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畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
班級： 學(xué)生姓名：
畢業(yè)設(shè)計題目： 球磨機
數(shù)據(jù)：1.大端φ1000mm;
2.小端 φ90mm
3.L=2000mm;
4.把煅燒過的白云石（簡稱“煅白”）研磨成100目的粉狀；
5.兩班制工作，每班可研磨“煅白”15噸
畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容及要求：
1.設(shè)計內(nèi)容：電機選型；減速器設(shè)計；球磨機設(shè)計；總裝圖設(shè)計。
2.設(shè)計要求：a.總裝配圖 1張；
b.部件圖 1張；
c.另件圖 1張；
d.設(shè)計計算說明書 1份
畢業(yè)設(shè)計專題部分：1.電機選型；
2.減速器設(shè)計；
2.球磨機設(shè)計；
3總裝圖設(shè)計。
指導(dǎo)教師：
年 月 日
摘 要
自1893年第一臺球磨機問世以來，它就一直被廣泛的應(yīng)用于礦業(yè)、冶金、建材、化工及電力部門等若干基礎(chǔ)行業(yè)的原料粉碎中。
在礦山建設(shè)時期，球磨機的設(shè)備及基建投資約占選礦廠破磨設(shè)備總投資的50%，在礦山生產(chǎn)期間, 球磨機的能耗(電耗和材料) 同樣占全部破磨作業(yè)的50%以上。同時, 在礦山生產(chǎn)中, 球磨機作為主要的生產(chǎn)設(shè)備，其運轉(zhuǎn)率和效率常常決定了全廠(系列) 的生產(chǎn)效率和指標(biāo)，成為全廠生產(chǎn)的“咽喉”環(huán)節(jié)。
因此，無論設(shè)計院在設(shè)計階段對球磨機的選擇還是礦山企業(yè)在生產(chǎn)階段對球磨機的管理都十分重視。同時許多球磨機的設(shè)計研究單位和生產(chǎn)廠家也對球磨機進(jìn)行了很多研究工作，取得了很大進(jìn)展，出現(xiàn)了多方面的研究方向。
本次設(shè)計主要針對實驗室應(yīng)用的小型球磨機，通過對大量參考文獻(xiàn)及對大型磨機的結(jié)構(gòu)的研究，研發(fā)出一種適合實驗室應(yīng)用便于學(xué)生掌握其結(jié)構(gòu)的小型磨機，該球磨機有結(jié)構(gòu)比較簡單，比較輕便，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，噪聲較小等特點。具體的研究方法是通過對球磨機不同結(jié)構(gòu)的研究，計算找到最適合的結(jié)構(gòu)和材料，組合成本次所設(shè)計的球磨機。具體設(shè)計方法過程見說明書。
關(guān)鍵詞：電動機；球磨機；破磨作業(yè)
II
目 錄
摘 要 I
第1章 緒論 1
1.1 球磨機設(shè)計的目的和意義 1
1.2 球磨機的發(fā)展 1
1.2.1 球磨機的發(fā)展其中一項就是效率的提高 1
1.2.2 球磨機的另一項發(fā)展趨勢就是節(jié)能 2
1.3 新型的球磨機 6
1.3.1 冷凍球磨機/振動研磨機 6
1.3.2 行星式球磨機 6
1.4 設(shè)計球磨機的基本構(gòu)想 7
第2章 總體方案設(shè)計 8
2.1 球磨機設(shè)計概述 8
2.1.1 工作原理 8
2.1.2 本磨機在工業(yè)部門的作用 8
2.2 所設(shè)計的磨機的優(yōu)缺點和工作特點 9
2.2.1 溢流型球磨機的優(yōu)缺點 9
2.2.2 工作特點 10
2.3 各類磨機總體方案比較 10
2.3.1 磨機的分類 10
2.3.2 各類磨機的總體方案比較 11
2.3.3 所設(shè)計球磨機類型的選擇 13
2.4 所設(shè)計的磨機部件方案比較 13
2.4.1 所設(shè)計的球磨機的結(jié)構(gòu)組成 13
2.4.2 給礦部的比較選擇 15
2.4.3 端蓋的結(jié)構(gòu)比較選擇 16
2.4.4 進(jìn)、排料管的選擇 18
2.4.5 筒體部的選擇 19
2.4.6 排礦部的選擇 22
2.4.7 主軸承選擇 22
2.4.8 潤滑部分的選擇 22
2.4.9 傳動部分的選擇 22
2.4.10 各部件密封形式的選擇 24
第3章 球磨機工作參數(shù)的計算與選擇 26
3.1 球磨機的自身參數(shù) 26
3.1.1 臨界轉(zhuǎn)速 26
3.1.2 工作轉(zhuǎn)速 26
3.1.3 裝球量 26
3.1.4 安裝電機功率 27
3.1.5 球磨機裝球尺寸 28
3.1.6 生產(chǎn)率的計算 28
3.2 球磨機傳動系統(tǒng)的計算 29
3.2.1 選擇電動機參數(shù) 29
3.2.2 傳動系統(tǒng)速比的計算 30
3.2.3 皮帶輪小輪直徑的選擇 30
第4章 結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 32
致謝 34
2
學(xué)號：
大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
題 目：
姓 名：
專 業(yè)：
學(xué) 院：
指導(dǎo)教師：
成 績：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
班級： 學(xué)生姓名：
畢業(yè)設(shè)計題目： 球磨機
數(shù)據(jù)：1.大端φ1000mm;
2.小端 φ90mm
3.L=2000mm;
4.把煅燒過的白云石（簡稱“煅白”）研磨成100目的粉狀；
5.兩班制工作，每班可研磨“煅白”15噸
畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容及要求：
1.設(shè)計內(nèi)容：電機選型；減速器設(shè)計；球磨機設(shè)計；總裝圖設(shè)計。
2.設(shè)計要求：a.總裝配圖 1張；
b.部件圖 1張；
c.另件圖 3～4張；
d.設(shè)計計算說明書 1份
畢業(yè)設(shè)計專題部分：1.電機選型；
2.減速器設(shè)計；
2.球磨機設(shè)計；
3總裝圖設(shè)計。
指導(dǎo)教師：
年 月 日
摘 要
自1893年第一臺球磨機問世以來，它就一直被廣泛的應(yīng)用于礦業(yè)、冶金、建材、化工及電力部門等若干基礎(chǔ)行業(yè)的原料粉碎中。
在礦山建設(shè)時期，球磨機的設(shè)備及基建投資約占選礦廠破磨設(shè)備總投資的50%，在礦山生產(chǎn)期間, 球磨機的能耗(電耗和材料) 同樣占全部破磨作業(yè)的50%以上。同時, 在礦山生產(chǎn)中, 球磨機作為主要的生產(chǎn)設(shè)備，其運轉(zhuǎn)率和效率常常決定了全廠(系列) 的生產(chǎn)效率和指標(biāo)，成為全廠生產(chǎn)的“咽喉”環(huán)節(jié)。
