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下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 1 绪 论 题背景及目的 丰富多彩 的大学生活即将结束， 为了总结大学四年来所学的知识，学校组织我们做毕业设计， 毕业设计是大学学习课程 的综合 ， 是对我们四年来所学知识的一次全面考察，是大学各门知识的一次综合运用。 毕业设计需要我们充分运用大学所学的各门理论知识和毕业实习的生产实际知识去分析和解决生产问题，培养我们正确的设计思想和分析问题，解决问题的能力 ， 并能综合反映我们的计算，绘图，查阅资料，熟悉标准和规范，了解国内外信息等基本技能。 毕业设计也是为我们将来参加工作打下一个良好的基础。通过毕业设计，我们 不仅能锻炼设计能力，而且也能开拓思维能力。在毕业设计开始，我们先进行了毕业实习，对 鞍山钢铁集团 东 鞍山烧结厂进行了参观实习。在实习的过程中，我们在现场师傅的讲解下，对球磨机有了大概的了解。球磨机也是现代矿山机械中一个非常重要的设备。我们的任务是通过所学的理论知识来设计球磨机。 因为实际条件有限，我们的设计只是经过相关理论与经验公式的推导 ， 来设计我们所选的 球磨机 ,经过理论校核检验是否达到设计要求。 内外 球磨机 的发展状况 及研究成果 球磨机 是选矿厂生产的关键设备之一 。在矿山建设时期，球磨机的设备及基建投资约占选矿厂破磨设备总投资 的 50%；在矿山生产期间，球磨机的能耗 (电耗和材料 )同样占全部破磨作业的 50%以上。同时，在矿山生产中 ,球磨机作为主要的生产设备，其运转率和效率常常决定了全厂 (系列 )的生产效率和指标，成为全厂生产的“咽喉”环节。因此，无论设计院在设计阶段对球磨机的选择还是矿山企业在生产阶段对球磨机的管理都十分重视。同时许多球磨机的设计研究单位和生产厂家也对球磨机进行了很多研究工作，取得了很大进展，出现了多方面的研究方向。 因为球磨机处理能力和产物粒度对后续作业的效率和整体生产流程的技术经济指标影响显 著，所以，有关球磨机的研究在国内外一直受到广泛关注和高度重视。近年来，随着矿山规模的扩大，在开采大规模、低品位矿床时如何缩短工厂流程配置、提高处理能力以减少基本投资和生产成本，一直是众多矿厂追求的目标，这就对各种磨机规格的下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 大型化发展趋势提出了迫切的要求，使其成为国内外研究的热点。 球磨机传动方式的发展大致经过了三个时期 ： 第一时期 (或称第一代 ) 传统的球磨机。 传统球磨机经历了相当漫长的历史时期 ， 其基本结构特征是 ： 在球磨机的筒体上安装有一个直径大于筒体直径的大齿轮 ， 拖动电机的动力通过减速机减速后 ， 通过与大 齿轮啮合的小齿轮传递动力并再次减速的开放式周边齿轮传动方式 ， 带动球磨机筒体运转进行磨矿作业 ， 而机器的工作筒体是支承在两端的用巴氏合金制成的滑动轴承上。 第二时期 (或称第二代 ) 圆锥型球磨机 。 这类球磨机于 20 世纪 80 年代末出现 ,其基本结构特征是 ： 其传动方式仍采用传统球磨机完全相同的开放式周边齿轮传动方式 ， 不同之处是机器工作筒体支承在两端的滚动轴承上 ， 该机还在出口端增加了一段锥体段。这种传动方式较传统球磨机具有了明显的节能效果。 第三时期 (或称第三代 ) 中心传动节能球磨机 。 这类球磨机由中南工业大学与衡阳 冶金矿山机械厂合作于上世纪 90 年代初研制成功 ， 并取得了国家专利 (专利号91212025 8)。近些年推广应用很快 ， 用户和生产厂家的发展都很快 ， 已经实现了系列化生产 。 