新型高效节能间歇式球磨机的设计

蓝天宝

（科达制造股份有限公司，佛山 528313）

1 新型高效节能间歇式球磨机简介

本机为湿法间歇式球磨机,主要用于陶瓷工业中破碎粉磨和混合各种硬度的陶瓷原料,也可用于建筑、化工行业物料的细磨和混合。

球磨机主要由筒体、主轴承、钢筋水泥支座、传动部分等组成。筒体与传动部分之间是通过一组强力三角V带连接传动起来的，三角V带一端是包在传动部分的小带轮的槽坑上，另一端包在筒体表面上。主要技术参数如下：

容积：56 m3

装料量：30 T

主机功率：132 kW

辅机功率：11 kW

工作转速：12.5 r/min

辅助转速：0.76 r/min

2 传动部分的组成

本机的传动部分主要由主电机、辅助电机、联轴器、主减速器、辅减速器、离合器、末级皮带组等组成。主电机和辅助电机用西门子电机（中国）有限公司的高效节能电机(2级能效），型号分别为：1TL0001-3AB23-3AA4-132kW，1TL0001-3DB23-3AA4-11kW；电机效率由原来的94.2%提高到95.4%。主减速箱用宁波东力传动设备股份有限公司的DLH2SH11-20模块化高精度减速器；减速器效率由原来的93%提高到95%～96.5%。

传动部分分为主传动和辅传动两部分。主传动用于实现筒体内的物料粉磨；辅传动的作用是：当下料或出料定位时，由辅助电机与小减速箱之间的制动器来实现的，由于制动器自身的自锁功能，可以使筒体转动到需要的任何位置上停止并立即制动。下料或出浆时，筒体不会产生由于重心变化等原因引起的晃动，增加安全性。另外，镶内衬时也可使用辅助传动定位。

其中主传动和辅传动只能单独进行工作，它们用一刚性离合器分开，并设有电器联锁装置。主电机采用软启动或变频启动的方法启动。

3 传动部分设计

根据现场的实际情况分析，客户现有的球磨机设备存在研磨效率低，能耗消耗大，安装可扩展空间不足等弊端。需要针对这些逐一升级设计。达到提高效率、降低能耗、节能减排的目的，同时也要满足安装空间的要求。

3.1 传动变频控制

球磨机工作过程是以介质运动为基础的，物料颗粒的粉磨过程发生在介质与介质间和介质与衬板间。介质运动分为抛落式（适应粗磨），泻落式（适应细磨），离心式（失去粉磨作用）。

图1 球磨机受力分析图

图2

根据以上三种运动方式及受力情况，为了提高球磨效率，球磨机节电器采用矢量控制计算，把力进行纵向和横向分解，使其成为转轴中的标量并加以控制，同时用模糊理论对球磨机进行追踪采样，从而调整输出转矩和速度。使其用最经济的电量达到最佳的粉磨效果。如上图所示。其综合节电率达到8%～20%。

3.2 左移传动部分设计

由于球磨机基础中心线（即球磨机筒体中心线）离厂房立柱墙只有4.5m，根据陶瓷原料设备设计规划的要求，需留有人工通道至少1m，则实际可用空间只有3.5m（见图3）。按照30T球磨机设计规范以及厂房设备规划规范，进核算球磨机基础中心线到传动部分基础最右边的距离为至少应为4.1m，小带轮的包角为180°-α=116.5°。在满足使用要求的情况下，经V带传动的设计计算，V带的数量应为24根。因此根据实际情况来设计满足客户现场的使用要求。传动部分需整体向左移动，这样必然会导致小轮的包角变小，传动效率降低，使用功率下降，对皮带的寿命和设备的使用性能下降。为了克服这一弊端，满足使用要求，左移后的小带轮包角为180°-α=103.5°。经V带传动的设计核算，V带的数量应增加为26根。保证输出功率的有效传递。其中，纵向的变化不影响使用性能和安装要求，可以忽略。

图3 左移传动部分设计

3.3 弹性柱销联轴器设计

连接两轴或轴和回转件，在传递运动和动力过程中一同回转而不脱开的一种装置。球磨机传功部分联轴器主要包含电机联轴器和带轮联轴器两部分。电机联轴器联接电机输出轴和减速器输入轴，按照JB/T7511-1994联轴器的选用计算，电机联轴器的计算转矩为T=3499.3N·m。再按照GB/T5014-1985弹性柱销联轴器设计要求，确定柱销中心分布圆直径D=220mm，柱销直径d=30mm，柱销长度为l=60mm，柱销数量为z=12件，柱销材料选用尼龙6，联轴器零件图见图4，组装图见图5；同时经核算尼龙6柱销所受的切应力小于尼龙材料的许用切应力11MPa，尼龙6柱销所受的压强力小于尼龙材料的许用压强力8MPa～11 MPa。故满足现场工况的使用要求。

图4 联轴器零件图

图5 联轴器组装图

带轮联轴器的计算转矩为T=69986N·m。再按照GB/T5014-1985弹性柱销联轴器设计要求，确定柱销中心分布圆直径D=420mm，柱销直径d=50mm，柱销长度为l=100mm，柱销数量为z=16件，柱销材料选用尼龙6，同时经核算尼龙6柱销所受的切应力小于尼龙材料的许用切应力11MPa，尼龙6柱销所受的压强力小于尼龙材料的许用压强力8～11 MPa。故满足现场工况的使用要求。

联轴器的有限元的分析，模拟校核联轴器的应力及剪切力的受力情况，如图6所示。

图6 联轴器的有限元的分析

由于球磨机采用节能变频控制，弹性柱销联轴器替代传统的液力耦合器；第一、节省成本，制造方便；第二、减少功率的损失，提高传递效率，第三、后期维护方便。

3.4 联组V带传动

球磨机的功率是通过V带传动传递到筒体上，从而带动筒体的工作运转；皮带的传动效率决定了功率的传递效率，普通单根V带的传动效率为92%～96%（绳芯结构），在实际使用过程中，根据经验总结，单根V带在配组时存在长短不一，在工作时受力不均匀，或产生跳动或产生翻带的现象，使传动功率损失，降低了传动效率。联组V带是将几根普通V带的顶面用胶帘不等距粘结而成。使用联组V带在传动中各根V带载荷均匀，结构紧凑，可减少运转中振动和横转，提高了传动效率，使用寿命周期长。

4 结语

1)球磨机传动变频控制，节省用电量，减少电量的损耗；传动部分采用节能电机，高精度减速器不仅保证了其使用要求，同时达到提高工作传动效率，节能降耗的目的。

2)球磨机传动部分左移保证了传动部分在有限的空间里满足使用要求，确保其在生产过程中稳定性与可靠性。

3)联组V带传动，提高传动效率，避免翻带、跳带现象，延长使用寿命，降低客户后期维护成本。