球磨机端盖间隙产生的机理、影响分析及解决方案

周 峰，李岩舟，黎韶敏，凌启睦

(1.广西华锡集团股份有限公司车河选矿厂，广西 南丹 547204；2.广西大学机械工程学院，广西 南宁 530004）

球磨机端盖间隙产生的机理、影响分析及解决方案

周 峰1，李岩舟2，黎韶敏1，凌启睦1

(1.广西华锡集团股份有限公司车河选矿厂，广西 南丹 547204；2.广西大学机械工程学院，广西 南宁 530004）

针对球磨机端盖法兰与筒体法兰之间间隙这一故障现象，首先介绍其在生产过程中形成的机理，并在此基础上分析由于间隙的存在对磨矿机运行状况产生的影响，包括大小齿轮啮合、螺栓的紧固等情况，最后给出了简要消除间隙的处理方法。

球磨机；钢球碎片；螺栓塑性变形；稳定运行

球磨机是在冶金、矿山、水泥、建材、化工及电力等工业部门中广泛使用的机械设备。在选矿厂利用球磨机对矿石进行最后一段粉磨，使有价矿物达到单体分离，更快更好地使矿石中的有价矿物得到富集;在磨制水泥生料时，磨机不仅要粉磨石灰石、粘土及石膏等物料，而且还要将它们混合均匀;在化工用物料及发电用煤粉的制作过程中，通过粉磨增加物料的表面积，为缩短物料化学反应的时间创造了有利条件。球磨机是物料磨碎作业的主要设备，其特点是设备投资大，能耗高，处理能力和产物粒度对后续作业的效率和整个生产的技术经济指标影响显著。因此，球磨机对国民经济的正常运转起到非常重要的作用。而球磨机作为一种重要的磨矿设备，在整个选矿过程中有着举足轻重的作用，自1893年球磨机问世以来，在工业应用发展中经历了很长时间的发展，在今后相当长的时期内仍将是矿料磨碎作业的主要设备，因此对球磨机进行深入研究仍是十分必要及有价值的[1～3]。

随着选矿技术的迅猛发展，生产效率的不断提高，以及工艺流程的不断改进，对于选矿设备来说，如何减少备件的消耗，减少停机检修率，延长设备的使用寿命，提高设备的作业率，降低选矿作业成本，己经成为广大选矿设备管理人员、工程技术人员探索研究的一个重要课题。作为选矿工艺中最主要的主体设备之一，球磨机的技术性能直接影响着整个工艺流程中的各个环节。

1 球磨机端盖间隙产生的机理

1.1 故障现象

广西华锡集团股份有限公司车河选矿厂现有MQY1500×3000和MQY2100×3000两种型号的球磨机，在多年的生产过程中以及维修磨矿机的工作中发现球磨机运行过程中经常会出现磨矿机端盖法兰与筒体法兰之间出现间隙。它会导致磨矿机端盖相对与筒体法兰产生的偏斜，进而对磨矿机的正常运行产生较大影响。球磨机作为碎磨作业的关键设备，目前存在的两个主要问题：一是，工作效率低；二是，能耗及材耗占生产成本的比重较大。磨机在正常使用过程中一半以上停机的原因是机件的磨损失效。据统计，当球磨机的效率增加1%时，磨机产量可增加3%[4]。所以正确的分析该故障产生的机理并找出解决方案，可以极大的提高企业的生产效率。

1.2 间隙产生的机理

由于球磨机针对的矿石性质以及选矿流程的原因，在正常情况下球磨机的筒体使用寿命要远大于磨机端盖的使用寿命，因此经常出现一个旧筒体要装配2～3个新端盖的情况，如图1所示。按照规定，磨矿机端盖法兰与筒体法兰的安装间隙要求不能超过0.3mm。而在实际安装过程中，由于新旧部件的结合装配问题及法兰变形等原因，法兰安装间隙往往超过这个数据。有间隙的存在，磨损的钢球碎片就有可能随机的从法兰圆周某间隙较大点锲入，锲入的碎片受到随后下落的其它钢球的冲击碰撞而不断锲向间隙深处，使得法兰间隙在这个钢球碎片及附近圆周处不断增大，进而增大了随后更大厚度的碎片锲入的机率。该段法兰间隙不断增大，相应的几个联接螺栓不断地发生拉伸弹性变形以至塑性变形。与此同时，大量矿粉塞满其间。这样使得整个磨矿机端盖发生相对于筒体的偏斜。

图1 球磨机结构图

2 间隙产生的影响

由于上述的情况的发生，磨矿机端盖相对与筒体法兰产生的偏斜，经过测量，偏斜量最大可达到10mm，最小也有2mm左右。磨矿机端盖与筒体法兰之间有如此大的偏斜会对磨矿机的正常运行产生较大影响。

2.1 影响大小齿轮啮合状况

如果端盖法兰相对与筒体法兰的偏斜量达到10 mm，通过计算可得知大齿圈的端面跳动值为14.8mm，这个数值大大超出了标准规定的1.5mm范围，影响了大小齿轮的正常啮合，从而引起磨矿机不规则振动，发出异常噪音，时间过久还会导致小齿轮基础松动，影响磨矿机正常运行和工作。在严重时，甚至会造成小齿轮轴面上的轴向压比不均匀，导致齿轮断裂。

2.2 影响联接螺栓的紧固

大齿圈、端盖和筒体法兰分别由2组各16颗M30×200螺栓联接固定在一起，另外由3颗M38×230精密定位螺栓进行定位，如图2所示。以下以普通螺栓M30×210为例论述该螺栓在钢球碎片干涉下产生偏斜以后的各项力学特征。首先计算螺栓的拉长是否在弹性变形范围内。

