0399-管磨机的总体和结构设计【CAD图+说明书】
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管磨机
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管磨机动态特性及系统的测试分析
摘要：磨机是发电、选矿、化工和建材等重工业领域中最广泛采用的粉磨机械，其主要机件有传动装置、支承装置、回转筒体。 本文建立了边缘传动式磨机系统的“小齿轮——传动轴——减速机大齿轮”横向振动的模型，分析计算了系统横向振动的动态特性，对系统的载荷进行了测试分析，同时，还建立了磨机系统的扭转振动模型，利用递推计算法对系统进行了扭转振动动态特性分析，验证了递推计算法的通用性。最后，对Φ2.6×13m的磨机系统进行了动态特性的实例分析。 研究边缘传动磨机系统的动态特性，对避免由于激励频率接近或等于系统的固有频率而导致共振及设备的失效，预测系统在可能激励下的响应特性，优化系统结构等等都具有很重要的意义。 用传递矩阵法及通用计算程序可以简便地分析边缘传动磨机系统横向振动的固有特性，以及计算不同激励情况下系统的响应，为研究边缘传动磨机系统横向振动的动态特性提供了一个方便有效的方法。 边缘传动磨机系统是一个模态偶合较紧的系统，因此，在磨机系统的设计、运行中，应注意使激励频率避开系统的固有频率，以免发生设备的早期失效。 边缘传动式磨机系统的传动轴的设计是合理的。 系统阻尼对系统的动态特性影响很大，是系统的一个重要性能参数。 边缘传动磨机系统，可以通过实测低速轴的扭矩来确定系统中减速机的负载状况。
关键词：振动 载荷 响应特性 扭矩
- 内容简介：
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F F A, 3, of of 4 to a of is to at a 1 of of a of of it we of 1, 2. we of we to of or 3. If we a at by of at or of of as by of in we or of in of 4, 5. If we up of on if we a a at we a 6, 7. 2 of of to (). i) In : RM to on is by in to in of of of of at at by KM KD in at in of in a in by of a in if if no in is in . +100% 0 % (in of : P/100*P /100 (5) as 20% in in a “of ). is as of or is to A is 0 ). in . of = 1 or of is to be we = = If on is by on to of of a in be - or in m/s; G - of or (m/s)/% ( - %; - or at of m/s. If on is by on to 0, 0. : 3 : up of of of of of of of of of of of i) at i” of i) at i” of of of of of of of of of of of of of of 7 制速度和斯特雷奇 作者： 多利安马克雷亚 科斯廷切皮斯卡 学 出版日期： 2007 年 4 月 1 日 出版信息： 州大学戴维斯分校 摘要 ： 本文显示驱动解决方案，速度的计算和引用所有自动速度控制范围为 24个装配站属于张力减为无缝钢管厂。 之间的速度控制和相关的 拉伸，轧管控制也显示。 实验结果是真实的数据 联想到最近的项目已在执行 中国的 无缝钢管厂 。 1 简介 作者 在 展位分配和使用差动齿轮箱的共同驱动概念 代表了该工厂的表现灵活性的限制 ，但我们可以合理地使用它减少驱动器的成本 1， 2。 因此，当我们正在设计的这种轧机 型，我们要仔细研究的必要性和个人选择的驱动器实用每个站或共同驱动器 3。如果我们使用的是常见的减速驱动使用的主要驱动旋转和重叠速度比率正在发生变化，同时在由旋转速度控制所有摊位都（或一两）马达和维持的比例为代表，作为滚动旋转速度成立由齿轮设计。因此，在此驱动器系统，我们可以改变只速度平均或平均伸展，但不是在变形值的分布个人的立场4 5序列。如果我们可以放弃对管道的变形和个人速度控制的优点如果我们除了一大之间的轧辊 和材料（ 1 现状在容易滑倒滚动计划），我们可以接受一个共同的分布和差分驱动齿轮 6 ， 7. 2 机电驱动解决方案 8 速度控制 4 电机驱动器由两个驱动集团是由一个机械分离 另外，因此，即使允许序列有效的作物接近年底控制（ 。 为此，该条目轧机机架齿轮组功能异常的比例高 获得特别大的伸长率（图 1）。为立场位置（我的辊速度）的 计算公式为，在进入边驱动器组： 图 1：原理与普通车道与分布的固体火箭发动机和齿轮差动 关于对运行在驱动器出组方： 速度曲线的基础的特点是在入门组高齿轮传动比，使 差动齿 轮也积极在这一领域的行动，即对两个基本相同的方向旋转 和差分驱动器。 