一种振动磨机的设计

孙佳宝

随着经济的发展，对磨机的需求不断增长，振动磨机的制造技术不断提高。近些年，单筒、双筒和三筒式等一系列新型磨机得到广泛应用。与传统的滚筒式球磨机相比，振动磨机生产效率高，能量消耗大，通过粉磨介质的高频振动使被加工物料达到加工要求[1]。

在大多数情况下，振动是无益且对机械产生不良影响的破坏因素，所以通常要避免其发生。另一方面，振动被用于生产加工中，近几十年来，振动理论及产品得到高速发展。振动磨机非常适合于岩石矿物组织的分析研究，是目前矿产试样加工行业广泛使用的细粉与超细微粉加工设备之一。振动磨机具有生产成本低、加工工艺简单、设备体积小、产品粒度均匀和环境污染小等优点[2～3]，广泛应用非金属磨矿、选矿、冶金、化工、建材及食品等领域[4]。

1 振动磨机设计要求

1.1 粉碎流程和工作原理

振动磨机物料粉碎流程 将物料放入磨机的筒体内；磨机产生高频振动使物料与介质之间碰撞、挤压，将物料粉碎；物料通过格栅筛后，从出料口排出[5]（见图1）。

图1 物料粉碎流程

振动磨机的工作原理 电源接通后，电机通过联轴器或皮带轮传动激振器中的偏心块旋转产生周期性的激振力。在激振力作用下，支承筒体的弹簧产生高频振动，筒体里的磨介和物料将产生三种运动：（1） 慢速公转运动，将物料与磨介混合均匀；（2） 高速同向自转运动，对磨介研磨物料； （3）剧烈抛射运动，将大块物料粉碎。

1.2 设计参数

筒数 T=2

筒体总容积 V=500 L

振动加速度 K= 6～（ ）8 g

入磨粒度 d≤5 mm

粉磨方式 干式粉磨

振动方式 螺旋弹簧振动

2 设计方案的确定

2.1 振动磨机的主要参数

（1） 振动强度

由G=ω2·A 可知，振强G 由振频ω 和振幅A决定。其中，振幅A 取决于激振力的大小。G 的大小和效率一般成正比例关系。当G 值一定时，ω值和A 值与原料的粒度和产品的细度之间存在一定关系：当待破碎物料尺寸较大时，应选择比较大的A 值和较小的ω 值。

（2） 粉磨介质填充率

若要得到理想的加工效果，应提高磨介的数量和表面积，通常采用调节磨介填充率和磨介配比的方法。H.E.罗斯的研究表明：磨介填充率一般可以在60%～85%范围内选择（见图2），粗磨时选择较小值，细磨时选择较大值[6]。

图2 磨介质充率和粉磨效率的关系

2.2 振动磨机整体结构设计

振动磨机的基座通过地脚螺栓固定在地面上，电机通过联轴器与主轴1 相连接，主轴1 和主轴2上各安装两个相同的偏心块，主轴和偏心块采取键连接。主轴1 通过十字轴万向联轴器同主轴2 连接。两主轴共安装有4 个轴承，轴承安装在轴盒中，轴盒焊接在两个支撑板之间。每个偏心块都设有防尘罩，用螺栓安装在支撑板上。

筒体布置方式分卧式和立式两种，卧式筒体并列布置，立式筒体上下布置。本文设计的振动磨机采用立式结构（见图3）。筒体立式布置的优点：（1） 结构紧凑，占地面积小；（2） 功耗低，产量高；（3） 工作流程简单，操作便捷。

图3 振动粉磨机整体结构

3 主要零部件设计及选择

3.1 筒体设计

筒体是不可换零件，选用材料既要保证工作的安全性与可靠性，又要确保使用寿命满足设计要求。

由于筒壁内应力是磨机工作中产生裂缝的主要原因。因此，在筒体焊接后必须进行消除应力热处理。

图4 筒体设计

3.2 激振器偏心块设计

偏心块是激振器的关键部件。在振动磨机上布置有两个相同的激振器，每个激振器设有两个偏心块，在磨机运转时承担相同的载荷。磨机的主轴通过键与偏心块连接，带动偏心块旋转，提供粉碎物料的激振力。

偏心块采用同种材质制成，面积和形状确定，所以偏心距可以确定。每个偏心块由两个轴承支撑，故用Q235-A 即可满足使用要求。

笔者在偏心块上布置10 个螺栓孔，通过添加配重材料调节偏心块质量，以便控制激振力的大小，调节激振频率（见图5）。

图5 偏心块设计

3.3 粉磨介质选择

粉磨的介质设计要素包括：材料、几何形状、配比、冲击力等，磨介材料的选择取决于物料的化学性能[7]。磨介较常见的几何形状有短圆形，圆柱形，球形，棒状形等。在超细和精细粉磨加工中通常选用粉磨效率高的球形磨介。磨介的球径与配比是关键参数，应尽量选择磨介表面积大的磨介。磨介的密度越大，对物料的冲击力也越大，粉磨效率越高。磨介硬度通常比物料大3 倍以上，此外，还要保证磨介与物料易分离和环保（见表1）。

表1 磨介的选择

4 结 语

本文设计的双筒振动粉磨机属于偏心式振动磨机，由偏心块使粉磨机筒体产生椭圆形的运动轨迹，能够大大提高筒体内物料和磨介的转动速度，将能量低区域的物料快速转移到高能区域，改善磨腔内部的能量分布。

本文磨机激振器可以通过两个方向将能量传递给物料和磨介，而且本磨机运行的平稳性与传统磨机相同。这样既增加能量的输入，又克服传统磨机存在中心低能量区的缺点，提升粉磨效率。此外，由于振动强度的降低减小对系统弹簧和轴承等的冲击，提高设备的使用寿命及可靠性，降低噪声污染。