单筒磨机的功率比A 根据转速n计算四筒磨机的功率 =2.8710-3 kw则，总功率为 8.3510-3 kw B 根据转速n来计算同规格单筒磨机的功率 同规格下单筒磨机筒体内研磨体的装载量，由公式 H=0.00785Di2L =0.007850.8760.87630.34.56 =2.4710-2 t由上述功率公式 在相同规格及其他条件下四筒磨机与单筒磨机的功率之比为W即 从比值来看在同规格筒填充率等得条件下：四筒磨机比单筒磨机功率降低了49%，换言之四筒磨机比单筒磨机能量消耗降低了将近一半。2.4.3 磨机电动机功率计算=1.251.00.00835=1.0810-2 kW (2-14)式中 与磨机结构、传动效率有关的系数，见表2-1；电动机储备系数，在1.01.1间选取。表2-1 与磨机结构、传动效率有关的系数磨机形式干法磨中卸磨边缘传动1.31.4中心传动1.251.352.5 四筒球磨机的生产能力的计算球磨机的生产能力的计算方法有很多种，目前还没有统一的一套理论公式来计算其生产能力，就现在的一些公式都是根据跟磨机有关的相关性能及参数得到的经验公式，那么影响磨机生产能力的因素大体又研磨体的填充率物料的颗粒粒度钢球的级配等。我们选择的经验公式为： (2-15)式中 Q-球磨机的生产能力，t/h V-球磨机筒体的有效容积，m3 K-球磨机单位功率单位时间的产量，t/(kw.h)；（普通开流系统的干法水泥的K值一般取0.029-0.031） D-球磨机筒体的有效内径，m2.5.1 四筒球磨机的单位小时生产能力 第一部分大筒的计算代入数据计算得： 第二部分四个小筒的计算 代入数据计算得： 四筒磨机的单位小时的生产力为Q 2.5.2 单筒磨机的单位小时生产力的计算 通过上述两种研磨体装载量相等的情况下得出的单位小时生产能力，四筒磨机生产能力高于单筒。相反在相同规格下单筒磨机的生产能力 可以看出单筒磨机的单位小时生产能力大于四筒磨机。这是因为相同规格下单筒磨机的研磨体装载量大于四筒磨机的研磨体装载量。18第3章 四筒磨机的零件设计3.1 磨头 磨头是一个总称，它从作用上分为筒体端盖、中空轴两部分，从整体来看他是一个两个作用合成的一个整体，从端盖的作用来讲，他是链接和固定筒体的结构通过螺栓将筒体上的法兰跟磨头链接，另外起到密封的作用将物料通过进料装置将物料送进磨头汇流到筒体，从中空轴的作用来讲，本次设计支撑装置是主轴承支承，支承的位置在中空轴上，磨机在运转时中空轴上会产生应力集中现象，所以在结构制造上应当有去除应力的工艺，由于磨头部分是磨机寿命最短的部位，所以需要用简单、易换、好安装、另外某些部位需要精加工降低表面粗糙度，的结构，大多磨头的结构制造都采用浇铸式，浇铸式磨头有一些隐患就是工艺处理的过程中会在某些部位产生应力集中，如果没能及时消除这些应力，磨机在工作时间久了会产生不必要的安全隐患，还有的磨头结构采用焊接的方式将中空轴与端盖之间进行焊接，工艺简单，操作方便，比如端盖部分不需要加工精度直接浇铸，中空轴部分工艺比较多，也有精加工的部位，所以分开制造操作起来容易，本次设计就采用了焊接式的磨头结构。由于是小规格试验磨机所以不需要加强筋的结构， 图3-1 磨头3.1.1 中空轴的结构和相关尺寸 已知 D = 900mm ，则mm ,取 = 750 mm 。 磨头轴颈宽。由磨头支承装置部位的支承力和他的许用压力分析得出mm （3-1） 图3-2 中空轴的结构及相关尺寸的距离的设计保证了轴颈间隙，由于磨机在长时间的运作过程中会有一定的磨损，磨损之后就会使轴的同轴度变大，从而导致不同轴产生振动，此时为了避免这个问题的出现将轴颈处进行预留间隙，让轴可以细微活。取=345mm，mm，刚开始计算我们先假定中空轴内径=925mm= +34cm, 中空轴的轴肩直径,取= 1130 mm 。r =(0.050.10),r 轴根圆角半径,取 r = 100mm 。3.1.2 磨头的计算 如图所示支承装置处那个支座反力N,四筒球磨机的转速n=33.94r/min,传动需用功率,中空轴中心与筒体水平界面处的长度为mm.筒体材料跟端盖材料Q235，钢板厚度为1640mm，=0.28。