因此，無論設(shè)計院在設(shè)計階段對球磨機的選擇還是礦山企業(yè)在生產(chǎn)階段對球磨機的管理都十分重視。同時許多球磨機的設(shè)計研究單位和生產(chǎn)廠家也對球磨機進(jìn)行了很多研究工作，取得了很大進(jìn)展，出現(xiàn)了多方面的研究方向。
本次設(shè)計主要針對實驗室應(yīng)用的小型球磨機，通過對大量參考文獻(xiàn)及對大型磨機的結(jié)構(gòu)的研究，研發(fā)出一種適合實驗室應(yīng)用便于學(xué)生掌握其結(jié)構(gòu)的小型磨機，該球磨機有結(jié)構(gòu)比較簡單，比較輕便，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，噪聲較小等特點。具體的研究方法是通過對球磨機不同結(jié)構(gòu)的研究，計算找到最適合的結(jié)構(gòu)和材料，組合成本次所設(shè)計的球磨機。具體設(shè)計方法過程見說明書。
關(guān)鍵詞：電動機；球磨機；破磨作業(yè)
III
目 錄
摘 要 I
第1章 緒論 1
1.1 球磨機設(shè)計的目的和意義 1
1.2 球磨機的發(fā)展 1
1.2.1 球磨機的發(fā)展其中一項就是效率的提高 1
1.2.2 球磨機的另一項發(fā)展趨勢就是節(jié)能 2
1.3 新型的球磨機 6
1.3.1 冷凍球磨機/振動研磨機 6
1.3.2 行星式球磨機 6
1.4 設(shè)計球磨機的基本構(gòu)想 7
第2章 總體方案設(shè)計 8
2.1 球磨機設(shè)計概述 8
2.1.1 工作原理 8
2.1.2 本磨機在工業(yè)部門的作用 8
2.2 所設(shè)計的磨機的優(yōu)缺點和工作特點 9
2.2.1 溢流型球磨機的優(yōu)缺點 9
2.2.2 工作特點 10
2.3 各類磨機總體方案比較 10
2.3.1 磨機的分類 10
2.3.2 各類磨機的總體方案比較 11
2.3.3 所設(shè)計球磨機類型的選擇 13
2.4 所設(shè)計的磨機部件方案比較 13
2.4.1 所設(shè)計的球磨機的結(jié)構(gòu)組成 13
2.4.2 給礦部的比較選擇 15
2.4.3 端蓋的結(jié)構(gòu)比較選擇 16
2.4.4 進(jìn)、排料管的選擇 18
2.4.5 筒體部的選擇 19
2.4.6 排礦部的選擇 22
2.4.7 主軸承選擇 22
2.4.8 潤滑部分的選擇 22
2.4.9 傳動部分的選擇 22
2.4.10 各部件密封形式的選擇 24
第3章 球磨機工作參數(shù)的計算與選擇 26
3.1 球磨機的自身參數(shù) 26
3.1.1 臨界轉(zhuǎn)速 26
3.1.2 工作轉(zhuǎn)速 26
3.1.3 裝球量 26
3.1.4 安裝電機功率 27
3.1.5 球磨機裝球尺寸 28
3.1.6 生產(chǎn)率的計算 28
3.2 球磨機傳動系統(tǒng)的計算 29
3.2.1 選擇電動機參數(shù) 29
3.2.2 傳動系統(tǒng)速比的計算 30
3.2.3 皮帶輪小輪直徑的選擇 30
第4章 結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 32
致謝 34
V
第1章 緒論
1.1 球磨機設(shè)計的目的和意義
球磨機是礦山，水泥，化工和電力等工業(yè)部門廣泛使用的一種粉磨設(shè)備，主要工作機構(gòu)是裝有研磨介質(zhì)的筒體，依靠筒體回轉(zhuǎn)時介質(zhì)的沖擊和剝磨等作用使物料粉碎[1]。
自1893年球磨機出現(xiàn)100多年來，它在金屬礦及非金屬礦選礦廠、冶金、建材、華工急電力部門等若干基礎(chǔ)行業(yè)的礦料粉碎中得到廣泛的應(yīng)用。球磨機在工業(yè)上應(yīng)用及發(fā)展中經(jīng)歷了如此長時間而未被淘汰的這個事實本身就說明它從結(jié)構(gòu)到工作原理基本上是可靠的，合理的，性能也是比較好的，雖然它也有些缺點，但要將它從礦料粉碎中淘汰出去是相當(dāng)困難的。球磨機在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)仍是十分必要的及有價值的[2]。
未來在破碎粉磨作業(yè)上，球磨機依然有著很大的發(fā)展空間，一段時間都不會被淘汰掉的。所以對于球磨機的設(shè)計是有很大意義的。
1.2 球磨機的發(fā)展
1.2.1 球磨機的發(fā)展其中一項就是效率的提高
（1）保證適當(dāng)?shù)耐搀w轉(zhuǎn)速，使原料和研磨體形成拋落運動。
轉(zhuǎn)速過慢，離心力就小，摩擦力也小，研磨體不能隨筒壁上升，也就不可能形成拋落運動，反之，轉(zhuǎn)速過快，離心力就大，摩擦力也大，研磨體緊貼筒體內(nèi)壁轉(zhuǎn)動，也不能形成拋落運動，沒有拋落運動，研磨體就沒有對原料形成碰撞，而只有研磨作用，效率降低，故筒體轉(zhuǎn)速過慢或過快都是不可取的[3]。
（2）選擇合適的內(nèi)襯和研磨體。
內(nèi)襯有兩方面的作用，一方面是保護筒體不被磨壞，另一方面防止物料與鐵接觸、避免物料污染。一般選用較耐磨和規(guī)則的內(nèi)襯，保證堅固耐用。同時增加有效容積、在配方、入料量不變的前提下，應(yīng)選擇密度大、硬度高、大小配比合理的研磨體，以縮短球磨時間，同時減少研磨體的磨損率[3]。
（3）確定適當(dāng)?shù)牧?、球、水比例?
研磨體的裝載量對球磨效率的提高有重大影響，裝載量過少，對物料的碰擊和研磨作用小，裝載量過多，入料量減少，研磨體相互作用增加，對物料作的功和研磨作用降低。在研磨體裝載量一定的時候，每球入料量不同其球磨是不一樣的，入料量過少，雖能縮短球磨時間，但日產(chǎn)量卻降低了，入料量過多，筒體內(nèi)剩余空間少，研磨體的碰擊作用減少，球磨效率低[4]。物料與水的比例要適當(dāng)，最終要看泥漿的含水率、流動性而定入水量，水太少，漿料過于稠厚，物料的分散性差，對研磨體的運動阻力加大，削弱了對物料的粉碎作用，反之，水分太多，則必然要減少加料量，而且漿料過于稀薄，研磨體之間直接碰擊和研磨的機會多，既損失了能量又增大了研磨體的磨損率，一般情況下，料、球、水的比例為1：18：6，但總量料、球、水混合后的體積應(yīng)是有效容積的90％左右[5]。
此外，還可以調(diào)整配方，減少硬質(zhì)原料的種類，控制粗顆粒物料的最大直徑，選用適當(dāng)?shù)奶砑觿┑确椒ㄒ赃_(dá)到提高球磨機的效率。
1.2.2 球磨機的另一項發(fā)展趨勢就是節(jié)能
（1）預(yù)選拋廢，減少入磨量
