球磨機無齒傳動模式研究及解析

李維強

（紫金礦業集團股份有限公司，福建 龍巖 364200）

常規齒輪嚙合傳動球磨機通常由軸承座、筒體、大齒圈、小齒輪、減速機、驅動電機和潤滑系統及冷卻系統組成。球磨機筒體通常由三節筒體組裝而成，每節筒體由2片半圓形筒體組裝而成，大齒輪通常采用鑄鋼鑄造方式，經CNC數控機床精加工而成。嚙合齒輪球磨機在安裝過程中通常分為如下步驟[1]。

1 坐標校核

在坐標設定前期，通常需要設定控制點，該控制點和土建控制點一致。在實施球磨機土建基礎過程中，通常由6個～8個控制點組成測量控制網，通常用鐵質或銅質圓柱體，并用混凝土基墩固定，在圓柱體頂部劃上“+”作為標記，作為全站儀的引導點，并選定一個作為安裝控制基準點。通過全站儀將基準控制點引至球磨機安裝基準面，結合球磨機的總裝圖，計算副底板的定標高，采用相對標高或絕對標高均可，并做好測量數據原始記錄。

2 副底板和主底板安裝

按照副底板的頂標高，用精密水準儀進行副底板的安裝（粗調）。通過精度0.02mm的方框式水準儀進行水平度精密調平，達到副底板的安裝標高要求，精度誤差控制0.05mm以內。滿足標高和水平度精度條件后，配置自密實灌漿料，采用木制長條形小木板分別置于副底板周圍并固定，澆筑自密實灌漿料，以不高于副底板標高為準，待自密實混凝土強度達到30MPA要求后，拆除副底板外圍木制小框。

根據總裝圖技術要求，利用精度為0.02mm的方框式水準儀進行主底板的安裝。如果主底板頂標高低于總裝圖要技術求標高，可以通過采用在副底板和主底板之間加裝不銹鋼墊片，不銹鋼墊片厚度規格為0.1mm或0.2mm不等，以達到安裝標高，誤差精度控制在0.05mm。

3 軸承座和筒體就位

軸承座吊裝就位后，用廠家提供的不銹鋼長螺桿固定并鎖緊。不銹鋼長螺栓外涂的防腐油脂可采用0#柴油清洗干凈，以達到安裝潔凈要求。在筒體組裝前，需根據設備基礎標高加工1個～2個鋼結構支墩架，頂部用20mm鋼板鋪平。將廠家提供的2個弧度板置于鋼板面上，用于支撐筒體對接組裝。

3節筒體共6片筒體，在地面組裝完成后。吊至弧度板上，用2臺500t的液壓千斤頂支撐，待3節筒體對接組裝后，再移除500噸液壓千斤頂。按技術規范要求，通過筒體法蘭上頂絲調整大齒圈的徑向跳動公差和端面跳動公差，公差精度在0.8mm以內。

4 大小齒輪就位

大齒輪采用分片安裝的方式，先行安裝一片半圓齒圈，利用齒圈重力采用緩慢松緊措施，第一片半圓齒圈轉至底部，再吊裝第二片半圈齒圈，和第一片半圈齒圈組對安裝。

按總裝圖校核公共基礎班頂部標高，小齒輪就位于公共基礎板上后，先行調整大、小齒輪嚙合間隙和嚙合度，通過塞尺對球磨機齒輪齒隙校核。進料端齒隙略大于出料端齒隙為宜，保證主受力面在出料端，減少齒隙溫差，確保齒隙溫差在合格范圍以內。嚙合度按齒長不低于65%、齒高不低于40%為基準，并做好數據記錄。也可以通過在齒輪嚙合面涂刷紅丹漆方式，采用慢驅，緩慢驅動筒體數圈，查看紅丹漆脫落程度佐證嚙合面是否達到嚙合要求。

5 減速機、電機和慢驅就位

減速機、電機和慢驅就位于公共基礎板上后，進行同軸度校核。采用紅外線同軸度測量儀器，由于球磨機電機轉速通常為960轉/分，屬于低速重載電機，衡量同軸度的四個參數值在0.1mm/m～0.15mm/m以內為標準。