在轧制过程中的稳态阶段，在这个系统运行的基本驱动器而相同的速度差驱动装置操作完全同步的速度。该速度是有关下列条件： 9 据此 常数。自动同步电动机的基本 自动化系统。 图 2：串联驱动器的速度差异图 特雷奇控制 在伸长率变化的电机速度的计算值与转速 结果从计算速度的变化。 这种方法可确保运营商 可以用一个影响速度的变化意味着在伸长率的变化，如果有必要，如果电机转速 在达到极限速度，没有改变。 一个输入值用于改变伸长率。 输入范 围 ： . +100% 标准： 0 %（在滚动计划） 计算方法：输入的值 P 转换： 与 P 波内部限制值，例如 20的实际项目。 下面的计算结果在 “ 旋转式 ” 的速度与支点图 2）。 一个站的位置被定义为支点： 同侧 。 这样做的效果是进入速度，从而使更多的物质吞吐量保持或 颇为稳定。 每个变速箱被分配到一个电机。这是一个特征值共同确定 与滚动计划，确定 10 了齿轮阶段（ 0 或 1）。 相应的齿轮比率 表 1 所示。 新发动机的进一步计算速度： = 1 或齿轮的切换步骤比选择 。 同样是适用的 计算原因 我们定义的变量 X = . 1 如果只对进口方的立场是占领辊组的立场和驱动器上运行 一边是不出来用于驱动指导站等适用以下规则： 最后计算的新的发动机转速： 经过每一个电机的速度计算，限值检查和更正。 在进口和出口速度的变化可以计算的基本公式： 为 了 ： 11 进口或出口后伸长 米 /秒 变化的速度 ; 口 或出口速度 （ m / s 的梯度关系） / （在滚动计划） ; 整输入值 P ; 口或出口速度的马达默认设置 米 /秒 。 如果只对进口方的立场是占领辊组的立场和在跳动的驱动器 一边是不被用来驱动指导站，以下适用于： 0， 0。 图 3：速度图范围 3实验结果 表 2 马达 速度： 图 4：实验速度图 12 程序变量 机常数。值都在制定滚动计划。 速度在进气侧驱动电机组基本 的变量 速度在进气侧差动驱动器驱 动电机组 的变量 速度对出口方的基本驱动电机组 的变量 速度的出口端驱动器驱动电机组差 的变量 林分的支点位置号码 站在初始位置号码传递的 位置 展台的位置号码的最后 位置 齿轮电机 1 的比例基本 的变量 齿轮电机 2 比基本 的变量 齿轮比率差动驱动电机 1 的变量 齿轮比率差动驱动电机 2 的变量 速度在进气侧驱动电机组基本 的变量 速度 在进气侧差动驱动器驱动电机组 的变量 速度对出口方的基本驱动电机组 的变量 速度的出口端驱动器驱动电机组差 的变量 管磨机动态特性及系统的测试分析 摘要 ： 磨机是发电、选矿、化工和建材等重工业领域中最广泛采用的粉磨机械，其主要机件有传动装置、支承装置、回转筒体。 本文建立了边缘传动式磨机系统的“小齿轮 传动轴 减速机大齿轮”横向振动的模型，分析计算了系统横向振动的动态特性，对系统的载荷进行了测试分析，同时，还建立了磨机系统的扭转振动模型，利用递推计算法对系统进行了扭转振动动态特性分析，验证了递推计算法的通用性。最后，对 13m 的磨机系统进行了动态特性的实例分析。 研究边缘传动磨机系统的动态特性，对避免由于激励频 率接近或等于系统的固有频率而导致共振及设备的失效，预测系统在可能激励下的响应特性，优化系统结构等等都具有很重要的意义。 用传递矩阵法及通用计算程序可以简便地分析边缘传动磨机系统横向振动的固有特性，以及计算不同激励情况下系统的响应，为研究边缘传动磨机系统横向振动的动态特性提供了一个方便有效的方法。 边缘传动磨机系统是一个模态偶合较紧的系统，因此，在磨机系统的设计、运行中，应注意使激励频率避开系统的固有频率，以免发生设备的早期失效。 边缘传动式磨机系统的传动轴的设计是合理的。 系统阻尼对系统的动态特性影响很大， 是系统的一个重要性能参数。 边缘传动磨机系统，可以通过实测低速轴的扭矩来确定系统中减速机的负载状况。 关键词 ： 振动 载荷 响应特性 扭矩 of is of of in to n in of is of is of in is is by is of is so of of is in of It is of to so is a of be by of In of 目 录 1 引言 . 错误 !未定义书签。 2 磨机的总体设计 . 3 路循环系统与开流粉磨系统 . 3 机的通风方式和水冷却 . 错误 !未定义书签。 内温升原因及危害 . 错误 !未定义书签。 磨机通风方式 . 4 机的水冷却 . 错误 !未定义书签。 机各仓长度的确定 . 6 磨体的装载量 . 错误 !未定义书签。 内研磨体运动状态分析 . 错误 !未定义书签。 磨体运动状态的三种基本情况 . 错误 !未定义书签。 磨机中研磨体的运动分析 . 错误 !未定义书签。 体运动脱离点的轨迹 . 错误 !未定义书签。 内层研磨体的半径 . 错误 !未定义书签。 磨体动态作用力： . 错误 !未定义书签。 3 球磨机主要参数的确定 1 . 14 机工作转数的确定 . 14 机功率的计算 . 15 机生产率的确定 . 错误 !