隨著金屬礦石需求量的增加，貧礦石開采日益擴大，高強度采礦方法和大型采掘設(shè)備的應(yīng)用，礦石貧化日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，露天開采貧化率5％～10％，地下開采貧化率20％～25％。全國重點鐵礦入選原礦中約有1000萬噸以上廢石，既影響選礦生產(chǎn)能力的提高，又增加了電耗[11]。預(yù)選可以拋棄大量混入礦石中的廢石，目前全國已有30多個磁選廠增加了預(yù)選，主要采用大塊磁選機和電磁感應(yīng)輥式強磁選機。弱磁性鐵礦和有色金屬礦預(yù)選主要用跳汰機等重力選礦法。通過預(yù)選可減少入磨礦量，降低廢石在磨、選過程中電耗，減少鋼耗和選別材料的消耗，增加生產(chǎn)能力，提高企業(yè)經(jīng)濟效益[6]。
馬鞍山礦山研究院研制的CTDG系統(tǒng)永磁大塊磁選機已在全國大小磁選廠應(yīng)用。如漓渚鐵礦使用的CTDG1210型大塊磁選機在自磨機前對350～0mm的大塊礦石進(jìn)行預(yù)選，拋廢率為17％～20％，年節(jié)電670萬kWh[11]。
武鋼程潮鐵礦選廠，入選礦石品位42.1％～44.3％，廢石混入率16％～20％。采用了預(yù)選拋廢流程，將中碎機排礦篩分成75mm～13mm∶13mm～3mm∶3mm～0三個粒級。前兩個粒級用干選拋廢，后一級用濕式拋廢，拋廢率分別為27％和4.09％，合計31.09％。每年拋除廢石62萬噸，約占入磨量45.1％，可節(jié)電500萬kWh/a，成為全國鐵礦廠耗電最少的選廠。
重選法預(yù)選拋廢也是降低磨礦電耗的有效方法。馬鞍山礦山研究院研制的AM-30、LTC-50和YMT-75等型跳汰機用于馬鞍山黃梅山鐵礦選廠、灑鋼樺樹溝等鐵礦選廠，拋廢率在90％以上，對降低磨礦電耗收到顯著效果。廣西長坡錫選廠用重介質(zhì)預(yù)選法，拋廢率40％，節(jié)電7.7kWh/t原礦。目前國內(nèi)有10多個選廠采用跳汰機預(yù)選均收到明顯的技術(shù)經(jīng)濟效果[7]。
（2）多碎少磨、降低入磨粒度
確定合理的最終產(chǎn)品粒度十分重要，它直接影響磨機處理能力、電耗和破磨作業(yè)的綜合成本。通過改變破碎產(chǎn)品性質(zhì)，降低產(chǎn)品粒度，增加細(xì)粒級含量以及提高磨機處理能力，降低電耗，增加經(jīng)濟效益[8]。
物料破碎是靠破碎設(shè)備的擠壓和沖擊作用，而磨礦則靠離心力、摩擦力作用，使礦石不斷受到?jīng)_擊、擠壓、剪切和研磨而粉碎。常規(guī)破碎范圍內(nèi)能量隨粒度減小的變化率很小，而磨礦范圍內(nèi)能量隨粒度減小急劇增加，破碎比磨礦能耗低是選礦界公認(rèn)的觀念。因此實現(xiàn)多碎少磨，減小入磨粒度，可以大幅度提高生產(chǎn)能力，降低電耗[6]。
鞍鋼東鞍山選礦廠為降低入磨粒度，引進(jìn)美國AC公司2133.6mm底部單缸液壓圓錐破碎機用于四段破碎。使入磨粒度由20～0mm減至12～0mm， 3.2m×3.6m球磨機臺時處理能力增加8t，每噸原礦電耗減少2.7kWh[9]。
德興銅礦選廠三期擴建工程，破碎作業(yè)采用三段——閉路流程，細(xì)碎設(shè)備為Re×nord公司SXHD型西蒙斯圓錐破碎機。使入磨粒度由－20mm降為－12mm，使磨礦單位電耗下降6.88％。
（3）實現(xiàn)多碎少磨的主要措施
根據(jù)礦石硬度、最大粒度及其組成和礦石含水、含泥量等礦石性質(zhì)以及選礦廠生產(chǎn)規(guī)模和磨礦工藝等確定破碎工藝流程。以山東某選廠生產(chǎn)實際為例進(jìn)行各種流程分析對比結(jié)果表明：三段——閉路破碎流程的最終產(chǎn)品粒度最小，又比較均勻。從單位礦石電耗來看，兩段開路破碎流程是兩段——閉路破碎流程的1.26倍，是三段——閉路破碎流程的1.39倍。因此三段——閉路的破碎流程可以獲得較小的破碎產(chǎn)品粒度、較低的電耗。對某些選廠特殊要求，也可采用四段——閉路流程[10]。
高效節(jié)能破碎設(shè)備不僅本身有較低的電耗，而且由于其產(chǎn)品粒度較小，更深層次作用在于對破碎流程的影響，如減少作業(yè)段數(shù)，將閉路簡化為開路，可減少設(shè)備數(shù)量，節(jié)省基建投資，降低運營成本。隨著這些新設(shè)備的使用，可以得到更小的產(chǎn)品粒度，降低粉碎原礦的單位電耗，從而獲得全流程的效率。
近年來，在改進(jìn)傳統(tǒng)圓錐破碎機的基礎(chǔ)上美國AC公司推出高能圓錐破碎機、俄羅斯烏拉爾重型機器廠推出慣性圓錐破碎機、德國的krupp polgsius公司等推出輥壓機以及各國推出的新型腭式破碎機等高效節(jié)能破碎設(shè)備，大幅度降低了破碎產(chǎn)品粒度，提高了磨機產(chǎn)量，降低了單位原礦的電耗。從1985年輥壓機問世以來，首先在水泥工業(yè)推廣應(yīng)用，其增產(chǎn)節(jié)電所帶來的經(jīng)濟效益引起國際水泥行業(yè)極大興趣和關(guān)注[11]。
（4）強化分級，降低磨礦循環(huán)負(fù)荷
過磨是磨礦中能耗損失主要原因之一，導(dǎo)致過磨涂磨機本身原因之外，主要是分級效率低。目前我國大部分選礦廠分級作業(yè)采用螺旋分級機，分級效率低，因而在返砂中夾雜相當(dāng)數(shù)量的合格產(chǎn)品粒度；盡管有些選廠用水力旋流器代替螺旋分級機，要達(dá)到高的分級效率也比較困難,致使大量合格產(chǎn)品粒度返回磨機再磨，既影響產(chǎn)量又使礦物過磨增加電耗。
芬蘭海諾寧教授研究表明：分級效率從51％提高到80％，可使磨礦效率提高25％，電耗減少20％。強化分級作業(yè)，提高分級效率，減少磨礦循環(huán)負(fù)荷是降低電耗的重要措施[12]。
細(xì)篩在我國取代螺旋分級機進(jìn)行粗粒分級得到發(fā)展。首鋼大石河鐵礦選廠一段磨礦回路中用ΖKBX1856A型雙軸直線振動篩取代φ2400mm雙螺旋分極機，分級效率提高12.69％，臺時處理能力增加19.79t，磨一噸原礦電耗下降1.9kWh。
當(dāng)前，因內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)水力圓錐分級機、高頻振動細(xì)篩、直線振動細(xì)篩、旋流細(xì)篩、立式圓筒篩及雙渦流水力旋流器等新型分級設(shè)備以及兩段分級工藝的應(yīng)用，為我國強化分級作業(yè)創(chuàng)造了條件。對粗粒分級用細(xì)篩取代螺旋分級機；細(xì)粒分級以水力旋流品為主，以水力圓錐分級機或高頻細(xì)篩、旋流細(xì)篩、立式圓筒篩為輔的二次二段分級。但要迅速解決好水力旋流器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材質(zhì)和自動控制等問題，以保持其工藝指標(biāo)的穩(wěn)定。
（5）選用新型高效襯板，降低電耗
