润磨机设计.pdf

1 1 引言引言 1 1 1 1 润磨机的发展现状润磨机的发展现状 1 1 1 国外润磨机的发展现状 筒式磨机是目前矿物加工领域应用范围最广 应用数量最多的一类粉磨设 备 问世于 19 世纪末 最早出现的是砾磨机 然后发展为球磨机和棒磨机 后 来对于加工特殊物料 国外率先于 70 年代末成功的研制开发出了润磨机 润磨 机是对球磨机进行的改进设计 该机采用了独特的进料和排料方式 较好的解决 了含水量较高的粉状物料在磨机筒体的运动问题 大大提高了生产力 随着物料加工的要求和对工作效率 工作环境的要求 国外在润磨机的传动 设备 支承结构 衬板材料 介质的尺寸和配比 自动控制等等方面做了许多有 益的改进 这些措施不仅大大提高了生产效率 而且显著改善了工作环境 降低 了噪声 减少了成本 在传动方面 由于润磨机经常需要带负荷启动 传动系统必须适合这一工作 状况 小 中型润磨机选用的额定功率有一定的余量 以满足负荷启动要求 中 大型润磨机为了减少电动机成本和便于维修 除采用液力联轴器或气力联轴器 外 还采用加一套微拖装置 用于润磨机需要低速旋转时 耳轴支承近年来在国外由于技术的发展 滚动轴承的承载能力的不断提高 外形尺寸的不断减少 渐渐出现了用滚动轴承取代滑动轴承的现象 滚动轴承的 摩擦系数远小于滑动轴承 可大幅度降低磨机安装功率 减少润滑油和冷却水用 量 节约电能和运转费用 20 世纪 80 年代 润磨机领域出现了磁性衬板 一般用于处理含铁磁性物质 的物料 目前 应用最多的绝大多数是金属磁性衬板 磁性衬板寿命可达普通高 锰钢衬板的 4 6 倍甚至更高 大幅度提高了磨机作业率 磁性衬板可吸附在筒 体和端盖上 不需要安装螺钉 消除了料浆泄露造成的问题 减轻了工人的劳动 强度 磁性衬板较高锰钢衬板薄 可增大磨机容积 提高处理能力 较锰钢衬板 轻 可以减轻负荷 降低磨机运转功率 节约电能 还可降低工作噪声 近年来 由于单片机技术和自动控制技术的广泛应用 润磨机的自动化程度 更高 不仅大幅度的提高了生产率 更减轻了工人的劳动强度 国外有些公司 已经基本实现自动化控制 1 1 2 国内润磨机的发展现状 国内润磨机的研制起步较晚 始于上世纪 90 年代末 但是近年来 通过吸 收国外先进技术 在消化吸收 自主创新的基础上 进行了大量的实验室模型试 验 采用了一系列的先进技术 目前 国内的润磨机发展水平与国外同类设备相 比 在系统参数 机械结构 辅机配置 自动控制等方面不仅做了大量的调整和 改进 而且强化了润磨机的混料和细颗粒粉磨功能 改善物料在磨机内的运动 提高了处理能力 由我国研究开发的润磨设备已广泛投入工业应用 取得良好工 艺效果 国内润磨机的价格仅为进口同类产品的三分之一 其各项性能指标及设备可 靠性不仅达到或超过了国外设备水平 而且还为国家节省了大量外汇 1 21 2 润磨机的工作原理润磨机的工作原理 润磨机 是润式混捏球磨机的简称 它以润态方式研磨和处理半干 半湿物 料 通过润磨后 提高物料粒级和堆比重 为下道造球工序提供物料 并造出强 度高 不易破碎的生球和干球 润磨机主要由进料部 主轴承部 筒体部 大小齿轮装置 减速器 主电动 机 慢速驱动装置 顶起装置及润滑 电控等部分组成 润磨机为单仓周边排料润式磨机 物料经给料机从给料端中空轴进入筒体内 部 主电机经联轴器 减速器 大小齿轮装置驱动装有研磨介质 钢球 的筒体 旋转 研磨介质在衬板的摩擦力和离心力的共同作用下 被提升到一定高度后瀑 落下来 给物料以冲击 使大颗粒的物料得到破碎 另外物料与研磨介质 钢球 衬板之间的研磨作用 形成大量针片状细小颗粒 最后经筒体圆周边缘排料口排 除磨机 完成润磨作用 润磨机的工作原理简图如图 1 1 图 1 1 1 电动机 2 4 联轴器 3 