未定义书签。 响磨机生产率的因素 . 16 机生产率的计算 . 16 4 磨机主要机件的设计和计算 1 . 17 机筒体部分 . 17 体和筒体端盖的结构设计 . 17 体设计结构中的注意事项 . 17 体端盖设计中的注意事项 . 错误 !未定义书签。 空轴的结构设计 . 错误 !未定义书签。 空轴的材料选择 . 错误 !未定义书签。 空轴的结构设计 . 错误 !未定义书签。 板 . 错误 !未定义书签。 板的作用 . 错误 !未定义书签。 板材料的选择 . 错误 !未定义书签。 板的表面形状及结构的设计 . 错误 !未定义书签。 仓板 . 错误 !未定义书签。 仓板的作用： . 错误 !未定义书签。 仓板的结构设计 . 错误 !未定义书签。 5 提高磨机产量的途径 . 错误 !未定义书签。 用助磨剂 . 28 内喷水 . 28 尾喷浆 . 28 别粉磨 . 29 制并缩小入磨物料的粒度 . 29 理选择磨机衬板 . 29 路粉磨改为闭路粉磨 . 29 结 论 . 30 参考文献 . 31 致 谢 . 32 1 管磨机的总体和结构设计 1 引言 我国是水泥大国 ,而水泥粉磨技术又直接影响到水泥工业的振兴和发展。显而易见，提高水泥厂粉磨工艺水平对企业综合效益的影响是十分显著的。降低能源消耗、减轻工人劳动强度以及延长球磨机的工作运转时间等问题是目前和今后研究和从事水泥生产工作者的首要任务。 显然，全面增强节能意识、优质意识和环保意识已成为广大水泥企业的当务之急。随着体制的改革，企业内部的经济搞活，各部门对水泥的需求量在逐渐增多。由于建材行业起步较晚、历史较晚，无论是水泥的质量，还是水泥的产量，都一时难以满足广大社会的需要。 为此，就影响提高水泥的产量、降低能源消耗、减轻工人劳动强度的因素很多，一般可分为工艺因素和机械因素两大类： 1 影响球磨机产质量的工艺因素 a 入磨物料粒度 b 入磨物料水分 c 入磨物料的特征与易磨性 d 粉磨工艺流程 e 对粉磨成品的比表面积要求 2 影响磨机产质量的机械因素 a 磨机筒体内的通风 b 磨内结构 c 研磨体级配和填充率 。 同时它存在着下列一些问题： a 当磨机结构一定时，转速不变的情况下，同层物料之脱离角不变，物料在磨内被搅动，效果差，粉磨效率受到影响 ; b 磨内增设隔仓板。它不仅减 少了粉磨空间，而且隔仓板附近粉磨效率很低，加剧了隔仓板的磨损 ; 2 c 由于研磨体运动单调性，粉磨效率较低，装载磨体量大，而且球径也大，这样功能大大地增加 ; d 一般开流磨机被广泛地应用而存在欠粉磨现象，不仅降低了粉磨效率，增加电耗，而且产品质量不稳定。 本次毕业设计是参照徐州力大集团的生产情况，得到张晓荣老师与其他同学的大力支持，在此一并致谢。 3 2 磨机的总体设计 2 1 闭路循环系统与开流粉磨系统 对于开流系统，其流程简单、投资省、操作简便，但物 料必须全部达到成品细度后才能出磨，因此要求产品细度较细时，已被磨细的物料将会产生过粉磨现象，并在磨内形成缓冲层，妨碍粗料进一步磨细。有时甚至出现细粉包球现象，从而降低粉磨效率，提高了电耗，采用闭路系统可以消除过粉磨现象，使磨机的产量提高、电耗降低，同时闭路系统的产品粒度均匀，尤其是生料粉颗粒均匀，对煅烧熟料有利。 在闭路系统粉磨时，由于要求出磨物料的细度较粗，一般采用球磨或中长磨与分级设备组成闭路系统，与二台球磨机组成闭路时，称为二级闭路系统。 粉磨系统的选择应考虑入磨物料的性能产品种类、产 品细度、产量、电耗、投资以及是否便于操作与维修等因素。对长径比 L/D=4据工厂经验，选用开流水泥磨，我们设计的水泥磨规格为 13,根据经验选用圈流水泥磨。 圈流系统流程图如图 2 图 2圈流系统流程图 磨机的通风方式和水冷却 内温升原因及危害 对于干法原料磨及水泥磨而言，由于磨机在运转过程中，冲击和研磨物料的同时， 4 大部分的电耗转换为热能，必然要引起磨机本身研磨体 及物料温度的升高，一般可使温度升高几十度。对于没有冷却措施的干法磨机内的物料出磨温度可达 ，其危害如下： a 对机械设备来说，由于磨机在运转过程中和停止运转时温差很大，可使磨机产生显著的热变形及热应力，引起机体的损伤，如：衬板的几何变形、衬板螺栓的折断、主轴承维护要求要易烧毁等。 b 物料的易磨性随温度的升高而降低，因为随着温度的升高 ,细小微粒的静电作用增强，使之易于凝聚和粘附，造成糊球现象严重，并使水泥质量降低（易造成水泥的速凝）。 为了降低磨温，提高粉磨效率减少电耗、提高产品 质量，通常采用加强磨内通风或磨内喷水冷却措施，均可提高磨机产量 5 15%。 磨机通风方式 A 磨机的通风方式有三种： a 自然通风 内风速（常指磨机最后一仓的风速，一般 求入磨物料含水 b 强力通风 现磨内的强力通风，以除去磨内的水蒸气，改善粉磨条件，降低磨内温度，提高效率，一般来说其风速 该方案可以人为的形成各仓间的料位高差 ，使之由进料端向出料端递减，以加快料流速度，且不易返料，可避免过粉磨现象，但由于各仓填充率较小，故段与段之间不易滚动，堆积紧密，以引起较大的偏心力矩，故粉磨效率受到一定的影响，而该方案对于圈流中长管磨机亦是经常采用的。 