磨機襯板結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的優(yōu)劣，直接影響磨礦的電耗。目前我國金屬礦選廠球磨機仍以高錳鋼為主，存在問題是鋼耗大，為0.25kg/t；電耗大，磨碎每噸礦石耗8～20kWh的電能，約占選礦廠總電耗的45％～65％；壽命短，在一段球磨機中為6～8個月，二段為12～18個月，重量大，噪音高，在濕磨中抵抗礦漿化學(xué)腐蝕性磨損能力差。近年研制成功橡膠襯板、圓角方型襯板和磁性襯板等，在球磨機上應(yīng)用取得明顯地節(jié)能效果[8]。
海南鋼鐵公司橡膠襯板廠引進(jìn)瑞典司克嘉公司橡膠襯板制造技術(shù)，生產(chǎn)直徑φ0.9m～φ5.5m(長度不限)球磨機的整套襯板已在國內(nèi)許多選廠應(yīng)用。橡膠襯板具有獨特的彈性和突出的抗腐蝕性能。受沖擊時可以變形，壽命高，重量輕，節(jié)電效果顯著。一般可降低電耗10％～15％[13]。
圓角方形襯板即角螺旋襯板，由于這種襯板相互錯開一定角度沿磨機排列，因而筒體內(nèi)的物料與磨機軸線形成了相垂直的剪切面，對物料產(chǎn)生附加的剪切作用，顯著地降低了電耗。馬鞍山礦山研究院開發(fā)的圓角方形襯板，在馬鋼凹山選礦廠φ2.7m×3.6m的二段球磨機使用，降低電耗22.66％[14]。
金屬磁性襯板靠磁力緊緊吸附在球磨機筒體上，其表面吸附磨碎的鋼球和不同粒度的磁性物料形成20～50mm厚的滾動保護層，呈波紋狀對入磨礦石有提升作用。細(xì)粒易磁化物料穩(wěn)定的固結(jié)在最底層，能有效消除襯板磨損。其特點是使用壽命長，比高錳綱襯板高6～8倍。厚度薄、重量輕、鋼耗少，可以降低球磨機電耗6％～7％。目前已在我國選礦廠百余臺球磨機上應(yīng)用。磁性襯板的問世是球磨機襯板史上一次重大突破[15]。
（6）改進(jìn)現(xiàn)有球磨機，發(fā)展高效節(jié)能設(shè)備
球磨機是選廠耗電最高的設(shè)備，為降低電耗在改進(jìn)現(xiàn)有球磨機的基礎(chǔ)上，要發(fā)展新型節(jié)能設(shè)備。近年，球磨機的發(fā)展是從降低電耗和鋼耗的角度來改善磨機性能，大型磨機普遍采用液壓動力和靜壓軸承、氣胎離合器、齒輪潤滑使用噴油裝置等新技術(shù)，使磨機整體技術(shù)水平和經(jīng)濟效益得到較大提高，單位電耗平均下降20％，生產(chǎn)能力增加10％，鋼耗下降40％[16]
1.3 新型的球磨機
1.3.1 冷凍球磨機/振動研磨機
德國Fritsch公司的Pulverisette 0(簡稱P0) 冷凍球磨機/振動研磨機，通過研磨球的沖擊和摩擦來粉碎實驗室樣品。
適用于分析化學(xué)、X射線和光譜分析、電子顯微鏡、紅外分光光度測定、核研究、痕量分析、礦物學(xué)、微生物學(xué)。
該冷凍球磨機/振動研磨機還可以對歐盟“RoHS”指令中的電子產(chǎn)品進(jìn)行常溫及冷凍的研磨，達(dá)到分析級別的研磨效果[13]。
1.3.2 行星式球磨機
KQM-X4型系列行星式球磨機是實驗室、小批量生產(chǎn)用高效超細(xì)研磨、混合設(shè)備。該機美觀新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，工作效率高，磨細(xì)粒度均勻。可廣泛在電子材料、磁性材料、生物醫(yī)藥、陶瓷釉漿、非金屬礦、新型材料等行業(yè)使用[9]。該機的行星輪傳動采用全自動漲緊裝置漲緊傳動帶新技術(shù)，傳動扭巨大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不用維護,免除了因傳動帶磨損而頻繁調(diào)整、更換傳動帶麻煩。型號有： KQM-X4Y(3.2升)、KQM-X4(6升) 、KQM-X4A(12升) 、KQM-X4B(20升) 、KQM-X4C（40升) 、CKQM-X4D（80升) [6]。
隨著現(xiàn)代科技的飛躍發(fā)展，新材料的開發(fā)與應(yīng)用在各高校、研究所乃至各行各業(yè)正引起人們的日益重視。然而，無論是提高材料的性能還是分析材料的成份，均需要制備更細(xì)、更均勻的材料樣本。常規(guī)的機械制取方法是采用普通球磨機方式，通過球磨機的旋轉(zhuǎn)，機內(nèi)磨球與材料之間高能撞擊，達(dá)到粉碎、研磨、混合材料的目的[17]。????
普通球磨機的研磨罐體是滾筒式，筒內(nèi)裝有若干磨球，當(dāng)電機旋轉(zhuǎn)時，帶動滾筒旋轉(zhuǎn)，筒內(nèi)磨球和材料在作豎直圓周運動過程中，互相撞擊，研磨材料。我們知道：物體作豎直圓周運動，必須滿足一定條件：否則起不到良好的研磨作用；另一方面，由于筒體和筒內(nèi)磨球與材料均勻同方向旋轉(zhuǎn)，這就使得球與球，球與材料之間的碰撞能量與碰撞幾率大大降低，其研磨效果和研磨效率也隨之下降；當(dāng)轉(zhuǎn)速ｎ≥ｎ0時，由于離心力的作用，磨球和材料均貼在滾筒內(nèi)壁上跟隨旋轉(zhuǎn)，失去相互之間的碰撞，同樣起不到研磨作用。所以，要想通過普通球磨機獲取粒度很小的材料，混合均勻的物料，是不容易的[18]。
???? 行星式球磨機不同于普通球磨機的最大特點是該球磨機中的物料和磨球是在一個二維旋轉(zhuǎn)空間作高能運動，其運動方式見原理圖。在一個轉(zhuǎn)盤上對稱裝有四個球磨罐，當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時（公轉(zhuǎn)），球磨罐圍繞各自的中心軸作旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)），罐中磨球在高速運動中研磨和混合樣品。在某一確定的時刻，大轉(zhuǎn)盤所產(chǎn)生的較強的離心力使所磨材料與球從罐的內(nèi)壁分開，并在自轉(zhuǎn)的高速條件下，球和材料從罐的一側(cè)飛越到另一側(cè)，相互撞擊，使得被磨材料的顆粒更小、更細(xì)。由于公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)兩個離心力同時作用在磨球和物料上，而且合力的方向在不斷變化，這就使得磨球與物料在球磨罐中的運動軌跡是雜亂無序的，這樣，就可以通過提高轉(zhuǎn)速，使磨球與材料獲取足夠的碰撞能量，達(dá)到高效研磨的作用。
1.4 設(shè)計球磨機的基本構(gòu)想
本設(shè)計設(shè)計的球磨機是小型球磨機，主要面向?qū)嶒炇?，屬于實驗室型。它占地面積很小，功率小，排料量小。不是面對工廠的大規(guī)模作業(yè)。單獨零件的生產(chǎn)不必規(guī)?；?。
所以在選擇零件上會偏向易于單件加工，生產(chǎn)簡單，容易維修的零件。
第2章 總體方案設(shè)計
2.1 球磨機設(shè)計概述
2.1.1 工作原理
