新型高效節能間歇式球磨機的設計

藍天寶

（科達制造股份有限公司，佛山 528313）

1 新型高效節能間歇式球磨機簡介

本機為濕法間歇式球磨機,主要用于陶瓷工業中破碎粉磨和混合各種硬度的陶瓷原料,也可用于建筑、化工行業物料的細磨和混合。

球磨機主要由筒體、主軸承、鋼筋水泥支座、傳動部分等組成。筒體與傳動部分之間是通過一組強力三角V帶連接傳動起來的，三角V帶一端是包在傳動部分的小帶輪的槽坑上，另一端包在筒體表面上。主要技術參數如下：

容積：56 m3

裝料量：30 T

主機功率：132 kW

輔機功率：11 kW

工作轉速：12.5 r/min

輔助轉速：0.76 r/min

2 傳動部分的組成

本機的傳動部分主要由主電機、輔助電機、聯軸器、主減速器、輔減速器、離合器、末級皮帶組等組成。主電機和輔助電機用西門子電機（中國）有限公司的高效節能電機(2級能效），型號分別為：1TL0001-3AB23-3AA4-132kW，1TL0001-3DB23-3AA4-11kW；電機效率由原來的94.2%提高到95.4%。主減速箱用寧波東力傳動設備股份有限公司的DLH2SH11-20模塊化高精度減速器；減速器效率由原來的93%提高到95%～96.5%。

傳動部分分為主傳動和輔傳動兩部分。主傳動用于實現筒體內的物料粉磨；輔傳動的作用是：當下料或出料定位時，由輔助電機與小減速箱之間的制動器來實現的，由于制動器自身的自鎖功能，可以使筒體轉動到需要的任何位置上停止并立即制動。下料或出漿時，筒體不會產生由于重心變化等原因引起的晃動，增加安全性。另外，鑲內襯時也可使用輔助傳動定位。

其中主傳動和輔傳動只能單獨進行工作，它們用一剛性離合器分開，并設有電器聯鎖裝置。主電機采用軟啟動或變頻啟動的方法啟動。

3 傳動部分設計

根據現場的實際情況分析，客戶現有的球磨機設備存在研磨效率低，能耗消耗大，安裝可擴展空間不足等弊端。需要針對這些逐一升級設計。達到提高效率、降低能耗、節能減排的目的，同時也要滿足安裝空間的要求。

3.1 傳動變頻控制

球磨機工作過程是以介質運動為基礎的，物料顆粒的粉磨過程發生在介質與介質間和介質與襯板間。介質運動分為拋落式（適應粗磨），瀉落式（適應細磨），離心式（失去粉磨作用）。

圖1 球磨機受力分析圖

圖2

根據以上三種運動方式及受力情況，為了提高球磨效率，球磨機節電器采用矢量控制計算，把力進行縱向和橫向分解，使其成為轉軸中的標量并加以控制，同時用模糊理論對球磨機進行追蹤采樣，從而調整輸出轉矩和速度。使其用最經濟的電量達到最佳的粉磨效果。如上圖所示。其綜合節電率達到8%～20%。

3.2 左移傳動部分設計

由于球磨機基礎中心線（即球磨機筒體中心線）離廠房立柱墻只有4.5m，根據陶瓷原料設備設計規劃的要求，需留有人工通道至少1m，則實際可用空間只有3.5m（見圖3）。按照30T球磨機設計規范以及廠房設備規劃規范，進核算球磨機基礎中心線到傳動部分基礎最右邊的距離為至少應為4.1m，小帶輪的包角為180°-α=116.5°。在滿足使用要求的情況下，經V帶傳動的設計計算，V帶的數量應為24根。因此根據實際情況來設計滿足客戶現場的使用要求。傳動部分需整體向左移動，這樣必然會導致小輪的包角變小，傳動效率降低，使用功率下降，對皮帶的壽命和設備的使用性能下降。為了克服這一弊端，滿足使用要求，左移后的小帶輪包角為180°-α=103.5°。經V帶傳動的設計核算，V帶的數量應增加為26根。保證輸出功率的有效傳遞。其中，縱向的變化不影響使用性能和安裝要求，可以忽略。

圖3 左移傳動部分設計

3.3 彈性柱銷聯軸器設計

連接兩軸或軸和回轉件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉而不脫開的一種裝置。球磨機傳功部分聯軸器主要包含電機聯軸器和帶輪聯軸器兩部分。電機聯軸器聯接電機輸出軸和減速器輸入軸，按照JB/T7511-1994聯軸器的選用計算，電機聯軸器的計算轉矩為T=3499.3N·m。再按照GB/T5014-1985彈性柱銷聯軸器設計要求，確定柱銷中心分布圓直徑D=220mm，柱銷直徑d=30mm，柱銷長度為l=60mm，柱銷數量為z=12件，柱銷材料選用尼龍6，聯軸器零件圖見圖4，組裝圖見圖5；同時經核算尼龍6柱銷所受的切應力小于尼龍材料的許用切應力11MPa，尼龍6柱銷所受的壓強力小于尼龍材料的許用壓強力8MPa～11 MPa。故滿足現場工況的使用要求。

圖4 聯軸器零件圖

圖5 聯軸器組裝圖

帶輪聯軸器的計算轉矩為T=69986N·m。再按照GB/T5014-1985彈性柱銷聯軸器設計要求，確定柱銷中心分布圓直徑D=420mm，柱銷直徑d=50mm，柱銷長度為l=100mm，柱銷數量為z=16件，柱銷材料選用尼龍6，同時經核算尼龍6柱銷所受的切應力小于尼龍材料的許用切應力11MPa，尼龍6柱銷所受的壓強力小于尼龍材料的許用壓強力8～11 MPa。故滿足現場工況的使用要求。

聯軸器的有限元的分析，模擬校核聯軸器的應力及剪切力的受力情況，如圖6所示。

圖6 聯軸器的有限元的分析

由于球磨機采用節能變頻控制，彈性柱銷聯軸器替代傳統的液力耦合器；第一、節省成本，制造方便；第二、減少功率的損失，提高傳遞效率，第三、后期維護方便。

3.4 聯組V帶傳動

球磨機的功率是通過V帶傳動傳遞到筒體上，從而帶動筒體的工作運轉；皮帶的傳動效率決定了功率的傳遞效率，普通單根V帶的傳動效率為92%～96%（繩芯結構），在實際使用過程中，根據經驗總結，單根V帶在配組時存在長短不一，在工作時受力不均勻，或產生跳動或產生翻帶的現象，使傳動功率損失，降低了傳動效率。聯組V帶是將幾根普通V帶的頂面用膠簾不等距粘結而成。使用聯組V帶在傳動中各根V帶載荷均勻，結構緊湊，可減少運轉中振動和橫轉，提高了傳動效率，使用壽命周期長。

4 結語

1)球磨機傳動變頻控制，節省用電量，減少電量的損耗；傳動部分采用節能電機，高精度減速器不僅保證了其使用要求，同時達到提高工作傳動效率，節能降耗的目的。

2)球磨機傳動部分左移保證了傳動部分在有限的空間里滿足使用要求，確保其在生產過程中穩定性與可靠性。

3)聯組V帶傳動，提高傳動效率，避免翻帶、跳帶現象，延長使用壽命，降低客戶后期維護成本。