b 磨机进料端到出料端，各仓研磨体填充率递减的方案，即 1 2 3； 该方案具有限制磨内物料流速的缺点，且由于后仓料位高于前仓料面，必须带有扬料板的双仓层隔 仓板，对于难磨的物料，细度要求较高的产品或磨机长径比较小时 7 （ L/D=2 这类磨机上比较成熟的经验是：水泥磨二仓比一仓高 2生料磨二仓比一仓高 1%或两仓相等。这一方案也使用于强力通风的圈流磨机。 本设计磨 用第一种方案，即 1 2 3。 查管磨机毕业设计参考资料 ,取 1 = 2 =3= 2 磨内研磨体的装载量 G G= 4 （ 2 式中： T； m； 度， m； 研磨体容重，一般可取 G= ( 13 ) 3 磨内研磨体的级配与补充 （ 1）研磨体的级配 在磨机的同一仓中，为了减少研磨体之间的空隙率，增加对物料的粉磨机 会，限制物料的流速不致过快，常采用不同规格的研磨体按比例配合使用，几种规格的研磨体的配合比例，叫做研磨体的级配。 钢球级配与填充 率一样，直接影响到磨机产量，产品的质量和研磨体的磨损，钢球级配的合理选择，主要根据被粉磨物料的物理化学性能，磨机构造以及需求的产品细度等因素来确定。 物料在粉磨过程中，一方面受冲击作用，另一方面受研磨作用，在研磨体装载量不变的情况下，小钢球比大钢球的总面积大，与物料的接触机会多，故增加小钢球的数量有助于提高粉磨能力，但从另一方面需要将大块的物料击碎才能进行有效的粉磨，此所以就必须增大钢球的直径，提高破碎效率。 所以，钢球的分配从进料端向出料端球径逐渐递减，磨机的最大钢球直径 参考建材部水泥工业技 校发行的粉磨工艺与设备拉珠费夫经验公式 8 3 （ 2 式中： d 进料物料的最大粒径，根据要求 0以 8 3 28 310 = 8 圆整取 0各级钢球的比例：可按二头小中间大的原则配合。在满足物料粒度要求的前提下，平均球径应该小些，以增加接触面积，提高粉磨效率，前仓的最小球径等于后仓的最大球径。物料经过长期的研磨后，研磨体的级配组合如下图 2 图 2使用后的钢球级配组合 未使用过的研磨 体加入球磨机前的形状如下图 1 9 图 2新研磨体级配组合 根据研磨体在各仓内的大小组合情况，级配分配如下： 第一仓 0仓 : 钢球 70 60 50 级配 25% 40% 35% 二仓 : 钢球 50 40 30 级配 30% 40% 30% 三仓 : 钢球 30 20 10 级配 30% 40% 30% 磨机有效容积 V = （ 2 = ( 13/4 = 各仓有效容积 : 一仓 :3= 二仓 :v 2=3= 三仓 :3= 一仓钢球重量 : 1 =) （ 2 各级球重 : 70: 25%=) 10 60: 35%=) 50: 40%=) 一仓平均球径 : D= (2 (2 + （ 2 =(70 0 0 ( =58.5(二仓钢球重量 : G= v 2 2 =0(T) 各级球重 : 50: 20 30%=6(T) 40: 20 40%=8(T) 30: 20 30%=6(T) 二仓平均球径 : D= (2 (2 +(50 6+40 8+30 6)/20 =40(三仓钢球重量 : G= 2(T) 各级 球重 : 30: 32 30%=) 20: 32 40%=) 10: 32 30%=) 三仓平均球径 : D= (2 (2 +=(30 0 0 32 =20(（ 2）研磨体的补充 磨机中运行的研磨体被逐渐磨损，体积减小，形状变异，研磨体的装载量和级配都发生了变化。为了维持正确合理的级配和装载量，保持较高的粉磨效率，就得定期补充和更换研磨体，清仓和补球时间应视研磨体的机械性能（形状、硬度和韧性、物料的物理机械性能、易磨性、温度水分等）和磨机的运行状况而 定。例如，钢球比钢锻消耗快，比钢棒也消耗大些，磨水泥比磨生料消耗快，而磨生料的钢锻消耗却大于磨水泥的钢锻消耗。 11 按我国经验，对水泥磨来说：第一仓通常 5次补球量约为该仓球量的 1一般只补入大球），第二仓每隔 10充量约为 2%，每次补球的数量应结合具体情况而酌情确定。一般每粉磨一吨的物料，研磨体的消耗大致如表（ 2示： 表 2粉磨一吨物料研磨体的消耗量 同时由于研磨体长期使用磨损，所以必须对钢球进行处理，大体清仓时间可参照下列时间而定： 粉磨 矿渣水泥：一、二仓钢球每月清理一次 生料磨：二仓钢球每两个月清理一次 重新配球时，表面被磨光、尺寸变小的研磨体可选作相应规格磨体继续使用。 内研磨体运动状态分析 磨体运动状态的三种基本情况 a 泻落式运动状态 当筒体的转速过低，且研磨体太少时，研磨体顺筒体旋转一定的角度。当研磨体超过自然休止角时，则象雪崩一样泻落下来，这样不断地反复循环，研磨体被提升的高度不高，只有滚动和滑动，基本上没有冲击作用，因而粉磨效果不佳。 b 抛落式运动状态 当筒体的转速适宜时，由于离心力作用的影响，研磨体 贴附在筒体内壁上，与筒体作圆弧上升运动，并被带到适宜的高度，然后象抛射体一样降落，研磨体呈瀑布状态以最大冲击力将物料击碎，同时在筒体回转的过程中，研磨体的滚动和滑动也对物料起到研磨作用。 c 离心力运动状态 当筒体转速过高时，由于离心力作用的影响，研磨体贴附在筒体内壁上与筒体一起回转，而不降落则研磨体不发挥冲击和研磨作用，也就不能粉磨物料。 