图2 端盖正视图

根据胡克定律，普通螺栓在规定的极限预紧力F0作用下，弹性最大伸长量为：

A为光杆横截面积，mm2

E为弹性模量，210×103N/mm2

L为螺栓受拉长度，160mm

可得到△L燮0.18mm。

而在实际中，端盖与筒体间隙狭塞钢球碎片后，螺栓伸长量从2mm到10mm不等，均超出螺栓弹性最大伸长量△L=0.18mm，即超出弹性变形范围。

再看螺栓是否超出塑性变形极限。螺栓材质为Q235，Q235钢的延伸率 δ在25%～27%之间，那么，L=160mm的螺栓塑性伸长极限尺寸为160×（25%～27%）=（40～43）mm，螺栓实际伸长量小于塑性伸长极限伸长量。

所以，普通联接螺栓在钢球碎片干涉下，长期在塑性变形状态下运行，虽然没有出现由于超过塑性变形极限而出现断裂的情况，但因出现塑性屈服而产生永久性变形。另外，因磨矿机运转强烈振动的特点，螺栓在循环脉动载荷的反复作用下，将产生疲劳失效，主要表现为轴向伸长，螺扣畸变，螺杆扭曲甚至断裂，从而失去对大齿圈的应有预紧力，导致大齿圈、端盖和筒体法兰三者的联接刚度大大降低，加剧了磨矿机振动，这种情况在磨矿机实际修理过程中经常遇到。

2.3 其他影响

除了上述两种直接不良后果外，还有一些可能产生的间接影响，比如：大齿圈的齿形变化，侧向间隙不均匀，大小齿轮啮合部位不一致，衬板间隙过大，筒体支撑波司座合金面持续发热引起的物理和化学性能的不利影响等。

3 防治措施

由于磨矿机端盖法兰与筒体法兰之间出现间隙会导致磨矿机产生种种不良后果，如何消除间隙，成为企业重点关注的问题。根据以上筒体和端盖之间出现间隙的机理可知，消除新旧部件安装时，由于配合问题产生的间隙是解决的关键点。根据实践操作可得到以下的解决方案：

（1）如果是使用旧筒体和新端盖来重新组装一台新磨矿机时，在安装调校好端盖和筒体法兰后，可在筒体法兰内延与端盖联接处加一圈直径为6～8mm的圆钢锤扁后形成的扁钢片，焊接在端盖和筒体联接处上，这样就可以有效的阻挡钢球碎片锲入到间隙中了。实践证明，这个方法是行之有效的。

（2）还有一个预防措施是：在新磨安装完毕运转一段时间后，停磨对大齿圈、端盖、筒体法兰的各个联接螺栓进行重新加固预紧，也可起到一定作用。

4 结束语

随着选矿技术的迅猛发展，生产效率的不断提高，以及工艺流程的不断改进，对于选矿设备来说，如何减少备件的消耗，减少停机检修率，延长设备的使用寿命，提高设备的作业率，降低选矿作业成本，己经成为广大选矿设备管理人员、工程技术人员探索研究的一个重要课题。作为选矿工艺中最主要的主体设备之一，球磨机的技术性能直接影响着整个工艺流程中的各个环节。本文分析了磨矿机端盖法兰与筒体法兰之间间隙产生的机理及产生的影响。并根据产生的机理给出了解决方案，有助于企业生产效率的提高。

[1]赵 敏，卢亚平，潘英民.粉碎理论与粉碎设备发展评述[J].矿冶，2001，10(2):36—41.

[2]张国旺.破碎粉磨设备的现状及发展[J].粉体技术，1998，4(3):37—42.

[3]别罗夫.勃兰德.磨矿[M].辽宁:辽宁人民出版社，1954.

[4]李启衡.碎矿与磨矿[M].北京:冶金工业出版社，1980.

[5]于金吾，李 安.现代矿山选矿新工艺、新技术、新设备与强制性标准规范全书[M].北京：当代中国音像出版社，2003.

[6]陆冠伟，王士源，肖家骅.选矿设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1988.

[7]应灵灵.球磨机介质运动规律的实验研究[D].昆明:昆明理工大学，2009.

End Cover of Ball Mill and Iits Influence Mechanism Analysis of Gap

ZHOU Feng1，LI Yan-zhou2，LI Shao-min1，LI NGQi-mu1
(1.Guangxi Tin Group Limited by Share Ltd car river ore dressing plant，Nandan Guangxi547204，China；2.College of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning530004，China)

According to the ball mill end cover and the cylinder flange clearance between the fault phenomenon,first introduced in the production process of the formation of the mechanism,and based on the analysis of the gap.The mill running status impacts,including the size of gear meshing,bolts etc..Finally we give a summary of the elimination clearance processing method.

ball mill steel ball fragments；bolts；plastic deformation；stableoperation

TD453

B

1672-545X（2013）01-0157-03

2012-10-07

广西理工科学实验中心重点项目——非线性共振式与耦合共振式振动时效新方法及其机理研究（DD010035）；南宁市科技局科技攻关与新产品试制项目——基于频谱振动的SHP2104型轧辊专用时效仪研制与开发（201102091G）；广西大学科研基金——内燃机轴系耦合动态性能研究（X081032）

周 峰（1978—），男，广西环江人，机械工程师，主要从事设备管理工作。