φ900×900溢流型球磨机传动系统设计【说明书+CAD】
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黄河科技学院毕业设计(文献综述） 第 7 页 溢流型球磨机摘要：球磨机规格存在大型化发展趋势，本文介绍了球磨机的发展、制造现状，主要生产企业及其产品的技术参数、结构工艺特点等，阐述了球磨机的齿轮驱动系统、国内外溢流型球磨机的传动方式等，并且对无齿轮磨机驱动作了重点介绍。关键词：球磨机，齿轮驱动，传动方式引言：溢流型球磨机广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，特别是在选矿行业中应用最为普遍的粉磨机械。 溢流型球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。本机运转平稳，工作可靠。溢流型球磨机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型溢流型球磨机。物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。溢流型球磨机是在物料湿水状态下工作的磨机，与干式球磨机最大区别在于端盖为锥形，端盖上只有一个波峰衬板，采用优质的高锰钢作衬板，耐磨，噪音小，工作效率高。最大优点是可以高精度选取低品位磁性铁矿石，可以选取任一粒度，随时可以丢弃粗粒尾矿。该设备投资低，见效快。 近20多年来发展最快的碎磨工艺是半自磨球磨工艺，目前，有很多大中型选矿厂采用此种碎磨工艺 (粗碎除外)。球磨机是利用钢球作为磨矿介质进行磨矿的设备，其结构简单、性能稳定、破碎比大(3100)，既可湿磨又可干磨，可用于处理各种矿物原料，适应性强，易于实现自动化控制。所以，在选矿、建材、化工、冶金及材料等工业部门中，球磨机都是最普遍、最通用的粉磨设备，在矿物粉碎和超细粉碎加工中占有重要地位，倍受人们青睐。因为球磨机处理能力和产物粒度对后续作业的效率和整体生产流程的技术经济指标影响显著，所以，有关球磨机的研究在国内外一直受到广泛关注和高度重视。近年来，随着矿山规模的扩大，在开采大规模、低品位矿床时短工厂流程配置、提高处理能力以减少基本投资和生产成本，一直是众多矿厂追求的目标。1. 球磨机的发展我国于1965年研制的第一台球磨机，首创了三筒体串联结构，容积为30L，功率3kw。国内球磨机的制造和应用在1985年前后进人高潮，球磨机制造企业已达20多家，最大容积达到1500L，两筒体并联和三筒体串联两种结构并存。浙江温州矿山机械厂、洛阳矿山机械研究所、河南新乡、陕西西安等地的球磨机都占据了各自的市场份额。河南金昌矿山设备厂生产的球磨机广泛应用于硅咳盐、耐火材料、建树、药物、化工、无线电、粉末冶金、钨业、磁性材料、轻工等工业部门粉磨石英、石墨、蜡石、高岭土、涂料、玻璃料及其他矿物料和非金属材料等，是一种高效率细磨和超细磨设备。它不仅能用于粉磨物料，而且还能杏效地做混合机使用。特别是MZ200、MZ840球磨机对物料的超细粉磨与易氧化物料采用惰性气体保护尤能显示优点。单简式球磨机为间歇式球磨机，可用于湿法和干法粉磨。双简式扳动磨主要用于连续粉磨场合，可用于湿法和干法粉磨。筒体内壁可直接衬贴橡胶，也可以加衬金属或其他材质材扳。根据需要可采用合金钢质、瓷质或其他衬质的磨介。粉磨能力特性根据进、出料粒度的要求不同，粉磨工艺过程区分为细磨与超细磨段。所谓细磨是指进料粒度为12mm，以处理得到200-300目料体为目的的粉磨过程。超细粉磨是指进料粒度小于0.85mm，以处理得到小于28m酚体产物为目的的粉磨过程。河南省巩义市金昌矿山设备厂是国内领先的选矿设备制造、供应商，我们专业生产、经营高品质的选矿设备、破碎设备、回转窑设备以及烘干机设备。选矿设备主要产品包括：球磨机、节能球磨机、圆锥球磨机、溢流型球磨机、格子型球磨机、水泥球磨机、棒球磨机、破碎机、颚式破碎机，复合破碎机，反击式破碎机，新型破碎机，烘干机、新型烘干机、煤泥烘干机、粉煤灰烘干机、褐煤烘干机、脱硫石膏烘干机、蒙煤烘干机、洗矿机，螺旋洗矿机，分级机、浮选机、磁选机等。回转窑设备有，炭素回转窑，陶粒砂回转窑，褐铁矿回转窑，赤铁矿回转窑，高岭土回转窑，水泥回转窑，还原铁回转窑。