磨機正常工作時，則破碎介質(zhì)（即鋼球）在高速旋轉(zhuǎn)的筒體中運動，任何一層介質(zhì)的運動軌跡都可以分為兩段（圖2-2）：上升時，介質(zhì)從落回點A1到脫離點A5是繞圓形軌跡A1A5運動，但從脫離點A5到落回點A1，則按拋物線軌跡A5A1下落，以后又沿圓形軌跡運動，反復(fù)循環(huán)。在筒體內(nèi)壁（襯板）與最外層介質(zhì)之間的摩擦力作用下，外層介質(zhì)沿圓形軌跡運動。在相鄰各層介質(zhì)之間也有摩擦力，因此，內(nèi)部各層介質(zhì)也沿同心圓的圓形軌跡運動，它們好象是一個整體，一起隨筒體回轉(zhuǎn)。摩擦力取決于摩擦系數(shù)及作用在筒體內(nèi)壁（或相鄰介質(zhì)層）上的正壓力。正壓力是由重力的徑向分為N和離心力C產(chǎn)生。重力的切向分力T對筒體中心的力矩使介質(zhì)產(chǎn)生與筒體旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)動趨勢，如果摩擦力對筒體中心的力矩大于切向分力T對筒體中心的力矩，那么介質(zhì)與筒壁或介質(zhì)層之間便不產(chǎn)生相對滑動，反之則存在相對滑動[13]。
摩擦系數(shù)決定于礦石的性質(zhì)，筒體內(nèi)表面（襯板）的特點和礦漿濃度。當(dāng)摩擦系數(shù)一定時，若筒體內(nèi)破碎介質(zhì)不多而筒體轉(zhuǎn)速也低時，由于正壓力小而使摩擦力很小時，則將出現(xiàn)介質(zhì)沿筒壁相對滑動，而介質(zhì)層之間也有相對滑動。這時介質(zhì)（鋼球）同時也繞其本身的幾何軸線轉(zhuǎn)動[19]。
在任何一層介質(zhì)中，每個介質(zhì)之所以沿圓形軌跡運動，并不是單靠這個介質(zhì)受到的摩擦力而孤立地運動，而是依靠全部介質(zhì)的摩擦力，這個介質(zhì)只作為所有回轉(zhuǎn)介質(zhì)群中的一個組成部分而被帶動，并被后面同一層的介質(zhì)“托住”。
物料主要靠介質(zhì)群下落時產(chǎn)生的沖擊力而粉碎，同時也靠部分研磨作用。磨機就同采用此種工作狀態(tài)而工作的。
2.1.2 本磨機在工業(yè)部門的作用
磨機在近代的選礦工業(yè)，化學(xué)工業(yè)和建材工業(yè)等中，都占有極其重要的地
圖2-1介質(zhì)運動狀態(tài) 圖2-2在拋落式工作狀態(tài)下球的運動跡
位，并發(fā)揮著巨大作用。
在選礦廠中，磨機的被用來對礦石進(jìn)行粉磨，使其達(dá)到單體分離或下一段磨機所需的給礦粒度。
在水泥廠中，磨機被用于將廠灰石、粘土及石膏等物料進(jìn)行粉磨，并且同時將其均勻混合。
在化學(xué)工業(yè)中，通過對物料粉磨，可增加其表面積，為縮短物料化學(xué)所應(yīng)的時間創(chuàng)造有利條件。
2.2 所設(shè)計的磨機的優(yōu)缺點和工作特點
2.2.1 溢流型球磨機的優(yōu)缺點
溢流型球磨機的優(yōu)點是：構(gòu)造簡單，管理和維修方便，與同規(guī)格的格子型球磨機相此，檢修量小，故障少，因而其作業(yè)率高，并且價格較低，用于細(xì)磨時比格子型好。但其也存在著一些缺點：如排礦口礦漿面高，產(chǎn)量較格子型低，而產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象。
2.2.2 工作特點
采用聯(lián)合給礦器給礦，即可處理細(xì)篩返回礦同時又可處理分級機返回的礦砂。磨機由帶齒輪減速器的電動機，通過一對大小皮帶輪傳動，制造容易維修簡單。
2.3 各類磨機總體方案比較
2.3.1 磨機的分類
工業(yè)中所用的磨機類型很多，由于它們的特征不同，而有以下幾種分類方法：
（1） 根據(jù)破碎介質(zhì)不同可分為
球磨機：介質(zhì)為鋼球或鑄鐵球。
棒磨機：介質(zhì)為鋼棒。
自磨機：介質(zhì)為礦物本身。
礫磨機：介質(zhì)為礫石。
（2）按筒體形狀分類
短筒磨機：筒體長度L不大于筒體直徑D，即L ，如圖2-3（a）,（b）,（c）所示，其中（a），（b）磨機在選礦廠中被廣泛采用。
長筒磨機：筒體長度L=（1.5~3）D，如圖2-3（e）所示。
管磨機：筒體長度L=（2.5~6）D，如圖2-3（f）所示，在水泥廠被廣泛采用。
圓錐型磨機：筒體長度L=（0.325~1）D，如圖2-3（c）所示，由于該種磨機介質(zhì)填充率低，磨機利用率不充分，磨料效率較低，所以目前只在少數(shù)工業(yè)部門應(yīng)用。
（3）根據(jù)排礦方式可分為
溢流型：通過中空軸排礦如圖2-3（a）。
格子型：通過格子板排礦。
周邊型：通過筒體周邊排礦。
（4）按作業(yè)特點分類
濕式磨機：給料的同時加入水，排料成一定濃度的料漿而排出，在閉路系統(tǒng)中與水力分級設(shè)備組成閉路作業(yè)。
干示磨機：排料有的用風(fēng)流抽出，磨機與風(fēng)力分級裝置組成閉路，如水泥磨采用自流排料。
（a）溢流形球磨機（短筒型） （b）格子型球磨機（短筒型）
（c）圓錐型球磨機（短筒型） （d）周邊排料球磨機
（e）長筒型球磨機（溢流型） （f）多倉管磨機
圖2-3 球磨機分類簡圖
2.3.2 各類磨機的總體方案比較
(1) 根據(jù)破碎介質(zhì)不同的分析比較
球磨機：可處理各種硬度的礦石，其破碎比大，通常為200~300。它的給礦粒度最大為65mm，最適宜的粒度在6mm以下，它的產(chǎn)品粒度在1.5~0.0075mm之間，因此，在選礦廠被廣泛地用來磨碎各種礦石，熱電站用來粉磨煤和油母頁巖；此外，它還用于化學(xué)工業(yè)，硅酸鹽工業(yè)，水泥工業(yè)和其它工業(yè)部門粉磨各種物料。
棒磨機：多在球磨機之前用來進(jìn)行粗磨。給礦粒度一般不超過20~25mm，產(chǎn)品粒度一般多在3mm以下。其主要優(yōu)點是：能進(jìn)行選擇性破碎，產(chǎn)品粒度均勻，泥化作用小，不而產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象，磨礦效率高，能耗較低，而且能按需要產(chǎn)出一種立方體形顆粒產(chǎn)品。其缺點是：由于給礦的影響，棒群在筒體中往往處于傾余狀態(tài)，傾余嚴(yán)重時則造成棒兩端運動的不一致性，從而產(chǎn)生棒在筒體內(nèi)的干擾現(xiàn)象，使磨礦效率隱藏低。另外，添加鋼棒時須停車，這樣就降低了磨機作業(yè)率，增加了工人的勞動強度[11]。
自磨機：適于破碎各種硬度的礦石，給礦粒度可達(dá)300~400mm，排礦粒度在0.1mm以下，破碎比高達(dá)3000~4000mm。自磨機的粉碎原理和工作過程是粉磨作業(yè)中的一項重大技術(shù)革命，采用此種磨機可減少破碎、粉磨和運輸?shù)仍O(shè)備，因此工藝流程簡單，投資少，占地面積小，并可減少操作工人，節(jié)約鋼球和鋼棒。其缺點是：干磨時總動力消耗大，系統(tǒng)輔助設(shè)備多，密封困難，風(fēng)機和管路磨損快。濕磨時機內(nèi)襯板磨損快，實際應(yīng)用仍需向磨機內(nèi)加部分破碎介質(zhì)（球）[5]。