减速器 5 小齿轮 6 小齿轮座 7 大齿轮 8 筒 体 9 轴承 10 人孔 1 31 3 润磨机设计参数及设计要求润磨机设计参数及设计要求 1 传动形式 边缘传动 2 排料形式 周边排料 3 工作方式 连续工作 4 支承方式 耳轴支承 5 有效内径 有效长度 0D 0L 1200 4500 mm 6 最大处理能力 max Q 5 t h 7 最大单位容积处理能力 max q 1 3 t h m 8 磨机总重估重 20 吨 9 电机功率 18 5KW 2 2 润磨机的整机方案的分析和选择润磨机的整机方案的分析和选择 润磨机是润式混捏球磨机的简称 属于筒式磨机 筒式磨机是目前矿物加工 领域应用范围最广 应用数量最多的一类粉磨设备 问世于 19 世纪末 最早出 现的是砾磨机 后来发展为球磨机和棒磨机 而润磨机是为了适应特殊的物料而 对球磨机进行的一种改进磨机 筒式磨机经过一百多年的发展和演变 形成了许 多类型和不同的方案 目前 生产中应用最多的润磨机大致有以下三种方案 2 1 2 1 方案一的分析方案一的分析 方案一的结构简图如下图 2 1 图 2 1 该方案是筒式磨机最基本的形式 小 中型磨机常用此种传动和支承方式 耳轴支承多为滑动轴承 少数为滚动轴承 该方案的优点 这种传动和支承方式较为成熟 结构和配置都比较简单 成 本也较低 该方案的缺点 工作效率不高 2 2 2 2 方案二的分析方案二的分析 方案二的结构简图如下图二 图 2 2 该方案常用于球磨机和管磨机 支承方式用托辊取代了耳轴支承 主要适用 于小 中型磨机 该方案的优点 较之方案一成本有所降低 该方案的缺点 结构较方案一复杂 2 3 2 3 方案三的分析方案三的分析 方案三的结构简图如下图 2 3 图 2 3 该方案的特别适用于分批工作式磨机 属于第一种方案的变形 该方案的优点 此种方案是对第一种方案的变形 由于传动形式发生变化 筒体的受力比第一种方案好些 该方案的缺点 由于结构不太紧凑 目前生产中应用很少 2 4 2 4 最终方案的确定最终方案的确定 通过对以上三种方案的分析和比较 结合该润磨机的要处理的物料性质 生 产能力 工作方式 成本要求及加工难易程度等方面的原因 认为第三种方案为 最优方案 3 3 润磨机主要参数的确定润磨机主要参数的确定 3 3 1 1 润磨机转速的设计计算 润磨机转速的设计计算 3 1 1 润磨机的临界转速 cn 的计算 nc min 5 38 2 1 4 424 4230 r DoRo 3 1 式中 nc 润磨机的临界转速 r min 0D 筒体的有效直径 m 润磨机的转速比 q 根据生产经验一般取 0 3 0 35 润磨机的转速比 q c n n 3 2 式中 n 润磨机的实际工作转速 r min nc 润磨机的临界转速 r min 3 1 2 润磨机的实际工作转速n的计算 由公式 3 2 可知 n 0 3 0 35 27 37 11 56 13 475 r min 取n 13 r min 3 3 2 2 润磨机的生产能力的计算润磨机的生产能力的计算 3 2 1 润磨机实际生产所需的容积 计算润磨机达到每小时 5 吨的生产任务所需的容积公式为 1V Q q 3 3 式中 1V 润磨机所需的筒体体积 3 m Q 润磨机的生产能力 kg h hkghtQ 5000 5 max q 润磨机的单位容积生产能力 3 kg h m 本机的单位容积生 产能力为 max q 1 3 t h m 所以 1V 5 1 5 3 m 本机设计的 1 2m 2 4m 润磨机筒体的实际有效容积 V 3 14 0 6 0 6 2 4 5 1 3 m 3 2 2 润磨机的粉磨介质装入量的计算 润磨机的粉磨介质是润磨机中的工作元件 又是主要的磨损消耗材料 对润 磨机的工作效率 