该机采用了多项新技术 ： 一是取消了周边啮合的大 、 小齿轮对 ， 将传统的开放式周边齿轮传动方式改为密闭式中心传动 ； 二是在电动机与减速机的主动轴 (高速轴 )之间采用了液力偶合器来传递动力 ， 使电机能够在无负荷的情况下实现“软起动 ”； 三是与圆锥型球磨机一样地采用了大型滚动轴承代替传统球磨机的巴氏合金滑动轴承。 （如图 1 所示） ！ 所有下载了本文的注意：本论文附有 纸和完整版 说明书，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（ 箱），或加 3753222，最后，希望此文能够帮到你！ 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 图 1 中心传动球磨机示意图 与此同期的还有橡胶托辊式摩擦传动球磨机，该机由国外引进并于 1997 年在国内研发试用，至今推广应用的实际用户还不多。该机的基本结构如图 2 所示，它的结构类似于传统的圆筒型洗矿机，只是稍稍改变了传动方式。它采用高 强度轮胎与筒体之间摩擦传动从而带动筒体转动，其支承方式从根本上还是采用滚动轴承，比较滑动轴承来说，肯定要节能一些，该机尚处于研究试验阶段。 专家 认为：由于传动的摩擦力有限，所以该机难以实现大型化。 图 2 橡胶托辊式摩擦传动球磨机示意图 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 ）料螺旋管 传统球磨机的缺点是显而易见的：它采用开放式周边齿轮传动，在大、小齿轮副的啮合面上，由于安装的偏差、工作环境的粉尘、加工精度、润滑体系等原因 ， 很 难得到良好的润滑效果。于是造成的后果就是 ： 大、小齿轮副的啮合面往往啮合不好、润滑不好、噪声大、能耗高 ； 大、小齿轮的磨损严重 ， 备件消耗成本高 (一般大齿轮的作用寿命为 24 年 ,小齿轮的使用寿命仅几个月 )。它的两端中空轴承座采用的是巴氏合金滑动轴承 ， 而滑动摩擦阻力肯定远远大于滚动摩擦阻力 ； 且滑动轴承采用稀油润滑 ,在起动的瞬间润滑油膜尚未形成 (或者合金球面的油槽加工不好或堵塞 ),其滑动摩擦阻力就更大 ，更增大了起动阻力、运转阻力和负荷 ， 甚至有时还出现“烧瓦”现象 ， 既增加了电耗 ，也增大了对电网的冲击和影响 。 还有一个不容 忽视的问题 ,因为它的大、小齿轮的啮合面往往也是采用稀油滴注的方式进行润滑 ， 残油的处理问题一般都没有得到很好的解决 ，生产场所常常油污“横流” ， 既严重污染环境也增加生产成本。 圆锥球磨机在传统球磨机的基础上作了一些改进 ， 这是基于大型轴承生产技术的发展而取得的成果。它采用了大型滚动轴承代替传统的滑动轴承由于滚动磨擦阻力明显小于滑动磨擦阻力 ， 因此圆锥球磨机比传统球磨机具有明显的节能效果。但是 ， 它仍然保留了传统的周边齿轮传动方式 ,由大、小齿轮的所带来的相关问题仍然继续存在。 中心传动节能球磨机 (如图 1 所示 )之所以能够 称为“第三代”球磨机 ， 是因为它在上述的问题上都分别采取了相应的技术应对措施 ， 于是它就具备了几方面的优点 ： (1)由于该机采用了与传统球磨机完全不同的闭式传动方式 ， 它巧妙地将排料部与联轴器相结合 ， 减速机的输出轴直接带动球磨机的筒体转动进一步改善了传统系统的润滑效果。避免了大、小齿轮在开放的大环境下难以保持良好润滑的情况彻底避免了与大、小齿轮相关联的一切问题。 (2)与圆锥球磨机一样 ， 它同样采用了大型滚动轴承代替传统的滑动轴承 ， 轴承体采用润滑脂润滑 ， 大大减少了磨擦阻力 ， 且油耗极低、操作极为方便 。 因此它的节能效果十分显著 ， 其电机功率较传统球磨机减少了 10 9%40 5%,油耗减少 80%以上。