12 磨机中研磨体的运动分析 球磨机的粉磨作用主要是研磨体对于物料的冲击和研磨。为了确定磨机的主要工作参数，必须对研磨体的运动状态加以分析。 研磨体运动的实际状态 是很复杂的，为了使分析问题简化，作如下基本假设： a 磨机在正常操作时，研磨体在筒体内按其所在位置是一层一层地进行循环运动。在轴向各个不同的横断面上，研磨体的运动状况完全相似。 种是一层层地以磨机筒体横断面的几何中心为圆心，按同心圆弧轨迹随着筒体回转作向上运动，另一种是一层层地按抛物线轨迹降落下来。 忽略。 取紧贴筒体衬板内壁的最外层研磨体作为 研究对象，研磨体在随筒体作圆弧向上运动过程中，当达到某一位置时，其离心力 于或等于本身重力的径向分力，研磨体就开始离开圆弧轨迹，作抛射体运动，即按抛物线轨迹运动。由此可见，研磨体在脱离点开始脱离应具备的条件为： 900 （ 2 以上的公式为研磨体运动的基本方程式，研磨体的脱离角与筒体的转速和有效半径有关，而与研磨体的质量无关。 体运动脱离点的轨迹 当磨机在一定的转速下 进行操作时，研磨体的基本方程式代表任一层脱离点诸因素之间的关系，它有着普遍意义，把上式改写为： R=900 （ 2 此式即为脱离点轨迹的曲线方程，它是一段圆弧。 内层研磨体的半径 若要求各层研磨体恒在同一轨迹上做循环回转运动而又不产生互相干涉，就必须确定最内层研磨体的半径 则就会使上升和下落的研磨体在中途相碰而互相干 13 涉其运动规律，只要降落点处于极限位置，此处即为由降落曲线求 得的横坐标 据代数公式解得 =73 44 与此脱离角相当的最内层研磨体的半径为： R=900 / 252/ 因此在确定研磨体的装载量时，务必使最内层研磨体的半径比 252/大，否则研磨体在降落时会互相干扰、碰撞，损失其能量 ，降低粉磨效率。 磨体动态作用力： 磨机在正常运转时，研磨体所产生的动态作用力有以下三个方面： a 与筒体一起回转上升部分研磨体产生的离心力 Pc b 与筒体一起回转上升的那部分研磨体的重力 G c 作抛落运动那部分研磨体产生的冲击力 14 3 球磨机主要参数的确定 1 机工作转数的确定 1磨机的临界转速 外层钢球产生临界运转时的理论 临界转数公式 : 0D ( （ 3 式中： ( (m)； 故 2 球磨机的理论适 宜转数 n 最外层钢球具有最大降落高度时的理论最适宜转数公式 (即为列文松公式 )： n =0D = 20.2( （ 3 式中： =n/ ( 3球磨机的实际工作转速 磨机合理的工作转数，它与衬板形状、研磨体的装载量，被磨物料的物理性质磨机的生产工艺流程等均有着密切的关系，且直接影响到提高磨机产量，降低电耗和减少钢球和衬板的损耗磨机的工作转数有三种工作制度： （ 1）高转数的工作制度 超或大些）理论临界转速 磨机可以超过理论临界转数运行而不发生临界现象，即使最外层钢球接近或超过临界运行时，其各层钢球仍能正常运行，且由于转速的提高， 研磨体的周转率提高，故粉磨效率提高。 （ 2）低转速工作制度 使用于湿法生产溢流卸流的二级磨机 （ 3）中等转数的工作制度 15 对中等转数适用范围等二种不同意见： a 当球磨机工作转数为 机效率最高，也就是比生产效率高（每一马力吨 /小时 ） ，而工作转数为临界转速的 68%，绝对生产率提高，但电耗比前者大 2经济观点出发，推荐采用 产率随转数的增加功率并不快，为提高磨机生产率可以采用 确定磨机实际工作转数原则：当 D20D 设计为 机，所以 0D （ 3 = 取 。 机功率的计算 磨内研磨体呈瀑布状态，工作时的功率计算磨机需用功率可用下式计算： ) ( （ 3 式中： G 65 ( (5) (=327 (磨机电机功率可用下式计算 : N = k1 0=327=467.6( （ 3 故取 N = 470( 16 响磨机生产率的因素 a 粉磨物料的种类 它的物理性质（水分、温度、易磨性等）入磨前的粘度，欲磨细的程度； b 磨机的形式：长度、直径、仓数、各不见形状； c 研磨体的种类、装载量和级配； d 被粉磨物料的加料均匀程度、喂料量大小及助磨剂的应用等。 机生产率的计算 建筑材料机械设计介绍的常用的球磨机产量计算公式如下： = m/v)8.0 k （ 3 = 65 (5)t/h) 由上式可知 ,磨机产量在 42t/满足设计要求。 17 4 磨机主要机件的设计和计算 1 如前所述，磨机总体设计中，着重从工艺方面考虑，主要是如何提 高粉磨效率和降低电耗，而磨机机件的设计，则是保证上述条件下，如何提高机械制造和降低原材料的消耗，为此，磨机各机件的结构设计既要有足够的强度，又要加工工艺性好，重量轻坚固耐用。 机筒体部分 磨机筒体部分是磨机的主体，包括磨机筒体，筒体端盖，中空轴，磨内的衬板，隔仓板及扬料板等。 体和筒体端盖的结构设计 筒体和筒体端盖有整体结构两部分组成，端盖分焊接和铸造两种结构，焊接的端盖是将钢板直接焊在筒体上，再经车削加工出端面及安装中空轴出口，这样能够保证端盖与筒体的同心度及端盖的端面与筒体中心线的 垂直度。 