这些产品被广泛应用于矿山、冶金、电力、公路、铁路、水利、建材等领域。2. 主要生产企业和技术参数目前，世界上生产大型球磨机的主要生产厂家有丹麦F.L.Smidth集团旗下的FFE Minerals公司(由其子公司FLS Minerals和原美国 Fuller公司重组形成的)、澳大利亚 Outokumpu公司和ANI公司、芬兰Metso Minerals公司(1988 年并购了原美国AC公司)、德国Krupp公司和日本的川崎重工等。磨机驱动系统的主要制造商有瑞士ABB公司，其在无齿轮磨机驱动(GMDGearless Mill Drive) 方面尤为擅长。下面简要介绍一些公司的产品及主要技术参数。 1998 年末，澳大利亚Outokumpu公司为本国的Cadia Hill铜金矿选矿厂制造的二台f 6.7111.13m、装机容量24500 kW/ 台的球磨机(钢球介质直径为65mm，采用双边齿轮啮合传动) 投入运行。它们与一台f 12.2 m6.71m、装机容量20000kW的当时世界上最大的半自磨机配套，处理能力为2065t/ h，碎磨矿物粒度可达0.1mm。FFE Minerals公司和瑞士ABB公司合作，为秘鲁的Antamina铜锌矿制造的三台f 7.3211.0m球磨机(GMDGearless Mill Drive，以下所提到的磨机驱动方式均采用GMD)于2001年6月投入运行，其装机容量11200 kW/台，筒体转速为11.8r/ min 。智利 Esc-dida 铜矿制造的3台f 7.6211.58m球磨机于2002年12月投运行，其装机容量 13430kW/ 台，筒体转速为11.5r/ min，该系统处理能力为4583t/ h。其为世界第四大铜矿智利的Collahuasi铜矿制造的两台f 7.9211.58 m、装机容量为15500 kW/ 台、筒体转速为11.42 r/ min 的球磨机，已在2004 年11月交工试运转，它们与一台f 12.27.31 m、装机容量21000kW的迄今世界上最大的半自磨机配套，处理能力达65000td。据报道，Metso Minerals公司将向西澳大利亚Boddington金矿公司(BGM) 提供破碎和研磨设备，该订单包括提供4台14500kW的球磨机，将于2007年第四季度交货。FFE Minerals 公司为世界最大的铂矿南非的Anglo Platinum 铂矿制造的两台f 7.9212.2 m、装机容量为17500kW/ 台的球磨机预计于2007年底交付使用，这是迄今世界上装机容量最大的球磨机。3. 结构工艺及关键技术 球磨机规格的不断增大，一方面对磨机结构 (中空轴、端盖、磨机筒体断面和这些部分之间的联接)及轴承和驱动系统 (包括动力源和传动系统) 中的部分组件结构形式提出了新的要求，以提高设备的机械强度和局部结构的应力特性。另一方面也增大了制造强度，同时，由于其基本投资很大，要求的利润率高和工厂多余设施少，这又对其使用寿命、精确性和可靠性等方面都提出了更高的要求。下面对大型球磨机部分组件的结构工艺特点及其关键技术作一简要介绍。3.1 磨机驱动系统3.1.1 齿轮传动 目前，大型磨机很多是通过斜齿轮啮合驱动的，即通过由螺栓固联在其筒体上的大齿圈与一个或两个(双边齿轮传动)小齿轮啮合，而小齿轮则由低速同步电机驱动，这样就将动力由电机传到筒体上，从而带动筒体旋转。系统采用油脂润滑系统保证润滑，大小齿轮均被密封在齿轮防护罩内，以防止外界粉尘颗粒对齿轮的磨损，采用双边齿轮传动是为了在采用同种电机的情况下能使系统的输出功率提高一倍，从而满足更大规格磨机的功率需求。以齿轮驱动的球磨机大齿圈的输入载荷非常大，其对磨机主体结构应力影响明显，因此，齿轮设计需要作为磨机主体分析的一部分来处理要详细地了解齿轮及其负荷对磨机主体结构的影响。同时，对齿轮也要单独进行分析。 随着球磨机规格的增大，其齿轮尺寸也在增加,为了保证在满载运转条件下小齿轮与大齿轮能正确啮合，有些公司开发了在线齿轮非接触监测系统，将三个或更多个红外线测温仪准确地安装在齿轮罩观察门上，监测齿面接触压力变化引起的齿温变化，提供早期位置偏差问题和润滑问题报警。3.1.2 无齿轮磨机驱动 (GMDGearless Mill Drive) 上世纪 60 年代，世界各地都掀起了一股建筑热潮，对水泥的需求量骤增，市场需要水泥制造商迅速提高生产能力，考虑到自身的经济利益，各水泥制造商对大功率的磨机系统需求尤为迫切，但凭当时的制造水平无法制造出适应更大功率磨机的驱动齿轮。