一種振動磨機的設計

孫佳寶

隨著經濟的發展，對磨機的需求不斷增長，振動磨機的制造技術不斷提高。近些年，單筒、雙筒和三筒式等一系列新型磨機得到廣泛應用。與傳統的滾筒式球磨機相比，振動磨機生產效率高，能量消耗大，通過粉磨介質的高頻振動使被加工物料達到加工要求[1]。

在大多數情況下，振動是無益且對機械產生不良影響的破壞因素，所以通常要避免其發生。另一方面，振動被用于生產加工中，近幾十年來，振動理論及產品得到高速發展。振動磨機非常適合于巖石礦物組織的分析研究，是目前礦產試樣加工行業廣泛使用的細粉與超細微粉加工設備之一。振動磨機具有生產成本低、加工工藝簡單、設備體積小、產品粒度均勻和環境污染小等優點[2～3]，廣泛應用非金屬磨礦、選礦、冶金、化工、建材及食品等領域[4]。

1 振動磨機設計要求

1.1 粉碎流程和工作原理

振動磨機物料粉碎流程 將物料放入磨機的筒體內；磨機產生高頻振動使物料與介質之間碰撞、擠壓，將物料粉碎；物料通過格柵篩后，從出料口排出[5]（見圖1）。

圖1 物料粉碎流程

振動磨機的工作原理 電源接通后，電機通過聯軸器或皮帶輪傳動激振器中的偏心塊旋轉產生周期性的激振力。在激振力作用下，支承筒體的彈簧產生高頻振動，筒體里的磨介和物料將產生三種運動：（1） 慢速公轉運動，將物料與磨介混合均勻；（2） 高速同向自轉運動，對磨介研磨物料； （3）劇烈拋射運動，將大塊物料粉碎。

1.2 設計參數

筒數 T=2

筒體總容積 V=500 L

振動加速度 K= 6～（ ）8 g

入磨粒度 d≤5 mm

粉磨方式 干式粉磨

振動方式 螺旋彈簧振動

2 設計方案的確定

2.1 振動磨機的主要參數

（1） 振動強度

由G=ω2·A 可知，振強G 由振頻ω 和振幅A決定。其中，振幅A 取決于激振力的大小。G 的大小和效率一般成正比例關系。當G 值一定時，ω值和A 值與原料的粒度和產品的細度之間存在一定關系：當待破碎物料尺寸較大時，應選擇比較大的A 值和較小的ω 值。

（2） 粉磨介質填充率

若要得到理想的加工效果，應提高磨介的數量和表面積，通常采用調節磨介填充率和磨介配比的方法。H.E.羅斯的研究表明：磨介填充率一般可以在60%～85%范圍內選擇（見圖2），粗磨時選擇較小值，細磨時選擇較大值[6]。

圖2 磨介質充率和粉磨效率的關系

2.2 振動磨機整體結構設計

振動磨機的基座通過地腳螺栓固定在地面上，電機通過聯軸器與主軸1 相連接，主軸1 和主軸2上各安裝兩個相同的偏心塊，主軸和偏心塊采取鍵連接。主軸1 通過十字軸萬向聯軸器同主軸2 連接。兩主軸共安裝有4 個軸承，軸承安裝在軸盒中，軸盒焊接在兩個支撐板之間。每個偏心塊都設有防塵罩，用螺栓安裝在支撐板上。

筒體布置方式分臥式和立式兩種，臥式筒體并列布置，立式筒體上下布置。本文設計的振動磨機采用立式結構（見圖3）。筒體立式布置的優點：（1） 結構緊湊，占地面積??；（2） 功耗低，產量高；（3） 工作流程簡單，操作便捷。

圖3 振動粉磨機整體結構

3 主要零部件設計及選擇

3.1 筒體設計

筒體是不可換零件，選用材料既要保證工作的安全性與可靠性，又要確保使用壽命滿足設計要求。

由于筒壁內應力是磨機工作中產生裂縫的主要原因。因此，在筒體焊接后必須進行消除應力熱處理。

圖4 筒體設計

3.2 激振器偏心塊設計

偏心塊是激振器的關鍵部件。在振動磨機上布置有兩個相同的激振器，每個激振器設有兩個偏心塊，在磨機運轉時承擔相同的載荷。磨機的主軸通過鍵與偏心塊連接，帶動偏心塊旋轉，提供粉碎物料的激振力。

偏心塊采用同種材質制成，面積和形狀確定，所以偏心距可以確定。每個偏心塊由兩個軸承支撐，故用Q235-A 即可滿足使用要求。

筆者在偏心塊上布置10 個螺栓孔，通過添加配重材料調節偏心塊質量，以便控制激振力的大小，調節激振頻率（見圖5）。

圖5 偏心塊設計

3.3 粉磨介質選擇

粉磨的介質設計要素包括：材料、幾何形狀、配比、沖擊力等，磨介材料的選擇取決于物料的化學性能[7]。磨介較常見的幾何形狀有短圓形，圓柱形，球形，棒狀形等。在超細和精細粉磨加工中通常選用粉磨效率高的球形磨介。磨介的球徑與配比是關鍵參數，應盡量選擇磨介表面積大的磨介。磨介的密度越大，對物料的沖擊力也越大，粉磨效率越高。磨介硬度通常比物料大3 倍以上，此外，還要保證磨介與物料易分離和環保（見表1）。

表1 磨介的選擇

4 結 語

本文設計的雙筒振動粉磨機屬于偏心式振動磨機，由偏心塊使粉磨機筒體產生橢圓形的運動軌跡，能夠大大提高筒體內物料和磨介的轉動速度，將能量低區域的物料快速轉移到高能區域，改善磨腔內部的能量分布。

本文磨機激振器可以通過兩個方向將能量傳遞給物料和磨介，而且本磨機運行的平穩性與傳統磨機相同。這樣既增加能量的輸入，又克服傳統磨機存在中心低能量區的缺點，提升粉磨效率。此外，由于振動強度的降低減小對系統彈簧和軸承等的沖擊，提高設備的使用壽命及可靠性，降低噪聲污染。