筒体和端盖目前广泛采用钢板焊接结构，它在制造方面具有下列优点： a 机件的制造工艺程度简单，没有车间工种间的反复和交错 b 切削加工工序及切削加工面积少 c 避免了大型整体铸造产生的缺陷，材料消耗少 d 加工容易，无特殊设备要求 筒体是用钢板卷削焊接而成的薄壁件，两端焊有相同材料钢板制成的端盖，筒体是承受重载，交变动载荷是处于低速长期运行的机件，它是筒体的主要零件，故设计时要求它是不更换零件，以保证它在工作中安全可靠，长期使用，且在使用过程中，亦必须保证质量，对于磨机的寿命一般要求大于 25年。 钢 板材质的选择：制造筒体的材料有普通结构钢 炉钢板 20g、 20 号优质结构钢，和 16年来，广泛采用低合金高强度钢 16类钢易于施焊，韧性较好，而 16焊性综合机械性能如耐磨性、耐疲劳性，腐蚀性及切削加工均化比 好，故应优先采用，本设计 筒体设计结构中的注意事项 a 必须满足工艺提出的磨机规格要求的净空长度，为此，筒体的内径 D = p（ 4 18 般取p=体的长度： L = 1 + 2 +3（ 4 1 2 3分别为隔仓板、磨头衬板、出料端扬料装置等的厚度。 b 筒体钢板排列拼凑原则 排列筒体钢板时，应充分地选用标准规格的钢板，避免余料或接长现象，力求降低边角料的消耗，拼凑排列钢板时应尽可能的减少筒体焊缝数目，使筒体上的纵环焊缝最少，且应避免在筒体中出现环的焊缝。 根据经验，磨机钢板的厚度约为磨机直径的 本规格磨可取 =30m。 筒体的纵向焊缝最多不超过 4条，各每节的焊缝应交错 90 度以上，避免“十”字形接缝，每节间纵向焊缝应按衬板宽度的整数倍错开。 c 筒体上固定的衬板与隔仓板的螺钉孔应根据衬板尺寸等距开设、纵横成行，以便于统一衬板规格和便于调整隔仓板位置，衬板螺孔距筒体焊缝距筒体焊缝距离这是因为焊缝附近有较大的应力集中，同时也便于衬板螺钉的固定。 d 筒体上的人空应避免开设在筒体的中央，而且又应尽量开设仓室的中部这样对调整隔仓板的位置有较大的余量，同时也便于装卸研磨体和更换磨损零件，如衬板隔仓板等，人孔的开设应在保证人能进出筒体的前提下，越小越好， 尽量减少筒体强度的削弱，且人孔形状应使筒体产生最小的应力集中，使筒体断面模数削弱最小，还要尽可能减少衬板的种类。 为增强筒体人孔周围应设置整块的加强板，加强板面不得压缩筒体焊缝，加强板与筒体结合采用铆接较可靠，加强板厚度 S 取 S 30=33孔的开设有沿筒体母线方向单向开设和交错开设 ,单向开设时会由于人孔强板等重的离心、惯性力，增加筒体动载荷，但对装卸研磨体有利，错开开设时，刚好相反。本设计采用的格式如图 4 图 4人孔交错开 设 本设计采用矩形，人孔口尺寸为 309 510圆角半径为 孔开设宜用机械加工方法，而不宜用任何火焰气割，因为火焰气割会产生较大的热应力，若不得以 19 用气割则最好采用退火处理。 体端盖设计中的注意事项 a 平面端盖的钢板厚度根据计算决定，一般可按下式计算选取d=（ 30=45般根据实际经验，取d=50焊的端盖，其焊缝应避免与筒体焊缝重合，也要避免它与筒体焊缝 重合也要避免与螺栓孔重合。 b 从等强度观点出发，端盖应设计中部补强板其厚度在满足强度和结构需要的原则下，应与筒体钢板厚度相等。 c 端盖内侧应设置加强筋，其作用为：可用较薄的加强补强端盖，使端盖钢板厚度减小，保护用于固定中空轴的螺栓头，筋板的厚度可取为筒体钢板厚度，宽度可酌情取为端盖厚的两倍。 d 端盖与筒体的焊接形式 由于筒体在此部分的应力较小，计算结果证明切应力都在 100ks/以下，而弯曲应力就更小了，故在正常情况下，这些情况均能满足强度要求。 空轴的结构设计 中空轴是由铸钢制造带有法兰的空心圆柱体，装在筒体两端承受整个磨机的全部动载荷，故在工作中要求安全可靠，长期使用。 空轴的材料选择 中空轴承受弯扭，切交变载荷还有一定的摩擦损耗，且中空轴与法兰的过度圆角应力集中较大，故对材料要求具有一定的强度、塑性、硬度，且要求其对应力集中的敏感性不得太大。 本设计磨机的中空轴材料采用 空轴的结构设计 对一般圈流磨 d = （ 4 l= ()d （ 4 所以 d=1040据工厂长期经验，取 d=1040 20 l=( 1040=312中空轴的技术要求 a 为保证中空轴有良好的机械性能，故对铸件和焊件均需进行退火处理 ; b 粗加工之后切凿宽度不得超过缺陷表面所在宽度的 10%，切凿面积总和不得超过各该表面总面积 2%，但连同毛坯件的切凿面积在内，其总和不得超过各该表面总面积的 4%; c 法兰端口的止口圆必须与轴 颈同心，其不同心度对本磨机为小于等于 兰止口圆端对轴颈轴心线不垂直度 体端盖、中空轴、磨头法兰、联结螺栓及传动接管的设计计算 a 筒体长径比 L/D=13/，只能用计算应力 来初定。 b 三个粉磨仓之间都用双层隔仓板，隔仓板层数 Z=2+2=4层 磨体部分重量 3 3+L(1+5/D)/D+(2+Z)/D/4 （ 4 = 3+13(1+5/2+4)/4 87.5(t) c 总载荷 G G = 09(t) （ 4 d 计算筒体厚度 取计算应力 = ,筒体材料为 板厚度在 20 40强度极限b=402 421 = = （ 4 =(402 421) =103 (N/ 取其平均值： =103 N/ 筒体截面模数： /4 （ 4 = 2602 /4 =104 筒体最大弯矩： （ 4 = 1460 106 /8 = 108 ( 21 计算应力： = 4 = 108 /104 7639/ =103 = 7639/103 =故筒体厚度应在 28 30范围内选定。 