礫磨機：稀有金屬選礦廠和負(fù)選廠采用礫磨機最普遍。國外一些鐵選廠已將球磨機改為礫磨機，用于二段磨礦，它的最大給礦粒度為10~22mm，一般在0.8~0.2mm，排礦粒度在0.075mm時處理能力高（0.075mm的顆粒占產(chǎn)品的95%）。其優(yōu)點是：由于介質(zhì)是硅質(zhì)卵石，故減少鋼耗；生產(chǎn)費用低；過磨現(xiàn)象少；對于稀有金屬選礦廠、鈾選廠、化學(xué)工業(yè)、玻璃工業(yè)及硅酸鹽工業(yè)采用礫磨機可以避免受鐵的污染。其缺點是：與同樣處理能力的球磨機比較，礫磨機尺寸大，重量大，并需從礦石中提取足夠數(shù)量的礫石介質(zhì)。與同規(guī)格的球磨機相比處理能力低1/2~1/3[3]。
(2)根據(jù)筒體形狀不同的分析比較
短筒型球磨機：通常所用磨機的均屬短筒型。其優(yōu)點是物料在筒體中停留時間短，過粉碎現(xiàn)象少。
管磨機：廣泛應(yīng)用在水泥工業(yè)和硅酸鹽工業(yè)中，選礦廠卻很少應(yīng)用它粉磨礦石。它的缺點是易使物料過粉碎，而使動力的金屬非生產(chǎn)消耗增多，只有需要極細(xì)粒度的場合才應(yīng)用它。
圓錐型球磨機：給礦端是圓筒形，排礦端是圓錐形，磨機運轉(zhuǎn)時大球移向有粗物料的給礦端。有效地防止了過磨現(xiàn)象，適用于產(chǎn)品粒級控制很嚴(yán)的選分場合。但其制造復(fù)雜，且總載荷偏向給礦一端，這樣主軸承就得設(shè)計成兩種規(guī)格。
(3) 根據(jù)排礦方式不同的分析比較
溢流型球磨機：靠礦漿自流排礦，只有當(dāng)?shù)V漿面超過出料口底面時，礦漿才能溢流排出。與格子型球磨機相比：具有構(gòu)造簡單，管理和檢修都較方便，作業(yè)率高的特點。有的選廠將格子型改為溢流型以后，由于磨機實際有效容積增大和作業(yè)率的提高，因此實際處理能力并沒有降低。。
格子型球磨機：它的出料端裝有格子板，其優(yōu)點是：可強制排礦，處理量較大，過粉碎現(xiàn)象少。其缺點是：構(gòu)造復(fù)雜，并且格子板緊固螺栓經(jīng)常由于振動和沖擊而松動，造成格子板脫落故障，因而檢修頻繁，作業(yè)率低。有的選廠已將其改為溢流型。
周邊排礦球磨機：此種排礦方式落后，生產(chǎn)率低，早已在金屬選廠看不見了。
2.3.3 所設(shè)計球磨機類型的選擇
通過以上分析比較和選礦廠的實際使用情況表明，決定選短筒溢流型球磨機作為設(shè)計對象。該機要用于實驗室等地方，不需要大規(guī)模生產(chǎn)。其給礦粒度為0.535~0mm，排礦粒度為0.1~0.075mm。
傳動支承方式采用皮帶輪，自帶齒輪減速器的電動機，角接觸球軸承支承，此方案制造容易，維修簡單。
2.4 所設(shè)計的磨機部件方案比較
2.4.1 所設(shè)計的球磨機的結(jié)構(gòu)組成
所設(shè)計的磨機為300×300mm溢流型球磨機。它由以下六個部分組成（如圖2-4）：筒體部3、給礦部1、排礦部5、軸承部2、傳動部4組成。
圖2-4 球磨機的主要部分
磨機的圓形筒體是由四塊10mm厚Q235A鋼板焊接而成，同時在它的兩端焊有帶有止口的法蘭盤，利用它和端蓋聯(lián)接。為了保護筒體內(nèi)表面不受磨缶和控制鋼球在筒體內(nèi)的運動軌跡，筒體內(nèi)鋪有襯板。為了使襯板與筒體內(nèi)壁緊密接觸和緩沖鋼球?qū)ν搀w的沖擊，在襯板與筒體內(nèi)壁之間敷有膠合板。每塊襯板用方頭螺栓固定在筒體內(nèi)壁上，為了防止礦漿沿螺栓孔漏出，在螺母下墊有帶有環(huán)槽的金屬墊圈和橡膠圈。為了便于更換襯板和檢查磨機內(nèi)部情況，在筒體上開有人孔[20]。
給礦部是由帶中空軸頸的端蓋，聯(lián)合給礦器，扇形襯板和進(jìn)料管等組成。聯(lián)合給礦器是用螺栓固定在進(jìn)料管法蘭盤上，進(jìn)料管又通過中間法蘭與端蓋的中空軸端面固接在一起。端蓋的內(nèi)壁鋪有Q235A鋼制成的扇形襯板，襯板與內(nèi)壁接觸處同樣敷設(shè)膠合板[11]。
排礦部是由帶中空軸頸的端蓋，扇形襯板和排料管組成。其裝配關(guān)系與給礦部基本相同。
磨機的中空軸頸支承在角接觸球軸承上。軸承基本是由軸承座，前后軸承蓋，加上軸承組成。
球磨機筒體是通過傳動裝置由電動機帶動回轉(zhuǎn)的。傳動裝置由裝在筒體的大皮帶大輪和電機前端安裝的小皮帶輪組成。
2.4.2 給礦部的比較選擇
(1) 鼓型給礦器（如圖2-5（a））：
這種給礦器只能在給料位置高于磨機軸線水平的情況下使用，一般用在開路（或干法）的磨機上，它的構(gòu)造是：一個兩端口的鼓型體，里面有螺旋形軀體，當(dāng)給礦器隨磨機旋轉(zhuǎn)時，礦石則沿著螺旋孔道被送入磨機內(nèi)。
(2) 蝸形給礦器（如圖2-5（b））：
它是由勺頭、勺體、軀體組成。這種給礦器能將礦漿從低于磨機軸線的地方舀起，送入磨機中，用于磨機和分級機組成閉路二段磨礦中。
(3) 聯(lián)合給礦器（如圖2-5（c））：
此種給礦器是上述兩種給礦器組合而成，可同時將原礦和分級機返礦輸入磨機。它的最大優(yōu)點是：大塊物料可以不經(jīng)蝸形勺子的給料槽而直接送入磨機。
綜上所述和實際需要選用聯(lián)合給礦器最佳。
(a) 鼓型給礦器 (b ) 蝸形給礦器
(c) 聯(lián)合給礦器
圖 2-5給礦器
2.4.3 端蓋的結(jié)構(gòu)比較選擇
端蓋是球磨機的重要零件之一，它的結(jié)構(gòu)對其使用壽命影響很大。由于進(jìn)、排料管與中空軸靠近筒體端的圓柱面配合處，間隙過小則不易裝折，間隙過大又易使礦漿進(jìn)入中空軸與進(jìn)、排料管的之間的空隙處，這樣進(jìn)入空隙內(nèi)的礦漿隨磨機的旋轉(zhuǎn)而不斷地磨損中空軸內(nèi)壁，而使帶中空軸的端蓋過早報廢。使用選廠也曾想過一些辦法，現(xiàn)在一直用的辦法是：裝配后用不銹鋼焊條將端蓋與進(jìn)（或排）料管靠近筒體端沿配合縫隙焊合。但由于焊縫赤經(jīng)處理，存在著焊接引起的應(yīng)力集中，磨機運轉(zhuǎn)時又受到振動和沖擊及交變應(yīng)力等影響，焊縫經(jīng)常開裂，不能達(dá)到預(yù)期愿望。折卸時還要切割焊縫，加重了檢修工人的勞動強度和延長了檢修時間[16]。
為了適應(yīng)本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)，將端蓋設(shè)計成圖2-6所示，與進(jìn)料口裝配的外表面設(shè)計的臺階是為了可以在軸向定住角接觸球軸承，起固定作用。在直徑126mm與直徑120mm兩圓柱兩之間形成的圓環(huán)面的中徑位置車一截面為半圓形的環(huán)槽，同時在與其配合的進(jìn)、排料管的相應(yīng)位置也車出與之對應(yīng)的環(huán)槽。裝配進(jìn)，排料管時，先將尺寸合適的O型橡膠密封環(huán)套在中120的圓柱面上，然后推入槽中，即可安裝。待進(jìn)、排料管與端蓋聯(lián)接螺栓緊固后，橡膠密封環(huán)即被緊緊夾于槽中，以實現(xiàn)密封的目的。