在这种情况下，当时的瑞士ABB公司创造性地提出了无齿轮磨机驱动的概念，并于1969年为法国拉法基集团制造的世界上第一台GMD(装机容量6400kW/ 台)投入运转，直今仍在使用中。1985年，该公司制造的世界上一台矿用GMD在巴布亚新几内亚投入运行。 一方面，实践证明现在的技术水平制造出来的一对啮合齿轮，其所能传递的最大负荷为7500kW左右，即使磨机采用双边齿轮啮合传动，其功率极限也被限制在15000kW/ 台。另一方面，虽然采用 GMD前期的一次性投入很大，但长期的使用经验表明GMD的使用维护成本是非常低的，并且在运转过程中呈现出良好的可控性和可靠性；因为GMD属于非接触传动，其磨损量接近于0，使用寿命很长，所以其综合经济性明显优于齿轮啮合传动磨机。综合上述两方面原因，为了提高磨机生产效率，现在制造的装机容量超过10000kW/ 台的大型球磨机多采用GMD，并且其装机容量可以满足目前任何功率需求。下面简要介绍GMD的结构： GMD 是采用同步电机的原理，将转子铁心、线绕式转子绕组等压装在转子支撑法兰上，再用螺栓将转子支撑法兰固结在筒体法兰上。将整个转子单元嵌套在固定在磨机基座上的定子内，两者之间留有一定的空气隙，这样就构成了电机基本结构，磨机筒体即成为其转子单元的一部分。通过一频率转换器将通往电机的电流频率从50Hz转换为1Hz左右，磨机转速变化即通过调节电流频率来实现。空气隙大小的选择对电机性能及电机制造的工艺影响非常大，可以说是GMD中最重要的尺寸。设计时其值可以先根据下面的经验公式初步估算一下，之后再根据相关标准、要求作精确确定。 转子和定子的圆度和同心度对空气隙大小有很大的影响，而由于受加工精度、发热、载荷影响产生的空气隙偏差和偏心，会引起电机系统的磁力不平衡和动态不稳定。所以对 GMD 来说，设计时需要注意以下两点： (1) 分析整个系统的刚度。必须确保转子/ 磨机/轴承系统相对于定子/ 轴承座/ 基础系统有足够大的刚度，能有效防止由于电机空气隙偏差和偏心造成的动态不稳定； (2) 磨机本身结构必须能承受由装在磨机上的转子电极重量和空气隙偏差产生的径向负荷所引起的驱动系统高负荷。GMD结构中，螺栓与两段分别固装在转子支撑法兰和筒体法兰上的套筒间隙配合，可以通过其相互间的左右摆动和上下错动来校正电机的空气隙偏差和偏心。为了保证GMD的工作状态，提供早期的问题报警，有些公司开发了在线GMD非接触监测系统，其原理是在定子内侧装有多个电容式传感器，输入值经相应的转换后从电路的另一端输出，通过观察其输出值，可以监测空气隙的大小有无变化3.2 轴承系统 随着球磨机规格的增大，磨机负荷及轴颈直径随之增大，其共同产生的轴颈变形也增大，从而要求必须研制可承受极高负荷和大轴颈变形的经济有效而可靠的轴承系统。实践证明，液体静压轴承或静动压混合轴承可以满足此需求。这些轴承的液压系统必须是高可靠性的、易于维护的， 具有向轴承提供充足以便在发生电源故障时使磨机安全停车。为了保证加工和装配精度，提高轴承系统的可靠性，现在大型磨机多采用多轴瓦轴承支撑。随着磨机规格的增大，每端可分别采用2块、4块或6块轴瓦进行支撑。同时，为了校正球磨机轴承支承处的轴线偏转和热变形，保证轴瓦和轴颈间的完全液体润滑状态，对每块轴瓦又采用辊子座或球型座与液压千斤顶组合进行支撑。这样做也可以方便对轴瓦进行维护及更换。轴瓦支撑座上还可以装配负荷传感器，以测得磨机、介质及物料的重量。润滑油供油系统可采用等压力或等流量供给，业内多采用同轴多联泵进行等流供油。3.3 磨矿过程的模拟分析技术磨机规格的增大，使其造价十分昂贵，要求其设计方案具有足够的准确性和可靠性，以在制造过程中减少成本损失。磨矿过程的模拟研究是磨矿过程优化控制的基础，也是磨矿从实验研究走向理论研究的关键步骤。磨机结构分析的关键是要有一个明确的设计思想，这就需要将磨机设计负荷和设计标准与可能的磨机操作设计条件紧密结合起来。同时还要考虑实际上能够达到的分析精度和制造质量。 实践经验表明，有限单元法是20世纪中叶在电子计算机诞生之后，在计算数学、计算力学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。