D 筒体弯矩与当量弯矩 G (2 （ 4 = 106 (1460+2 50)/8 =108 ( x+a/2 =336+52/2=362(G( /( （ 4 =106 362-(362 /(1460 2 45)/2 =108 (955n （ 4 = 955 1000 103 / 107 (955 ( n = 955 1000 103 (362/1460)/ 107 ( M 0. 25+ M 2K m a a x（ 4 = )10 ( 5 . 4 60 . 2 5)10( 4 . 0 8 2728 = 108 ( M 0 . 2 5+ M 24 22 = )10( 1 . 3 50 . 2 5)10( 3 . 0 2 2728 = 108 (E 筒体截面系数 W 筒体中部： /4 （ 4 = (260)2 3/4 = 105 ( 人孔部位： ( )/4+ 1 (D+2 )(2 =3 2602 ( 31/260)/4+3 (260+2 3)(2 = 105 ( F 筒体应力 a 弯曲应力 : =M/ （ 4 筒体中部 : t= 108 /104 103 (N/ 故计算应力t=103 = =103 ，筒体厚度 =3较适中。 人孔部位 : m= 108 /104 103 (N/ 故470(N/ 因为 / =470/1475=32%,故一般可不验算。 G 筒体变形位移量的计算 E=2 107 N/ /8= 2603 3/8=107 ( k+2 46045=1370(验算最大挠度 0/ +( /384E 106 14603 81370/1460)2 +(1370/1460)3 /384 2 107 107 = 板 板的作用 a 保护筒体，使筒体免受研磨体和物料的直接冲击和研磨 b 将磨机的能量传递给研磨体 ,并利用衬板不同的几何形状的表面对研磨体的牵引力不同使研磨体获得不同的运动状态，以适应粉料粉磨工艺过程要求 c 对某些具有一定几何形状 的自动分级衬板还可以使研磨体按球径大小沿磨体由进料端向出料端自动按大小顺序排列，使各种不同的研磨体均能发挥其特有功能 板材料的选择 因为磨机主要是以冲击和研磨体粉磨物料的，故对衬板材料必须要求具有一定的强度，抗冲击韧性，和良好的耐磨性 a 对于粗磨仓即一仓，冲击破碎是该仓的主要工作形式，要求材料应具有足够的强度和抗冲击韧性，常用 锰稀土球墨铸铁 性质比较：高猛铸钢 000水淬及回火处理， 220， 得到不含奥氏体的金相组织，具有很 高的冲击韧性，衬板使用后，在磨内钢球冲击和延 24 压一段时间后，其表面在局部应用作用下，将发生塑性变形，引起奥氏体组织逐渐转变为硬度极高的马氏体组织使之具有特高的耐磨性，此乃高锰铸铁的冷却硬化性，对于磨机内的高锰铸铁衬板，其冷作硬化后的硬度一般可达 硬度随钢球的冲击力的增大而提高，使寿命可达半年至一年。 白口铸铁：不需热处理，其寿命比锰钢衬板高 对大直径磨机，其冲击力大，该材料的韧性及强度不能适应 中锰球墨铸铁： 500耐磨性比高锰钢好，成本低，但冲击韧性较差 本设计采 用 含碳 b 对于细磨机，即第二仓，研磨是该仓的主要工作形式，故要求材料应具有足够的硬度，常用材料： 磨白口铸铁，冷硬铸铁，中锰稀土球墨铸铁，橡胶铸口；性能比较：冷硬铸铁、硬度 本低廉，而寿命高，可使用冲击韧性目前正改善；中锰稀土球墨铸铁 00, 耐磨性比高锰钢好，成本也很低，但冲击韧性较低，故本设计用 板的表面形状及结构的设计 衬板的形式 :平衬板、压条衬板、波形衬板、阶梯衬板、圆角方形衬板 a 选形 目前广泛采用阶梯衬板，因为它具有结构简单，对同一层研磨体的提升高度均匀一致，还可以减少内层球的滑动和磨损，且表面磨损均匀等显著的优点，适用于粗磨仓。 本设计粗磨仓用了四排阶梯衬板，主要是作起导向用。 研磨体的运动规律： 研磨体脱离角呈周期变化，磨机每转一周，往返变化四次， 研磨体脱离角在圆角段随磨机转角的改变而从大到小成曲线变化 对同一直径的磨机，当磨机转速不同时，研磨体脱离角和磨机转交相对应的位置，其变化规律不变 研磨体脱离角随磨机转速不同的增加而减小，但是脱离角的变化范围不变 b 设计衬板的原则 衬板形状能促进物料的粉磨作用，且能均匀磨损 制造简单，价格便宜 拆卸方便，易于更换 衬板的稳定性好，长期工作不致变形 连接衬板螺钉孔数目应该最少，以免削弱简单的强度，同一磨机内的衬板类型要尽量减少，以减少零件、便于管理、节约资金 25 1 衬板重量不易过大（ 35以减轻更换时的劳动强度，尺寸要尽可能顺利地通过人孔，一般设计时，可大致取为： 厚度： 40右，最小不小于 20度： 3500宽度： 30000 c 计算法设计阶梯衬板 在磨机正常工作中，由于研磨体之间有内摩擦存在，研磨体力求形成一个整体与磨机同转 ,外层研磨体与衬板之间的摩擦力大小 ,取决于摩擦系数及贴随筒体同转的研磨体。 