圖2-6 端蓋
2.4.4 進(jìn)、排料管的選擇
(1) 進(jìn)料管的選擇：
進(jìn)料管一般有如圖2-7(a)、(b)兩種形式，(b)種可以幫助給礦，但螺旋的旋向應(yīng)與磨機的轉(zhuǎn)向相同，其制造復(fù)雜，一般在濕式磨機上其優(yōu)越性并不顯著。(a)種用于濕式第二段球磨機上效果較好且易于制造。
（a）
（b）
圖2-7 進(jìn)料口
本次在設(shè)計中選用入圖2-7（a）的進(jìn)料口。
(2) 排料管的選擇：
溢流型球磨機的排料管一般都選如圖2-8的形式，其螺旋可導(dǎo)回向處溢出的小球，螺旋的旋向與磨機的轉(zhuǎn)向相反，并且為雙頭螺旋。
圖2-8 排料口
2.4.5 筒體部的選擇
筒體是磨機的主要部分，它是由筒體法蘭，筒體，人孔，襯板等組成。
(1) 筒體法蘭
它是筒體上重要零件之一（如圖2-9所示），通常用Q235A鋼制造，然后焊在筒體上，經(jīng)過機械加工，與帶有中空軸的兩個端蓋裝配，為保證兩中空軸的同軸度，法蘭制成帶止口型的，并在互成120°角的螺栓孔位置加工出供定位用的三個鉸制孔。
(2) 筒體材料及壁厚
筒體一般由Q235A鋼板卷制焊接而成，鋼板的厚度一般為8-50mm。根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查：決定用4塊厚度為10mm的Q235A鋼板卷制焊接筒體。
(3) 人孔形狀
人孔是用來檢查和更換襯板，以及停機檢修時供清除機內(nèi)破碎介質(zhì)和礦物用。常用人孔形狀有橢圓形和矩形兩種。人孔的形狀對筒體的強度影響很大，橢圓形和帶圓角的矩形人孔都可以減小應(yīng)力集中，對筒體強削弱較小。但更換襯板時橢圓形就顯得不如帶圓角的矩形人孔方便。因此鐵選廠所用球磨機筒體人孔形狀多采用帶圓角的矩形人孔。分別設(shè)置在互成180o角的筒體兩側(cè)，且分別靠近兩端蓋的地方[14]。
圖2-9 筒體
1 筒體法蘭 2 人孔形狀
(4) 襯板的選擇：
筒體的襯板選擇：
襯板的作用在于防止筒體磨損，提升破碎介質(zhì)和礦物。襯板的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安裝和更換，常用的形狀有如圖2-10所示幾種。
（a）條形組合襯板 （b）波形襯板 （c）舵形襯板
（d）楔形襯板 （e）平凸形襯板（f）齒形襯板
圖2-10 襯板
波形襯板（如圖2-10 b）：具有波峰，可減少介質(zhì)向下滑動，但由于波舉凹起是逐漸的，故介質(zhì)仍有一些滑動。它既減少了像平板形襯板那樣介質(zhì)的向下滑動，又避免了部分介質(zhì)提升過高產(chǎn)生過大的沖擊。因此，磨剝作用顯著，用細(xì)磨效果好[7]。
其它幾種突棱襯板，如圖（a）、（c）、（e）、（f），與波形襯板相比較更能降低介質(zhì)的向下滑動，提升高度大適于粗磨。
本球磨機使用條形組合襯板，它加工方便，便于安裝。
端面的襯板選擇：
目前一般的鐵選廠端面襯板都采用扇形襯板。
2.4.6 排礦部的選擇
目前溫式球磨機的排礦方式有兩種：即溢流型和格子型。由于溢流型比格子型有獨特的優(yōu)點，故選溢流型排礦。
2.4.7 主軸承選擇
磨機主軸承是支承磨機轉(zhuǎn)動部分的重要部件，應(yīng)能承受來自磨機的低速重載及沖擊載荷，滾動軸承效率高，選擇做為我所設(shè)計的小型球磨機的主軸承。由于磨機有軸向力。所以我們選用角接觸球軸承，可以保證軸向的推力，效率還比較高[16]。
2.4.8 潤滑部分的選擇
球磨機的主要潤滑點是主軸承。
主軸承潤滑：主軸承的潤滑極其重要，潤滑不良將導(dǎo)致機體損壞。
中小型球磨機的潤滑方式一般有如下兩種：
（1）自動循環(huán)油潤滑
這種潤滑是用油泵將油從油箱中吸出，通過油管送至潤滑點，然后經(jīng)回油管流入油箱。其優(yōu)點是油量充足，并可起到冷卻作用。但由于供油系統(tǒng)很難保證所要求的密封程度，而屢次發(fā)生回油管阻塞現(xiàn)象，造成潤滑油處泄，而使檢修頻繁，浪費嚴(yán)重。因此，一些鐵選廠已把自動循環(huán)潤滑改為毛線潤滑[5]。
（2）毛線潤滑
此種潤滑結(jié)構(gòu)簡單，克服了自動潤滑的弊病，工作可靠，維護容易，還可節(jié)約潤滑油，但增加了加油次數(shù)?，F(xiàn)場使用證明此種潤滑效果較好。因此采用毛線潤滑主軸承。潤滑油冬用HJ-3D，夏用HJ-4D。
我所選用的球磨機的利用稀油潤滑，直接加入軸承部，潤滑油用擋板中的密封圈密封于軸承作用部位[10]。
2.4.9 傳動部分的選擇
球磨機的工作特點是轉(zhuǎn)速較低，最常見的傳動方式有如圖2-11所示三種：
（1）同步電動機齒輪傳動（如圖2-11（a））
其特點是結(jié)構(gòu)緊湊且簡單，傳動效率高。同步電動機具有起動轉(zhuǎn)矩大，功率因數(shù)高并可提高網(wǎng)路的功率因數(shù)的特點，而球磨卻經(jīng)常在有載善下起動，因此選用此種傳動方式是合適的。此種傳動的缺點是同步電動機的體積大，造價高，檢修較復(fù)雜。
（2）異步電動機、減速機、齒輪傳動（如圖2-11（b））
其結(jié)構(gòu)較緊湊，價格較低，但檢修量大，傳動效率較低。由于減速機通常用稀油潤滑，這樣就會由于密封不良，而增加了泄漏點。
（3）三角皮帶、齒輪傳動（如圖2-11（c））
其優(yōu)點是制造容易維修簡單。其缺點是傳動效率低，占地面積大，且皮帶需定期張緊，張緊時還需停機。因此，此種傳動只適于小型磨機。
圖2-11 傳動部分
（a） 同步電動機齒輪傳動
（b） 異步電動機、減速機、齒輪傳動
（c） 三角皮帶、齒輪傳動
本次所設(shè)計的球磨機屬于小型磨機選用不帶齒輪的皮帶傳動，將大皮帶輪直接固定于筒體，小皮帶輪可直接安裝在電機軸上。這樣的設(shè)計制造簡單，維修容易，成本比較低[8]。本設(shè)計球磨機的傳動方式如圖2-12所示：
圖2-12 皮帶輪傳動
2.4.10 各部件密封形式的選擇
球磨機的密封點有：主軸承，襯板螺栓孔。
（1）主軸的密封
主軸密封質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到主軸承的壽命和潤滑油的清潔程度。密封的方法很多，但根據(jù)現(xiàn)場使用情況表明，采用氈圈密封已可滿足要求，而且制作簡單，更換容易，造價低廉。其結(jié)構(gòu)為：壓緊端蓋、開口氈圈及緊固螺栓組。如還嫌密封效果差，可在中空軸靠端蓋一側(cè)安設(shè)擋環(huán)。
（2）襯板螺栓孔的密封
工作中，由于鋼球的不斷沖擊，致使襯板螺栓聯(lián)接很容易松動，造成礦漿從螺栓孔處處溢。所以要注意襯板螺栓孔的密封，其結(jié)構(gòu)為：锪平的筒體螺栓孔、O型橡膠環(huán)、帶環(huán)槽的墊圈及緊固螺栓組。此種結(jié)構(gòu)密封可靠，更換容易。