達到上述技術規范要求后，對不銹鋼長螺栓孔洞等進行二次灌漿，灌漿材料采用自密實灌漿料，在卡莫阿（KAMOA）銅業有限公司實施第一系列和第二系列建設過程中，采用南非生產的525#標準的“MASTER”品牌自密實灌漿料[2]。

6 潤滑站和冷卻系統調試

潤滑站工藝管道需要經過嚴格的酸洗作業，通常采用30%稀硫酸進行酸洗2次，去除管道內油污及雜物，管道吹干或晾干后再行裝配。管道應標明出油方向和回油方向。初裝油在磨機完成調試運轉后需要及時全部更換，同時更換紙質濾芯，保證正常的供油壓力和流量。主軸承潤滑站潤滑油經泵加壓后，高壓潤滑油在前后軸承的免刮銅瓦表面形成0.5mm～1mm的高壓油膜，保證球磨機筒體的穩定運轉。檢測前后軸承座的潤滑油流量是否一致。

冷卻系統在安裝時應注意采用潔凈水作為冷卻水，以免管道堵塞，從而潤混系統的油溫升高，觸發連鎖系統，導致報停。冷卻水如條件許可，建議單獨供水，保證水質潔凈和水量充裕。冷卻管道應標明出水方向和回水方向。

球磨機如果采用變頻啟動，根據P=FV，應該采用低頻啟動，通常從5%轉速切入，運行幾分鐘后再階段調速，直至正常運轉。

球磨機筒體螺栓應按規定扭矩用專用扭矩扳手進行鎖緊，鋼球充填率達到設計要求的33%并進行試運行1周后，需要對螺栓重新緊固，螺栓采用雙螺母緊固模式。

7 嚙合齒輪球磨機調整過程中常出現的問題

7.1 基礎沉降

球磨機基礎混凝土方量大，通常采用C30或C35配合比，混凝土比重大，質量大。如果設備基礎下方的回填密實度達不到要求，特別是在北半球或高原地帶存在凍土情況下，由于凍土存在緩慢融化現象，加之寒冷地區通常有供暖設施，通過觀測沉降觀測點，大型設備基礎將會明顯沉降。國內某礦山曾出現球磨機電機基礎建立在凍土上方，由于室內溫度較高，凍土緩慢融化，傳動軸系出現扭斷生產事故。所以設備基礎下方的回填土碾壓的密實度和含水率等技術指標要嚴格保證，基礎應開挖至基巖實地，回填土粒級配比符合技術規范要求，回填土碾壓密實度通常在92%～95%之間，含水率在92%～95%之間。

7.2 大小齒輪嚙合達不到要求

大小齒輪嚙合是否良好通常通過齒隙大小和嚙合面二個參數方面衡量。進料端齒隙應略大于出料堵齒隙，保證主要受力面在出料端。齒輪溫差熱電偶測溫儀將對進料端和出料端的溫差進行實時監測，假定環境溫度在15℃范圍以內，進料端和出料端溫差應在10℃以內為宜。

通常出現由于嚙合度達不到技術規范標準，導致溫差超過20℃。如果出現這種情況，需要對球磨機的前、后軸承座標高進行校核，前軸承座標高是否高于后軸承座標高0.5mm～0.8mm。如果達不到誤差范圍以內，需要對前軸承座和主底板之間的不銹鋼墊片厚度進行調整，可以采用2*500噸液壓系統頂升球磨機筒體以增減墊片，重新調校水平精度標高至合格技術標準，并采用百分表監測前軸承座前后偏移量。

7.3 傳動軸系同軸度不符合技術規范

傳動軸系同軸度精調采用分段精調方式，先對減速機進行精調，以滿足同軸度0.1mm/m～0.15mm/m精度要求，再對電機和減速機進行同軸度精度調校。如果在調試過程中，同軸度不符合精度要求，通過對公共基礎頂絲進行左右偏移量精度調整，通過增減0.1mm或0.2mm厚度的不銹鋼墊片進行水平度調整，以達到安裝精度要求。