d 衬板的排列与固定 衬板的排列 常用排列型式为折线环向缝排列法，按一般的经验错开的距离 b 20补偿铸造误差，冲击和变形及热胀冷缩，余量一般 10白口铸铁衬板间隙至少要留 5 衬板的固定一般有两种方式： 螺栓连接，其优点是抗冲击，耐振动，联结可靠，其缺点是需要在筒体上 钻孔，耗费人力、财力、物力，削弱了筒体的强度，且可能漏料，故设计时在保证强度的前提下，尽量减少螺栓个数，一块衬板最好有两个螺栓固定，这样当一个折断时，衬板也不致掉落，不过因衬板每半年或一年就换一次，因此，用一个螺栓也就可以。本设计采用与衬板接触的螺栓头及相应的衬板凹坑形状要保证以下条件，紧固螺栓时不会转动，衬板孔的应力集中系数最小，加工制造方便，螺栓头必须埋入衬板中，不得突出。目前常用的螺栓头形状有角锥形，圆锥形，椭圆锥形三种，本设计采用椭圆锥形，圆锥角度取 60度；螺栓规格是根据衬板的热应力及变形应力来确定 的，通常有 30左右，为提高螺栓的寿命，采取下列措施，选用较大塑性的低碳钢（如 造，螺纹选用细牙型，为的是增加强度，并利用防松螺杆上预留长度 以减少应力集中， 11般取 了防松螺栓固定时要防松垫圈或双螺母，此外，螺栓要用浸过铅油的麻丝缠 绕在螺栓上用锥形垫圈、弹簧垫圈及螺母压紧密封。 仓板 仓板的作用： 防止不同级配的研磨体，由一仓跑到另一仓，适应粉磨工艺要 26 求， 制物料在粉磨过程中的流速 协调物料在磨内的颗粒分布和出料细度 仓板的结构设计 按隔仓板的结构可分为双层隔仓板和单层隔仓板，单层隔仓板是由带孔眼的筛板拼合而成，双层隔仓板由一层筛板、一层盲板及二者之间的扬料板组成，它有使物料强制通过的能力，而不受相邻的两仓 物料面高度的影响，甚至在前仓料面低于后仓料面的情况下，物料仍能顺利通过，但双层隔仓板占磨机的有效容积大，结构复杂，通风条件差，在双层隔仓板的两侧（前面和后面）存料都很少，故此区域粉磨效率降低，同时也加剧了隔仓板的磨损。 单层隔仓板由扇形篦板组成，用中心圆板把这些扇形板连成一个整体，隔仓板的外圈篦板用螺栓固定在磨机筒体上，中心圆板和环形固定圈用螺栓与内圈篦板固定在一起，单层隔仓板使用于溢流式过料，前仓料位高于后仓料面以下的细料通过时阻力较大，但占磨腔有效容积最少，且通风阻力小，本设计采用双层隔仓板。 A 筛 板（篦板） 为了安装及维修的方便，筛板是由若干块拼合而成，其形状有弓形和扇形两种，外形尺寸取决于磨门的尺寸，筛孔的排列和分布方式很多，可归纳为两类：同心圆排列和放射形排列，前者物料通过的阻力小，流通量大，且不易堵塞，但通过的物料容易返回，磨损较大，幅射状隔仓板物料的通过阻力较大，物料不易返回，由于筛板呈幅射状，对研磨体的提升作用较强，易使大球集聚，在此，形成仓内钢球的反向分级，影响粉磨效率，一般在出料端不宜采用幅射状筛孔。 B 中心体 所谓中心体，对于双层隔仓板是“导料锥”，对于单层隔仓板则是“筛板法兰”，它一则起联接作用，一则是气流的通路，磨门通风对磨机的正常操作甚为重要，故应尽量加大隔仓板总的通风面积，以减少阻力，为此，中心体的外径应尽量加大，以被研磨体经常冲击、磨削为限，当磨机停止时，研磨体和物料不应超过中心体外径。 C 隔仓板设计中应注意的问题 般为衬板长的一半，且联接螺栓直径应与筒体衬板的固定螺栓圈相同，其纵向和横向的孔距也应和筒体的衬板一致 27 仓板筛板与出料篦板应力 求通用互换 扬料板装在卸料篦板和端盖之间，在卸料空间的中心部分，固定着锥形卸料体上，再由锥形卸料体向尾部推进，最后靠中空轴内的卸料螺旋筒，将物料推出卸料出口，再入卸料漏斗中，完成卸料，扬料板的材料是焊接件 :扬料篦板的作用：一是筛板物料作用；二是控制物料在磨内的流速。扬料篦板材料的选择主要是磨损严重，要求坚固耐磨，所以根据材料的性能，采用 28 5 提高磨机产量的途径 影响磨机产量的途径很多，诸如像磨机结构，衬板形式，仓的长度，研磨体的 装载量，物理性质等都会影响磨机的产量。在生产中，只要认真分析找出影响因素，并采取相应措施就能提高磨机产量，除此之外，还可根据生产情况采取以下措施来提高磨机粉磨效率，从而提高磨机产量。 用助磨剂 水泥助磨剂是水泥粉磨过程中添加的一种提高粉磨效率的外加剂，它能消除研磨体和衬板表面细粉物料的粘附和颗粒聚结成块的现象，强化研磨作用，减少过粉磨现象，从而可以提高粉磨效率，尤其是粉磨细度很细的高标号水泥，助磨剂的效果更为显著。助磨剂的种类繁多，其中有机表面活性物质占大多数，如乙醇、丁醇、丁醇油、杂醇油、 乙二醇、三乙醇胺等，助磨效果较好，来源较为广泛。 内喷水 向水泥磨的粉磨仓内喷入少量的雾状水，能够降低磨内的温度，限制细颗粒的静电作用，减少研磨体的包层和衬板的粘附现象，是加强粉磨的有效方法，尤其是粉磨纯熟料水泥时，磨内喷水的效果更加显著。 实践证明，当粉磨纯熟料水泥时，入磨熟料温度超过 80 时，向磨内喷入 雾状水，可降低出磨，物料温度 15，磨机小时产量可提高 8%以上。 湿法生料磨磨尾喷浆就是把粘土浆由原来的磨头喂入改为尾仓，采用这种方法后，
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