详细比较见表 1： 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 表 1 中心传动球磨机与传动球磨机电机配置功率对照表 球磨机功率 (中心传动球 磨机功率 (传统球磨机功率 (节能率 (%) 900 900 11 15 900 1800 15 22 1200 1200 0 1200 2400 37 55 1500 1500 37 60 1500 3000 75 95 2100 2200 132 155 2100 3000 185 210 3)任何事物都是一分为二的。正是由于它采用中心传动方式，当设备规格大型化时，其起动阻力矩和工作力矩都非常大，这时对联轴器材料的机械强度要求就非常高，因此在大型化、超大型化方面受到一定的限制。 球磨机 的 衬板除了承受研磨体与物料的冲击和磨损之外 ， 还有提升研磨体的作用。随着物料粉磨技术的快速发展 ， 球磨机趋于大型化 ， 对衬板材料的性能也提出了更高的要求 ， 提高其耐磨性是研究的重点。 目前球磨机 中广泛应用的衬板材料主要有以下几类 ：（ 1）高锰钢；（ 2） 高铬铸铁 ；（ 3） 中碳钢 ；（ 4） 橡胶 。 其中橡胶衬板具有以下优点：（ 1）同型号球磨机内部有效工作空间增加 ；（ 2）球磨机自重小，为石质衬板的 50左右，工作电耗大大降低；（ 3）工作噪音低；（ 4）使用寿命长，更换容易。 目前，世界上生产大型球磨机的主要生产厂家有 ： 丹麦 团旗下的司 (由其子公司 、澳大利下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 亚 司和 司、芬兰 司 (1988年并购了原美国 德国 司和日本的川崎重工等。世界各国在球磨机产品研发制造方面投入大量人力和物力，不断地改进产品的结构，提高制造质量，加强耐磨材料的研究，延长易损零部件和筒体的使用寿命，进一步改进筒体结构，不断使筒体直径和长度增大，以及齿轮传动系统、轴承系统、自动化控制系统等方面不断更新进步，充分发挥磨矿设备的生产能力，努力提高设备机械化和自动化水平，研制大型化、智能化、高生产率和高效率的磨矿机械。例如，磨机驱动系统的主要制造商有瑞士 司，其在 无齿轮磨机驱动 (方面尤为擅长；在轴承系统方面和控制系统方面，我国近几年来也获得了较好的发展。 下面简要介绍国际一些公司的产品及主要技术参数： 1998年末，澳大利亚 机容量 2 4500的球磨机 (钢球介质直径为 65用双边齿轮啮合传动 )投入运行，它们与一台 12.2 m，装机容量 20000理能力为 2065t/h，碎磨矿物粒度可达 秘鲁的 锌矿制造的三台 磨机 (下所提到的磨机驱动方式均采用 2001年 6月投入运行，其装机容量 11200，筒体 转速为 11.8 r/智利 台 002年 12月投入运行，其装机容量 13430，筒体转速为 系统处理能力为 4583t/h。其为世界第四大铜矿 智利的 机容量为 15 500，筒体转速为 r/在 2004年 11月交工试运 转，它们与一台 12.2 m、装机容量 21000理能力达 65000t/h。据有关报道 ， 矿公司 (供破碎和研磨设备该订单包括提供 4台 14500 2007年第四季度交货。 南非的 矿制造的两台 机容量为 17500 的球磨机预计于 2007年底交付使用，这是迄今世界上装机容量最大的球磨机。 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 题的研究内容及方法 此次设计内容是 球磨机的 设计，根据生产实际对易于发生故障的部件进行了 设计，分析，改造和校核。 各种类型的球磨机、棒磨机和砾磨机的构造基本相同，它们之间仅是个别不见不同而已。球磨机主要由筒体部、给矿部、排矿部、轴承部、传动部和润滑系统组成 （如下图所示） 。其中，传动系统是本文设计校核的重点。 传动系统包括减速机、齿轮座、联接轴、联轴器等部件组成。 图 1子型 球磨机俯视图 设计的方法是： 首先，进入鞍钢 集团 东鞍山烧结厂参观实习。在感官上认识这次所要设计的 设备 。