第3章 球磨機工作參數(shù)的計算與選擇
3.1 球磨機的自身參數(shù)
3.1.1 臨界轉(zhuǎn)速
根據(jù)磨機的臨界轉(zhuǎn)速公式[1]
（5-1）
計算得到。
式中：D——球磨機筒體內(nèi)徑，單位m；D=0.3m。
3.1.2 工作轉(zhuǎn)速
根據(jù)球磨機最有利的工作轉(zhuǎn)速[1]：
(5-2）
計算得到58.8~68.1rpm，所以轉(zhuǎn)速選擇：60rpm。
3.1.3 裝球量
根據(jù)球磨機的破碎介質(zhì)裝載量計算公式[1]：
（5-3）
式中：D，L——分別為筒體的內(nèi)徑和長度，單位m；
D=0.3m L=0.3m
γ——破碎介質(zhì)懂的松散比重，選擇鑄造鐵球，γ=43~4.6，計算時取4.3；
φ——破碎介質(zhì)的充填率，根據(jù)資料，對于溢流型球磨機φ=0.35~0.4，
選擇充填率取 φ=0.35；
所以，取G=0.030T。
3.1.4 安裝電機功率
根據(jù)資料球磨機的有用功率可按下式計算[1]：
（5-4）
式中：L，D——磨機筒體的長度和內(nèi)徑，單位m；
γ——鑄造鐵球的松散比重γ=4.3~4.6T/m3，取T/m；
φ——破碎介質(zhì)的充填率，同上取φ=0.39；
ψ——球磨機的轉(zhuǎn)速率，；
K——隨φ值和ψ值而變化的系數(shù)；
（5-5）
所以=0.127kW。
安裝電機功率[1]
（5-6）
其中η——磨機機械傳動效率；根據(jù)資料對周邊傳動球磨機η=0.86~0.9，取η=0.89。
計算得到kW，故安裝電機功率可取N=140W。
3.1.5 球磨機裝球尺寸
從球磨機的裝球尺寸與給礦粒度之間的關(guān)系計算鋼球尺寸[1]：
（5-7）
式中 d——95%的過篩度的給礦粒度，mm。
以上公式是采用優(yōu)選數(shù)選擇處理的辦法并依靠拉蘇莫夫球徑經(jīng)驗公式求解推導(dǎo)后提出的經(jīng)驗公式，95%的過篩度選擇符合我國情況并且由于設(shè)計的小型實驗室型球磨機可以允許其公式因素考慮少的問題[6]。
經(jīng)計算，得到D=18mm。
3.1.6 生產(chǎn)率的計算
由于第二段球磨機的給礦來源于二次分級和細(xì)篩返率，其值變化較大，因此二段球磨的第二段球磨機的生產(chǎn)率按第一段球磨機的生產(chǎn)率計算，實際上一般選廠也是這樣的。
生產(chǎn)率可由下式計算[3]：
（5-8）
Q—— 磨機的生產(chǎn)率，T/h；
q——磨機單位容積的生產(chǎn)能力，此值可根據(jù)第一段球磨機的排礦粒度0.535-0mm查表[3]得q=2.34T/h/m3；
V——磨機的有效容積m3， 計算公式為
（5-9）
式中：D，L——球磨機的筒體內(nèi)徑和長度，m；
δ——襯板的平均厚度；
故v=16 m3。
——考慮物料和給礦粒度的修正系數(shù)。可根據(jù)中硬礦物，給礦粒度10~0mm，由查表[3]得=1.01；
——考慮排料粒度的修正系數(shù)?？筛鶕?jù)排礦粒度0.535~0mm查表[3]得=1.60；
——考慮磨機類型的系數(shù)?？筛鶕?jù)所選類型，查表[3]得 =0.9；
——考慮磨機循環(huán)負(fù)荷的系數(shù)。取循環(huán)負(fù)荷占原物料的比例為300%，查表[3]得=1；
——考慮磨機直徑的修正系數(shù)。取實驗?zāi)C為選廠使用的同型號球磨機，=1；
故Q=0.0082T/h。
3.2 球磨機傳動系統(tǒng)的計算
3.2.1 選擇電動機參數(shù)
選擇YCJ100—140 齒輪減速器型電動機，其參數(shù)為：
極數(shù)：4
功率：140KW
電壓：220V
頻率：50HZ
電流：0.96
起動轉(zhuǎn)距：2288mN.m
額定轉(zhuǎn)距：1040mN.m
額定轉(zhuǎn)速：1300r/min
帶減速器后額定轉(zhuǎn)速：260r/min
帶減速器后允許負(fù)載：4.1N.m
3.2.2 傳動系統(tǒng)速比的計算
傳動比計算公式為[3]：
（5-10）
式中：——帶齒輪減速器電機的帶負(fù)載額定轉(zhuǎn)速，=260rpm；
——球磨機的工作轉(zhuǎn)速
故。
3.2.3 皮帶輪小輪直徑的選擇
由于本設(shè)計選用皮帶傳動，傳動比為大小皮帶輪的比，為
（5-11）
因為，所以mm，取為92mm。
第4章 結(jié)論
當(dāng)今機械科學(xué)的發(fā)展日新月異，球磨機發(fā)展應(yīng)在以下幾個方面多加注意。
（1）當(dāng)今的社會越來越重視能源利用效率與環(huán)境保護，因此新型球磨機的研制必須在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上重點考慮降低能耗，并把對環(huán)境造成的影響降到最低。
（2）借鑒和吸收國外先進(jìn)技術(shù)的同時，積極地加以創(chuàng)新，大力發(fā)展我國自身的球磨機技術(shù)。
（3）加大在材料科學(xué)、機械制造科學(xué)及金屬冶煉科學(xué)等相關(guān)學(xué)科上的研究投入，以促進(jìn)我國球磨機及其相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。
（4）加強球磨機及其相關(guān)技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護工作，打造自主的球磨機品牌。
本次設(shè)計主要針對實驗室用的小型球磨機，便于掌握球磨機的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計借鑒了許多參考文獻(xiàn)，對球磨機的各個結(jié)構(gòu)部件都有所改進(jìn)，使其在效率有所提升的前提下壽命更長，運行更平穩(wěn)安全。
參考文獻(xiàn)
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致謝
大學(xué)學(xué)習(xí)幾年中，是我受益最多，也是感受最深的幾年。最感激的是我的導(dǎo)師 老師，細(xì)心的指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷，本課題的成功研制和畢業(yè)設(shè)計的順利完成跟王老師的悉心指導(dǎo)和幫助是分不開的。在此，對王老師致以崇高的敬意，并表示衷心的感謝!
在課題研制過程中， 給了我許多寶貴的建議，對我的課題研究起到了很大的幫助，在此對他表示衷心的感謝!最后我要感謝我的家人和所有愛我和關(guān)心我的人，正是他們的關(guān)心和愛才我有今天的成績!再次對幫助過我的老師和同學(xué)表示由衷的感謝!
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