随着有限元分析软件的功能不断增强和完善，使得其能对球磨机应力和结构进行准确而可靠的分析，并且利用有限元分析软件丰富的前、后处理功能，特别是有限元后处理中的计算结果可视化，可直观观察变图，各种相关应力的彩色云图等。而且模型一旦建立，可比较方便地修改局部结构，使结构逐步达到最优，从而保证设计方案的准确性和可靠性。在对磨机进行有限元模拟分析过程中，需要注意区分工况及确定相应工况的载荷，并且必须以简化方法，对整个运动负荷的作用建立模型。同时，由于衬板之间和衬板与磨机间存在大量的不连续性，建模过程中需对其进行简化在施加重力载荷时，再将其按等效密度加到相应部位上。有限元法等数值方法适合于解决连续介质问题，而为了提高球磨机的性能，对球磨机中多相混合材料介质在复杂物理场作用下的动力学行为的研究成了必然。而自1990年Mishra和 Rajamani 创造性地将离散单元法用于此领域的研究后，其就在此应用领域中发挥了其它数值算法不可替代的作用。离散单元法的本思想是把不连续体分离为刚性元素的集合，使各个刚性元素满足运动方程，用时步迭代的方法求解各刚性元素的运动方程，继而求得不连续体的整体运动形态。其对计算和模拟材料具体的破坏形式和破坏的整个过程等方面具有十分科学的应用价值。最后，磨机试运转阶段，还必须对其进行详细的现场监测，以确保将现场测得的实际应力范围与分析模型预测值对比，从而证实负荷影响和衬板影响假设的合理性和准确性。4. 国内溢流型球磨机的传动方式国内球磨机的传动方式根据磨机规格不同有如下几种：（1）同步电动机传动。大型球磨机采用低速同步电动机直接带动球磨机的小齿轮，小齿轮再带动大齿圈使球磨机转动。优点是传动效率高、占地面积小、维修方便和改善电网的功率因数， 但同步电动机售价较高，而且需直流电源。（2）异步电机齿轮减速器传动。大、中型球磨机采用异步传动，齿轮减速器带动小齿轮、大齿圈而驱动球磨机。优点是异步电动机价格便宜，但多用了一大套大型减速器。（3）异步电机三角皮带传动。小型球磨机采用异步电动机通过三角皮带带动小齿轮，大齿圈而驱动球磨机。其缺点是传动效率低，占地面积大，维修复杂。5.国外溢流型球磨机的传动方式 国外生产的球磨机传动方式有下述三种 （1）电动机通过小齿轮和大齿圈传动。 （2）中心传动，即电动机通过减速器带动中空轴颈的延长部分。 （3）电动机的转子直接装在筒体或中空轴颈的延长部分上，定子固定于地基上，构成所谓“无齿轮传动”。此时，采用超低速同步电动机，其转速等于球磨机的转速，适用于传动功率7500kw以上。球磨机的给料是由给矿器完成的。给矿器固定于球磨机的中空轴颈上并随中空轴颈一起传动。常用的给矿器有鼓形、蜗形和联合给矿器三种。球磨机的筒体、端盖、中空轴颈等处都敷有衬板。筒体衬板除保护筒体外，还对磨矿介质的运动规律和磨矿效率有影响，当衬板较平滑时，对磨矿介质的提升作用较弱，冲击作用较小，而研磨作用较强。衬板还要求耐磨损。由于介质和矿浆的冲击、研磨和冲刷腐蚀造成了衬板的磨损，除了衬板的材质和形状外，磨损还与给矿粒度、矿石可磨性、钢球大小、筒体直径、球磨机的转速以及矿浆的腐蚀性等因素有关。衬板的材质有高锰钢、高铬（白口）铸铁、橡胶等。中锰球墨铸铁（含Mn7%-9%,Si3.4%-4%,C3.2%-3.6%）的寿命不低于高锰钢，但成本低得多。衬板厚度一般为50-130mm,与筒壳之间有10-14mm的间隙，用胶合板、石棉垫、塑料板或橡胶铺在其中，用来缓冲钢球对筒体的冲击。衬板用螺栓固定在筒体上，螺帽下面有橡胶环和金属垫圈，以防止矿浆漏出。衬板的形状多种多样。按其表面形状可分为平滑和不平滑两类。不平滑衬板可使磨矿介质提升到较高的高度再落下，并且对钢球和矿石较强的搅动，因而适用于粗磨。平滑衬板由于钢球与衬板之间的相对滑动较大，因而产生较多的研磨作用而适用于细磨。 当电动机通过小齿轮和大齿轮将筒体带动时，物料经给料器通过中空轴颈从左端给入筒体。筒体内装有一定质量的钢球作为磨矿介质。物料受到钢球的作用而磨碎，然后经排矿端的中空轴颈排出机外。由于磨碎产品经中空轴颈溢流排出，故这种球磨机称为溢流型球磨机，是一种广泛应用的球磨机。6. 球磨机的安装与维护 机器的维护保养是一
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