在那里我们通过参观和 现场 师傅的认真讲解，对我所设计的球磨机的传动系统有了初步的了解。熟悉了球磨机的工作情况及传动系统的传动方式。 然后，通过查阅材料和计算确定球磨机的主要参数，然后根据主要参数来设计球磨机的传动系统。 最后，确定 球磨机 等部件的结构参数并 校核 ，完成图纸绘制及说明书、论文。 通过毕业设计，我们把大学中学到的知识真正应用到实际，在设计中我们不但使所学的专业知识得到了具体应用而且还用到了很多以前所学的 基础知识。毕业设计是我们工作的第一步。因此，我们要好好的完成毕业设计，在设计中我们要逐步培养独立分析问题、解决问题的能力，熟练掌握设计过程。 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 2 总体 方案设计 矿机的主要类型 筒式磨矿机的类型 圆 筒式磨机有四种分类方法 ： (1)按筒体内装入破碎介质的种类不同可分为 ： 球磨机 ： 以金属球作为破碎粉磨介质；主要有格子型和溢流型两种，在开路或闭路磨矿流程中对物料进行干磨或湿磨。对于溢流型球磨机来说，内径与其筒的长度一般： L=(；特点是重载荷、转速低、启动转矩大。 棒磨机 ： 以 金属棒作为破碎粉磨介质；棒与棒间具有“筛分分级”作用，故棒磨机具有较强的“选择性磨碎”特性。 砾磨机 ： 以砾石作为破碎粉磨介质；被磨物料严禁铁质金属混入，有用矿物很软，多用于化工、陶瓷等工业。 自磨机 ： 用被磨矿石自身作为破碎粉磨介质。也称无介质磨机，为了防止自磨机工作时发生物料偏析现象，因而筒体的内径较大，筒体长度较小，两者的比值不是常数，是随着筒体内径的变化而变化。又分为干式自磨机（一般用 42 和湿式自磨机（一般用 3两种。 (2) 按筒体形状不同可分为 ： 短筒型磨机 ： 筒体长度 ，即 L D (如 图 2,a 种磨机在选矿厂中被广泛采用。 长筒型磨机 ： 筒体长度 L=（ )D(如图 2c)； 圆锥型磨机 ： 筒体长度 L=(如图 2由于该机充填率低，磨机利用率不充分，磨矿效率较低，所以目前只有在少数选矿厂或其他工业应用。 管磨机 ： 筒体长度 L=( (如图 2 对于开路磨矿系统，取 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 图 2旋转园筒式磨机类型 L=(,对于闭路磨矿系统，取 L=(物料在筒体内受磨碎的时间较长，可获得很细的粒度。筒体内分为二、三或四个不同长度的仓室时称为多仓管磨机，广泛地用于水泥工业中。 (3)按排矿方式的特点可分为： 溢流排料磨机 ： 排料是通过中空轴径自由溢出 (如图 2-1 a,b,d)； 格子排料磨机 ： 在排料端盖上设有格子，产品通过格子强制而排出 (如图 2 周边排料磨机 ； 产品通过筒体周边的排料口排出 (如图 2目前很少采用。 （ 4）按粉磨作业特 点可分为 ： 湿式磨机 ： 给矿的同时加入水，粉磨成一定浓度的矿浆而排出，在闭路系统中与水力分级设备组成闭路 ； 干式磨机 ： 排矿有的用风抽出，筒体与风力分级装置组成闭路 :有的用自流排出(如水泥磨 )。 上述各种分类中，主要是第一分类，其它分类可用来区分各方面的不同特点。 球磨机可以处理任何性质的矿石，其给矿粒度视选矿厂最后一段破碎机排矿粒度可能达到的又是比较经济的粒度而定，一般小于 15矿越小产量越高。间，多用于细磨，有的也用于粗磨。棒磨机多用于粗磨，主要用来获得粒度 为 3下的粒状产品，它的给矿粒度一般为 20右。 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 砾磨机磨矿不用金属粉磨介质，可以节省大量的金属，因此应用越来越广。 大型自磨机可直接处理 600下的物料，一次磨到有用矿物单位分离的细度，因此它可同时完成中、细碎和粗磨作业。 