产品质量和操作成本都有重要影响 历来是润磨机设计中研究 和改进的重要对象 目前 国内外润磨机的粉磨介质普遍采用球形介质 球形介 质 钢球 有很多优点 比如 球形的运动特性好 能使润磨过程稳定 介质填 充率对生产能产生重要影响 理论上有三种方法确定 1 按最外层介质具有最大抛落高度确定 2 按缩聚层具有最大抛落高度确定 3 按全部介质产生最大功率确定 结合生产实践可得出粉磨介质 钢球的装入量的计算公式 1G 1V 1 1 3 4 式中 1G 装入筒体的钢球重量 t 1V 筒体的有效容积 3 m 1 钢球的比重 由资料可查 为 4 7t 3 m 1 润磨机的钢球填充率 结合理论和实践本机器可采用 15 的 介质填充率 所以可得 1G t 6 3 157 41 5 3 2 3 润磨机物料的装入量的计算 物料的装入量的计算公式为 2G 1V 2 2 3 5 式中 2G 物料的装入量 t 1V 筒体的有效容积 3 m 2 物料容重 根据物料的性质选用 本润磨机的物料容重是 1 t 3 m 2 物料充填率 根据生产实践最大充填率一般为 25 本 润磨机采用 15 的物料充填率 所以 2G 5 1 15 0 75 t 3 3 3 3 润磨机所需功率的计算润磨机所需功率的计算 通常计算润磨机所需功率的方法有两种 一 根据润磨机以实际工作转速时所需的能量消耗主要用于运动研磨体和克 服传动与支撑装置的摩擦 经验公式为 0N 1 0 222 n 0D 1V 0 8 1 1 G V 3 6 式中 0N 润磨机所需理论功率 kw 机械传动效率 当润磨机采用边缘传动时 取 0 86 0 96 采用中心传动时 取 0 92 0 94 本润磨机的设计采用边缘传动 故取机械传 动效率为 0 9 n 筒体的实际工作转速 min r 0D 筒体的有效直径 m 1V 筒体的有效容积 3 m 1G 钢球的重量 t 此处省去此处省去 NNNNNNNNNN 需要更多更完整的图纸和说明书请联系需要更多更完整的图纸和说明书请联系 秋秋 30537030613053703061 二 聚集层法 所谓聚集层就是假想润磨机筒体中所有的研磨体都集中在某一中间层运动 研磨体在这一中间层运动的各种性质可代表全部研磨体在筒体内的运动情况 该 中间层称为聚集层 按此种方法推到出来的润磨机主要传动功率的计算公式为 001 0 041 g n NGR 3 7 式中 0N 理论所需功率 kw 1G 钢球的重量 t 0R 筒体的有效半径 m n 筒体的实际工作转速 min r g 重力加速度 9 8 2 m s 机械传动效率 润磨机实践所需工作功率 本润磨机的设计功率计算采用公式 3 7 所以 0N 0 041 3 6 0 6 13 9 8 0 9 12 54 kw 根据生产实践 必须留一定的功率余量 生产中一般留 5 15 的功率余量 本 润磨机留 10 的功率储备 则润磨机的实际功率为 N 0 101 N 3 8 式中 N 润磨机实践所需工作功率 kw 0N 理论所需功率 kw 所以 N 1 10 12 54 13 794 kw 3 43 4 润磨机排料口参数的选择润磨机排料口参数的选择 3 4 1 排料口尺寸的确定原则 根据生产经验和钢球最小直径的大小 取排料口宽度 B 40mm 考虑到不致过 多削弱筒体刚度 取排料口长度 L 200mm 3 4 2 排料口数量及组数的确定 3 4 2 1 筒体的有效表面积 筒体的有效表面积的计算公式为 FD L 3 9 式中 F 筒体的有效表面积 2 m D 筒体的直径 m L 筒体的长度 m 则 2 956 165 42 114 3mF 3 4 2 2 排料口的表面积 排料口的表面积的计算公式为 fkF 3 10 式中 f 排料口的表面积 2 m F 筒体的有效表面积 