磨头与筒体链接端处的最大尺寸D=985mm,端盖法兰直径d=1020mm,磨头与筒体链接端处板宽度L=40mm。3.1.4四筒球磨机中空轴的结构设计 磨头支承装置处的弯曲应力= （3-5）代入公式=24.6MPa 式中：K应力集中系数，可查表3-1。 表3-1 应力集中系数r/ d10.3 0.2 0.1 0.05 K 1.5 2.0 2.25 3.0 取K=2.25验算磨头支承装置处的弯曲强度 = /n （3-6）式中: 磨头支承装置处的许用弯曲应力，Pa; 磨头支承装置处中空轴材料的疲劳极限， Pa; n 安全系数，一般取5-8。取n=8。代入公式（3-6） ,故材料足够. 图3-4 压条衬板 3.3 隔仓板3.3.1隔仓板的作用及结构隔仓板就是在每一部分处有一个圆盘式的零件其结构如图所示，它的作用有这样几个面，第一，用来将物料从一部分运送到另一部分，期间会将一定大得颗粒阻挡住，即起到流通与筛选的作用。第二，筒体内部除了物料还有研磨体，研磨体有一定的规格，那么它只能在某一个特定的舱室内，不能随一定细度的物料溜走，所以隔仓板起到分离物料与研磨体。第三，磨机筒体内部的物料需要经过长久的慢慢研磨才能达到一定的细度要求，如果流动速度过快就不能达到要求，那么隔仓板的结构排列会对物料进行一定的阻挡从而控制了物料的流动速度。即隔仓板有控制物料流动速度的作用。 图3-5 单层隔仓板3.3.2隔仓板的类型第一种，单层隔仓板，单层隔仓板它有篦板中心孔板，制作时主要考虑到它从人孔进出的尺寸进出 ，这一点很重要，本次设计主要用到五个隔仓板，第一个是大筒体部分的隔仓板，其他四个是用在四个小筒上的隔仓板。第二种，双层隔仓板，双层隔仓板又分为过渡式双层隔仓板、提升式双层隔仓板、选粉式隔仓板、筛粉式隔仓板，与单层隔仓板的区别就在于双层隔仓板多了一部分提升物料装置，筒体在选装的过程当中，物料经过提升板将物料从底部提升到高处然后在倾斜的角度面上溜走，最后将物料送到下一个部分舱室，本次设计没有采用双层隔仓板，因为磨机规格以及结构的问题，将提升物料的部分单独设计，分为一个零件安装，这样方便拆卸运送物料更加高效。 本次设计使用了单层隔仓板，他的结构如图所示3.4 篦板篦板的形式有好多种形式，我们在实际使用的过程中发现扇形的形式使用起来比较方便，安装误差小。篦板的排版样子可谓是千差万别，按照缝隙的排列角度有同心圆式、多边形式、放射形状的、斜线形的、八字形的等等，本次设计采用同心圆式排列。 图3-6 篦板的局部形状图对于同心圆排列篦孔是平行的跟什么平行的就是跟研磨体的运动状态相一致。虽然隔仓板是有阻碍物料流通速度的作用但阻力大小也是对粉磨产量能力有一定的正相关的影响，对于同心圆篦孔他对物料的阻力小，而且量也多。对于篦板的主要要求就是不能让物料大量返回的情况，一般他的结构形状是沿着物料流动方向成喇叭形状，开口大的一面指向物料流动方向。 第4章 磨机校核4.1 筒体上所承受的总载荷Q磨机转动过程中在其上所承受的总载荷Q根据受力分析得到两部分力作用，第一部分力是筒体内部装有的研磨体跟物料在随着筒体回转时产生的力K,第二部分力是磨机筒体的总重力G。4.1.1 第一部分力是磨机筒体的总重力G （4-1）式中 筒体的总重力，N；第一部分筒体的重力，N；第二部分小筒体的重力，N；磨头的重力，N；磨尾的重力，N；磨机隔仓板的重力，N； 磨机衬板的重力，N；由公式 (4-2)代入公式(4-1) 4.1.2 第二部分力是筒体内部装有的研磨体跟物料随着筒体回转时产生的力K K=1.02H (4-3)式中 H研磨体的装载量,N.代入公式(4-3) K=1.021.4710-2=1.4910-2N粉磨物料的重力粉磨时研磨体和物料是混合在一起的,这部分物料重量约为研磨体重量的14%。即:=1.14G (4-4)式中 粉磨物料的重力,N.代入公式(4-4 =1.141.4710-2=6.3910-3 N综上计算筒体内部装有的研磨体跟物料在随着筒体回转时产生的力K跟筒体的总重力之和为 Q=GI+1.14K (4-5)代入公式(4-5) Q
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