旋转筒式磨机的规格以筒体内径 D (不算衬板 )筒体长度 L 表示，如智能型流球磨机，是指筒体内径 5030筒体长度为 6700 转筒式磨矿机的工作原理 图 2- 2 为磨机的结构示意图。它有一个圆形筒体 1，筒体两端有端盖 2,端盖的轴颈支承在轴承 3上，电动机通过装在筒体上的齿轮 4使磨机回转。在筒体内装有介质 (球或棒 )和被磨物料。其总装入量为整个筒体有效容积的 25当筒体回转时，在摩擦力和离心力的作用下，介质被筒体衬板带动提升。当提升到某一高度后，由于介质本身受重力的作用，产生自由泻落或抛落，从而对筒体内的物料进行冲击、研磨和碾碎。当物料达到要求后，便从筒体另一端中空轴颈口排出。 各种磨矿机可用于湿磨，也可用于干磨。在湿磨时，物料随着水流流出，并且湿磨有很多优点，例如生产率高，通常比干磨高 30%，产品过粉碎现象少，因此在我国几乎各选 矿厂都用湿磨。干磨时，物料是靠抽风或自然排料方式排出，多是对于某些忌水矿物，或因气候条件不宜用水的场合或干旱缺水地区，采用干磨作业较为合适。 1 2 3 4图 2磨机结构示意简图 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 体思路的选择 根据产品粒度的要求，属于细磨，所以我首先选定的磨机为 格子型 球磨机 ，传动方式为大小齿轮周边传动，筒体支承方式为 静动压 轴承 支承 ，排矿方式格为格子排矿 。溢流型球磨机与格子型球磨机的构造基本相同，其区别仅在于筒体内无排矿格子。 格子型球磨机与溢流型球磨机相比 较，具有 以 下优点：排矿口矿浆面低，矿浆通过的速度快，能减少矿石过粉碎，装球多，不仅可以装大球，同时还可以使用小球，由于排矿端装有格子，小球不会被矿浆带出筒体，并能形成良好的工作条件。格子型球磨机比同规格的溢流型球磨机的产量高 2030%，并能省电力 1030%。它的缺点是构造 较 溢流型球磨机稍复杂。 要部件概述 体 部 筒体部由筒体、法兰盘、衬板、螺钉和人孔盖等构成。筒体部是磨机的主要部件，是由钢板焊接而成的。为了便于更换衬板和检查筒体内的情况，筒体上留有两个对称配置的人孔，人孔用盖子密 封，盖子则用螺钉固定在筒体上。筒体上两端盖焊有法兰盘，法兰盘的止口和端盖靠合，用销钉定位，然后用螺栓均匀 地 拧紧 。衬板用螺栓把合在筒体上，为了防止矿浆磨坏筒壳，衬板在筒体内错开排列。衬板和筒体之间垫有耐热耐碱橡胶板，有缓冲钢球对筒体的冲击和有助于衬板与筒体内壁紧密贴合的作用。为了防止料经沿螺钉孔流出，在螺帽下面垫有密封圈和锥面垫圈。磨机内衬板除保护磨机主件不被磨损外，它还有提升介质的作用。 矿部 给矿部的作用是将被磨物料和分级返砂迅速给入磨机中。给矿部是由带中空轴颈的端盖、联合给料器、扇形衬板和 轴颈内套等组成。端盖内表面上敷有扇形锰钢衬板，各衬板之间留有一定间隙颈（约 15以便于安装和拆卸，衬板 用螺钉直接固定在端盖上。中空轴颈内镶有一个内表面带有螺旋叶片（也有不带螺旋叶片的内套，主要根据中空轴颈粗细而定）的铸造内套，它们中间垫着衬垫 ，内套保护中空轴颈不受磨损，螺旋叶片随筒体旋转而把物料送入筒体内，为了防止 内套和筒体相对转动，用螺钉把它固定在中空轴颈的端部，给矿器则用螺钉固定在内套的端面上 。 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 矿部 排矿部的作用是将已磨好的料浆能及时排出去，避免过磨，提高产量。排矿部由带有中空轴颈 的端盖、格子衬板、中心衬板、楔铁和轴颈内套等零件组成。在端盖的内壁上铸有放射形的筋条，相当于隔板。每两根筋条之间有格子衬板，并用楔铁挤压住。楔铁则用螺钉穿过壁上的筋条固紧在端盖上。在中心部分是利用中心衬板的止口托住所有的格子衬板。在中空轴颈内镶有内套。内套在排矿格子的一端制成喇叭形叶片，以引导由隔板掬起的矿浆顺着叶片流出。 承部 轴承部由轴承座、轴承盖、表面浇铸巴氏合金的下轴瓦和销钉等组成。轴承座和下轴瓦是球面接触。