8 無齒傳動球磨機安裝步驟

坐標校核在球磨機基礎外圍設定6個～8個控制點，形成測量控制網絡。取其中一點作為測量基準點，通過全站儀引至安裝基準面。副底板和主底板安裝按照安裝總圖標高要求，將副底板固定，通過精密水準儀和精度為0.02mm的框式水準儀調校副底板頂面表格至安裝標高，誤差范圍控制在0.5mm以內。合格后，通過自密實灌漿料將副底板固定。灌漿料強度達到30MPA強度后，將主底板就位于副底板上面，對主底板的頂面標高進行調校，主底板頂面標高精度誤差在0.5mm以內，如果低于設計安裝標高，可在副底板和主底板之間鋪設厚度0.1mm或0.2mm的不銹鋼墊片，以達到安裝精度技術要求。

軸承座固定于主底板上面，用廠家提供的不銹鋼長螺栓進行固定并緊固。3節筒體共6片，在地面組裝完成后分別吊裝至弧度板上組對，用2*500噸液壓千斤頂頂升。臨時的鋼結構支架通常采用325*12mm無縫管焊接而成，以保證足夠的支撐強度。待3節筒體組對完成后，通過釋放千斤頂壓力，將筒體緩慢落至軸承座上。

潤滑系統和冷卻系統調試和齒輪嚙合傳動球磨機流程相似。如果在高緯度北半球區域或高原地區，冷卻系統建議采用室內內循環模式，一是保證冷卻水潔凈，冷卻水流量穩定，二是保證冷卻水不受凍或結冰，確保冷卻系統正常運轉。

無齒傳動球磨機通常配備變頻調速，根據P=FV，同等功率下，轉速越低驅動力越大，通常以5%低頻啟動，經過階段性調速至正常轉速。無齒傳動球磨機筒體作為電機的轉子，8塊磁力線圈現場進行組裝，作為電機的定子。額定電壓10KV交流電通電后，磁力線圈產生磁場，通過切割磁力線，產生磁力扭矩，驅動球磨機正常運轉。結構簡單，減少了傳統球磨機齒輪和減速機的安裝和精度調校。

9 無齒傳動球磨機和齒輪嚙合傳動球磨機優缺點比較

（1）無齒傳動球磨機安裝步驟少，不需要安裝齒輪，減少齒輪嚙合度調試和傳動軸系同軸度調試過程，安裝工期短、效率高。

（2）無齒傳動球磨機產能比較大，通常電機驅動功率大于齒輪嚙合傳動球磨機。無齒傳動球磨機在世界上超大型礦山應用較多；

（3）設備大型化，同等生產規模情況可減少球磨機數量，運轉平穩，安裝時間短，簡化了齒輪和減速機裝置，便于維修。

（4）可以調節電源的頻率，用低速變頻啟動，啟動電流可以降低到額定電流的2倍以下。這與普通同步電動機很高的啟動電流相比，是一個顯著的優點。對于特大型球磨機而言，這點非常重要。同步電動機啟動電流通常按額定電流5倍～7倍測算，選廠供電網絡容易受到沖擊，電網可能跳停，同時容易產生諧波。一般采用先行啟動球磨機主設備，然后再啟動破碎和浮選系統的方式，減緩電網供電影響。

（5）無齒傳動球磨機的碳刷材料質量要求比較高，價格較貴，成本較高。如某知名品牌無齒傳動球磨機采用碳纖維材料制作碳刷，價格較為高昂，在一定時期內，核心部件如碳刷等仍維持較高價格。

（6）無齒傳動球磨機通過變頻系統控制，方便結合處理量進行轉速設定，在噸礦單位成本測算中，由于單位產能提升，低于齒輪嚙合傳動球磨機，有助于節能降耗。

1 0 結語

目前，中國擁有國際上完整的工業加工體系，隨著新工藝、新材料、新技術的出現，技術創新也將得到進一步加強。無齒傳動球磨機作為一種新型的傳動方式，大大的簡化了傳動裝置，不存在齒輪和減速機的檢修和維護，隨著技術創新和市場體系的進一步完善，磨機的關鍵部件價格如碳刷等也會調整到合適的市場預期價格，無齒傳動球磨機市場性價比也會得到進一步提升。同時，無齒傳動球磨機的啟動電流可以降低到額定電流2倍以下，相比于同步電機的啟動電流在額定電流的5倍～7倍，減緩了對供電電網的沖擊，對于特大型球磨機，這個優點尤為重要。無齒傳動球磨機節能效果明顯，技術經濟效益優點顯著，將是球磨機長遠發展的一個重要趨勢。