一种新型磨盘及其制造方法

梁钱华

(四川机电职业技术学院，四川攀枝花，617000)

磨浆机是制浆造纸厂主要设备之一，磨盘是磨浆机的关键零部件，属于易损件。为了保持生产中成浆质量的稳定，则要求磨盘除了具有良好的磨浆效果外，还要具有较长的使用寿命，并且易于生产制造和维修［1］。生产中磨齿的寿命决定了磨盘的寿命，但是目前使用的磨盘结构多数为磨齿和磨盘基体一体式结构，使得磨齿和磨盘基体必须采用相同的材料制成［2］，这样不利于控制成本，而整体式的结构也不方便维修。目前使用的磨盘一般采用径向齿［3-4］或平行齿［5］，这使得同一磨盘上磨齿长短不一，给生产制造带来很大的困难。

1 结构原理

为了克服现有技术的缺点，设计了一种新的磨盘结构，其原理如图1所示。

图1 磨盘结构原理图

该磨盘被同心圆族分为若干个区域，本例中磨盘被8个同心圆在径向上分为6个区域，圆2和圆3构成疏解区Ⅰ，圆3和圆4构成磨区Ⅱ，圆5和圆6构成磨区Ⅳ，圆7和圆8构成磨区Ⅵ，Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ这3个磨区通常依次被描述为粗磨区、中磨区和精磨区，根据磨浆过程的需要，磨齿可以采用不同的齿型和间距。磨区Ⅱ的外径圆4和磨区Ⅳ的内径圆5所夹的区域为浆挡区Ⅲ，磨区Ⅳ的外径圆6和磨区Ⅵ的内径圆7所夹的区域为浆挡区Ⅴ。整个磨盘被曲线10a(b)在周向上分为2N个区域，每个区所夹的角度为β，2N与β的乘积为360°。如圆周被分为20个区，每个区所夹的角为18°，采用偶数分区的目的是为了便于磨片制造。所有曲线10a(b)均与圆1相切，该切线方向也是浆流被抛出的方向。曲线10a(b)与磨盘半径成一定夹角α，α也就是磨纹倾角，磨纹倾角一般在 7.5°～30°之间［3-4］。

2 基础结构

目前使用的磨盘通常采用铸铁或铸钢整体铸造成型，虽然材料本身价格低廉、稳定性好、不容易变形，但缺点是耐磨性差、使用寿命短;同时，由于磨盘采用一次铸造成型，造成磨盘成品率低、材料浪费等问题，因此造成高寿命磨盘的价格较高［6］。

为了克服以上缺点，本磨盘总体由磨盘基体、磨齿和齿槽3部分组成，如图2所示。根据各部分的使用性能，可选用不同的材料，因此根据实际需要只要提高磨齿和齿槽的硬度和强度即可，这样在延长磨盘使用寿命的同时也降低了磨盘的材料成本，减少材料的浪费。一般采用强度和硬度较高的合金或非合金材料作为磨齿，用相对经济的材料作齿槽，如不锈钢磨齿配碳钢齿槽，陶瓷磨齿配合金钢齿槽等。磨盘基体可用铸铁或其他经济适用材料，经焊接、扩散连接等适宜的又能满足使用强度的方法将其连接在一起。

图2 磨盘结构图

3 磨片制造方法

目前使用的磨盘一般采用径向齿或平行齿。径向齿即磨齿的排布沿磨盘径向;平行齿磨盘一般由若干磨片构成，每个磨片上的磨齿都平行于其中一道磨齿 (一般是最边缘上最长的那一道)。这两种结构有一个共同的缺点就是磨齿长度不相同，给制造和维修带来极大的不便。为了克服以上缺点，设计了如图1所示的磨盘结构，区域Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ为磨浆区，由于它们的构成方式相同，故只选择磨区Ⅱ作一说明。如图3所示，曲线10a(或10b)和曲线10b(或10a)在磨区Ⅱ内的线段与圆4上的弦11b和线段11a所围成的区域为12A(或12B)，弦11b的弦切角为 γ，线段 11a平行于弦 11b，12A(或12B)即为一个磨片，一个磨区由2N个这样的磨片组成。

图3 磨片几何定义示意图

如图4(a)所示，令四边形12A的边10b与四边形12B的边10b重合，12A的边11b(或12a)与12B的边11a(或12b)共线，由于11a与11b平行，故四边形12为平行四边形。线段10b所在的直线RC将平行四边形12分割成两个全等的四边形12A和12B，RC与半径RO之间的夹角即为磨纹倾角α，线段10a与10b之间的夹角为β。平行四边形12即为一个基本的磨片制造单元。一个磨区由N个单元构成。将磨齿14和齿槽13平行于边10a依次排列在这个平行四边形中，按照材料所适合的方式将它们固定在一起，然后沿线RC切割成两部分。通过这样的方式来保证同一磨区中所需的磨齿长度相等。其他磨区中的磨片制造方法与此相同。由于磨片的外边缘为弦而非圆弧，故每个磨区的外边缘实际上为类圆曲线，这就打破了一般磨盘为整圆的常规。该方法简单可行，制造和维修极其方便。

图4 磨片组成示意图

图5 磨盘主视图

如图5所示，磨区和磨区之间分布着z字形浆挡，能有效防止浆料短路，消除生浆片或纤维束，提高打浆的均匀度。

该磨盘的另一创新之处在于疏解区的结构。疏解区Ⅰ位于磨盘内区，是浆料进入磨浆区的入口，其内沿若干同心圆周向均布了小圆台17。这种结构增加了纤维在疏解区的停留时间。纤维在破碎区停留的时间增加，将得到更大的比容积［7］，从而使磨浆机更稳定。更多的能量被消耗在对浆料的压缩上，用于纤维研磨的能量就相对减少，从而降低了磨齿对纤维的切断作用，而浆流对磨盘的反作用力也相应减小，故而增加了磨浆机的稳定性。这种结构还增加了纤维的碰撞次数，缓和了磨盘对纤维的破碎作用，保留了纤维的长度和强度。

多个磨片可经一定的方式组成磨片组。磨片组经其上的螺栓孔18与磨盘基体连结。螺栓孔也可布置在磨盘背面，以保持磨片的完整性和清洁度，提高磨盘寿命。

［1］ 姚 俊，王 平．盘磨机磨盘间隙的测量与调节方法［J］．中国造纸，2012，31(1):67．

［2］ 张 辉，李忠正．盘式磨浆机技术研究进展与趋势［J］．中国造纸，2007，26(10):40．

［3］ 卢谦和．造纸原理和工程［M］．北京:中国轻工业出版社，2004．

［4］ 隆言泉．造纸原理和工程［M］．北京:中国轻工业出版社，2003．

［5］ 张爱芳．一种磨浆机新型磨片:CN，101590439A［P］．2009-12-02．

［6］ 朱小林．用于盘磨机的磨片及其制造方法:CN，101654888A［P］．2010-02-24．

［7］ 制浆造纸手册编写组．制浆造纸手册第六分册·机械法制浆［M］．北京:中国轻工业出版社，1993．