2 m k 开口率 系指排料口表面积与筒体表面积之比 一般国内外 润磨机的开口率为 1 2 6 本润磨机选定开口率为 1 42 则 f 1 42 16 956 0 24 2 m 3 4 2 3 单个排料口的表面积 单个排料口的表面积的计算公式为 1 BLf 3 11 式中 1 f 单个排料口的表面积 2 m B 排料口的宽度 mm L 排料口的长度 mm 则 1 f 0 04 0 2 0 008 2 m 3 4 2 4 所需排料口的个数 所需排料口的个数n 1 f n f 3 12 式中 n 排料口的个数 f 排料口的表面积 2 m 1 f 单个排料口的表面积 2 m 则 n 0 24 0 008 30 个 3 4 2 5 排料口的组数 取每三个为一组 则 3 n m 3 13 式中 m 排料口的组数 n 排料口的个数 则 m 30 3 10 组 3 4 2 6 排料口的间距 10 组排料口沿圆周等分布置 每间隔 36 度一组 每组三个排料口均匀布置 其间距为 125 6mm 4 4 润磨机筒体部件的设计润磨机筒体部件的设计 4 1 4 1 筒体部件筒体部件 筒体部件由筒体 给料部分的选择和两端端盖等部分组成 筒体内部空间是完成粉磨过程的场所 筒体上设有人孔 以便安装维修衬板 和装卸介质 筒体形状为圆筒形 这种形状比较简单 容易制造 4 1 1 筒体的设计和加工方法 筒体的结构设计如下图 4 1 图 4 1 磨机筒体采用两端法兰加圆筒的结构形式 法兰焊接在筒体上 筒体材料采用 Q235 A 钢板 厚度为 16 毫米 筒体的加工工艺是 采用圆筒体高效一次卷制成型方法 最后焊接加工成圆 筒状 焊后筒体进行整体热处理退火 消除钢板的卷板应力和焊接应力 此种加 工能有效地提高筒体疲劳强度 防止筒体疲劳开裂 保证筒体的使用年限 4 1 2 给料机的选择 给料机采用螺旋给料机 具体结构性状可参考资料 4 1 3 端盖的设计和加工方法 两端端盖的结构如图 4 2 图 4 3 图4 2 图 4 3 端盖的加工方法为整体铸造 材料为 ZG230 4 2 4 2 筒体衬板的设计筒体衬板的设计 4 2 1 衬板的作用和选用原则 1 衬板固定在筒体和端盖的内侧 作用是保护筒体和端盖 使之免受粉磨介 质和物料的磨损 也具有改善介质运动的作用 2 衬板的选用原则 适合粉磨过程要求 使介质运动具有良好的运动状态 具有较好的耐磨性能和较长的使用寿命 使用成本较低 安装 维护和拆卸方便 对设备运转和工艺过程更加有利 起码没有不利影响 4 2 2 衬板材料的选择 材料是影响衬板耐磨性和寿命的重要因素 主要有金属 非金属 磁性衬板和 复合衬板四类 比较成熟的金属衬板和非金属衬板 复合衬板有一定的发展趋势 金属衬板材料有高碳高锰耐磨钢 抗磨白口铸铁和空冷贝氏体钢等 金属衬板 有高的硬度和耐磨性 但是抗冲击性能较差 且成本较高 造成整机重量很大 本润磨机采用橡胶衬板 橡胶是一种高分子材料 是最常用的非金属衬板材料 具有耐磨 耐腐蚀 质量轻 隔音等特点 因而具有寿命长 适用于酸碱性条件 工作 节能 降低噪声 容易安装 不产生金属污染等优点 筒体采用橡胶衬板 既降低了工作噪声 又使电耗大幅度下降 橡胶衬板亲 水性较差 具有良好的弹性 当钢球冲击衬板时 由于弹力的反作用 开始已粘 附在衬板上的物料被弹起而脱落 故使用橡胶衬板不易粘料 4 2 3 衬板的组成及其结构的设计 4 2 3 1 4 2 3 1 橡胶衬板的组成橡胶衬板的组成 橡胶衬板是由衬板 压条及螺栓固定等组成 4 2 3 2 4 2 3 2 衬板的结构设计衬板的结构设计 筒体采用平衬板 结构如图 4 4 所示 图 4 4 衬板的设计主要考虑选用合适的厚度 宽度和长度 衬板厚度 对于 80 90 的钢球来说 一般为