臥式砂磨機的結構優(yōu)化設計*

王佳慶，雷立猛

（1.廣州大學機電學院，廣東廣州 510006；2.廣東派勒智能納米科技股份有限公司，廣東廣州 511495）

0 引言

近年來，隨著我國材料科學的飛速發(fā)展，各行業(yè)對精細材料需求日益增加。砂磨機是精細材料制備的關鍵設備之一。砂磨機屬于濕法超細研磨設備，是從球磨機發(fā)展而來，是物料適應性廣、效率高的研磨設備，廣泛應用于冶金、礦業(yè)、非金屬礦物材料、化工、陶瓷和新材料領域[1]。砂磨機主要分為立式砂磨機和臥式砂磨機兩種。臥式砂磨機由機座、主軸部件、研磨裝置、冷卻裝置、控制系統(tǒng)、輔助裝置等組成[2]。本文以目前在濕法研磨技術中應用廣泛的臥式砂磨機為研究對象，通過對臥式砂磨機機座進行改進設計，采取整體機座以增加剛性，主軸部件的實心主軸改進為空心主軸，以改善冷卻效果。

1 臥式砂磨機工作原理簡述

臥式砂磨機是具有水平筒體的可連續(xù)生產(chǎn)的超微粒研磨分散機械。其工作原理是：預先進行分散潤濕處理的固-液相混合物料經(jīng)計量泵，從臥式砂磨機上部進料管輸入筒體內(nèi)，電動機帶動主軸上的分散器旋轉產(chǎn)生動能，物料和筒體內(nèi)的研磨介質一起被高速旋轉的分散器攪動，從而使物料中的固體微粒和研磨介質相互間產(chǎn)生強烈的碰撞、摩擦、剪切作用，介質間的物料粒子受力變形并產(chǎn)生應力場。當應力達到顆粒的屈服或斷裂極限時，便產(chǎn)生塑性變形或破碎。未被粉碎的顆粒受離心力作用被甩向砂磨機筒壁，此區(qū)研磨介質密度最大，從而強化了粉碎作用，粉碎后的微小顆粒經(jīng)分離器與研磨介質分離后，從出料管流出[3]。臥式砂磨機結構簡圖如圖1所示[4-5]。

圖1 臥式砂磨機結構簡圖

圖2 25升臥式砂磨機優(yōu)化前結構組成

2 臥式砂磨機結構優(yōu)化

臥式砂磨機主要組成部分是機座、主軸部件、研磨裝置、冷卻裝置、控制系統(tǒng)、輔助裝置等。隨著臥式砂磨機應用范圍日益廣泛，人們對砂磨機的研究越來越深入。但現(xiàn)在大多數(shù)研究主要集中在臥式砂磨機的研磨原理、研磨盤的結構參數(shù)以及工藝參數(shù)等，而很少對機座、主軸部件進行研究。本文以目前應用廣泛的25升臥式砂磨機為研究對象，對其機座、主軸部件等結構進行優(yōu)化改進分析。

2.1 機座部件優(yōu)化改進

一般而言，砂磨類的工況環(huán)境較為惡劣，振動很大，不僅對零部件的損耗較大，直接影響到機器本身的使用壽命，而且振動作用通過機器本身的剛性結構傳遞給操作者，導致操作者易產(chǎn)生疲勞感，在一定程度上造成職業(yè)病的發(fā)生，可能對操作者人身造成一定傷害。

優(yōu)化前，軸承座安裝于機架上，軸承座與機架用螺釘固定連接在一起，剛性較差；電機軸與主軸的平行度需安裝時人工保證。電機置于機架內(nèi)部，皮帶的松緊程度通過電機板處的螺栓螺母機構來調(diào)節(jié)，操作比較困難。

優(yōu)化后，軸承座與機架合為一體，整體鑄造、加工，整機剛性大大改善；電機安裝孔與主軸組件安裝孔在同一設備上一次加工成形，有效保證了電機軸與主軸的平行度。電機置于機座上部，皮帶的松緊程度通過漲緊輪來調(diào)節(jié)，操作簡易方便。

2.2 主軸部件優(yōu)化改進

圖3 25升臥式砂磨機優(yōu)化后結構組成

在研磨過程中研磨筒體內(nèi)由于摩擦會產(chǎn)生很高的熱量，隨著溫度升高物料會產(chǎn)生凝結的現(xiàn)象，對設備的正常運轉和產(chǎn)品的質量產(chǎn)生很大的影響。砂磨機內(nèi)筒體產(chǎn)生的溫度通常用冷卻循環(huán)水進行冷卻，因轉子周圍流體的層流運動，在轉子周圍形成“熱斑”，“熱斑”溫度過高將對熱敏性漿料的質量造成不良影響。

優(yōu)化后，將主軸由實心軸改成中空軸，通過對主軸強度和剛度計算，內(nèi)徑設為28 mm，在主軸中心裝入一根水管，使冷卻循環(huán)水從水管外側與主軸形成的空腔中流進，冷卻主軸及與其接觸的物料，降低了主軸周邊的溫度，帶走主軸、轉子以及密封件產(chǎn)生的熱量，改善了整個系統(tǒng)的性能。

對25升臥式砂磨機機座、主軸部件等結構優(yōu)化前、優(yōu)化后結構組成具體見圖2和圖3。

3 結語

通過優(yōu)化前、優(yōu)化后兩種結構組成對比分析，可以得出結論：對傳統(tǒng)臥式砂磨機機座、主軸部件結構優(yōu)化，能夠有效地提升臥式砂磨機的使用性能，確保砂磨效果，并能在一定程度簡化操作。其中，對機座部件結構優(yōu)化，可以增強整機剛性，延長整機使用壽命，降低操作難度，減少對操作者的職業(yè)傷害；對主軸部件進行優(yōu)化設計可以較好地克服砂磨過程中的“熱斑”效應，改善研磨過程中的冷卻效果，確保研磨漿料特別是熱敏漿料的質量，有效提升經(jīng)濟效益。

參考文獻：

［1］喻暉，趙金.LME1000K臥式砂磨機在鈦白生產(chǎn)中的應用［J］.上海涂料，2011（9）：15-18.

［2］張平亮.新型超微砂磨機的結構原理及其應用［J］.中國粉體工業(yè)，2013（4）：15-18.

［3］馬暢，馬麗心，姜荔，等.臥式砂磨機關鍵部件結構優(yōu)化設計［J］.哈爾濱商業(yè)大學學報（自然科學版），2016（5）：513-515.

［4］程廣振，方明輝，位世陽，等.臥式砂磨機結構優(yōu)化研究［J］.涂料工業(yè)，2015（7）：72-74.

［5］趙選恒.臥式攪拌磨機結構參數(shù)對其性能影響的研究［D］.昆明：昆明理工大學，2013.

［6］張國旺.超細粉碎設備及其應用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

(編輯：阮 毅)

金明精機“風電、航空專用寬幅多層膜吹塑成套裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項目通過科技成果鑒定

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廣東省機械工程學會常務副理事長兼秘書長劉奕華出席鑒定會并做會議總結，副秘書長邵明主持會議。

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