下轴瓦做成凸形的球面，而轴承座为凹形球面，便于自动调心，以避免中空轴颈和轴瓦形 成局部接触。为防止轴瓦转位过大而从轴承座中滑出，在轴承座和轴瓦的球面中央放在一个圆柱销钉，销钉的下部牢固地固定于轴承座上，上半部则与轴瓦的钉孔保持一定间隙。轴承盖用螺钉固定在轴瓦上。 轴承部 采用静动压轴承，是一种既有静压浮生作用又有动压润滑的轴承。在磨机启动前及停磨时，向轴承内供入高压油，浮起回转部，此时静压起作用；磨机正常运转时10 分钟后，停止供高压油，启动压作用，称为静动压轴承。磨机启动前供入高压油，将磨机回转部浮起，约 低了启动负荷，减少了对磨机传动部的冲击，也可避免擦伤轴瓦， 提高了磨机的运转率。磨机停止运转时，供入高压油，将轴颈浮起，轴颈在轴瓦中逐渐停转 ，延长了轴承的使用寿命。 轴承的作用是支承磨机回转部，左、右两个主轴承 结构形式相同，轴承衬与中空轴的包角呈 120 ，摩擦面上铸有轴承合金，轴承衬与轴承座之间呈鼓形面接触，当磨机回转时可以自动调心，每个主轴承上装有二个 铂热电阻，当轴承温度大于规定的温度时，能自动停磨。 动部 传动部由小齿轮装置、齿轮罩、大齿轮等部分组成。传动轴承在两个双列调心滚柱轴承上，齿轮是直齿圆柱齿轮。为了防尘，用防尘罩将齿轮副密封。由于采用低速 同步电动机驱动，使传动系统简化，即由电动机通过联轴器直接带动小齿轮，小齿轮与大齿下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 轮啮合而使筒体旋转。球磨机大小齿轮润滑采用自动喷射润滑系统。为了维修方便，传动部中可以加入慢速装置。磨机检修及更换衬板时使用，当停机超过 4 小时以上时，筒体内的物料有可能结块，在启动主电机前应用慢速装置盘车，达到松动物料的目的。启动慢速装置时，主电机不能结合，主电机工作时，慢速装置不得接合，两者是连锁关系。启动慢速装置前，必须先开启高压油泵使中空轴顶起，防止擦伤轴瓦。 滑系统 集中润滑油站是由油箱、油泵、电动机、过滤 冷却器及油管等所组成。润滑油被油泵从油箱中抽出后，经过过滤冷却器去尘渣并冷却，然后沿四条油路进入两主轴承和传动轴的轴承中。回油则由较粗的回油管流回油箱。 高压及润滑油站是保证主轴承 正常润滑的装置，由高压和低压两个系统组成，低压系统保证主轴承上部的正常淋油润滑，高压系统的作用是保证在磨机开机前（或停机前）的一段时间供给高压油，将回转部顶起，建立一定厚度的静压油膜，实现静压顶起。 磨机内粉磨介质的运动状态 在磨矿机中，破碎介质的运动状态与筒体的转速和破碎介质与筒体衬板的摩擦系数有关。 粉磨介质的运动， 是与靠磨机衬板与粉磨介质之间的摩擦力和磨机旋转时产生的离心力的作用，使他们紧贴着筒体内壁旋转和提升。在旋转和提升的过程中，往往又因为各种条件的影响而产生不同的运动状态。按磨机的不同转速而有不同的运动状态， 破碎介质在筒体中的运动状态基本上有三种：泻落式运动状态、抛落式运动状态和离心式运动状态。 b 泻 落 式 运 动 状 态 b - 抛 落 式 运 动 状 态 图 1 - 3 破 碎 介 质 的 运 动 状 态心式运动状态（ 1） 泻落式运动状态（ 图 1磨矿机在低速运转时，全部介质顺筒体旋转方向下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 转一定的角度，自然形成的各层介质基本上按同心圆分布，并沿同心圆轨迹升高，当介质超过自然休止角后，则象雪崩似地泻落下来，这样不断地循环。在泻落工作状态下，物料主要因破碎介质互相滑动时产生压碎和研磨作用而粉碎。 （ 2）抛落式运动状态（图 1当破碎介质在高速旋转的筒体中运动时，任何一层介质的运动轨迹都可以分为两段：上升时，介质从落回点到脱离点是绕圆形轨迹运动的，但从脱离点到落回点，则是按抛物线轨迹下落，以后又沿圆形轨迹运动，反复循环。抛落式工作时，物料主要靠介质群落下时产生的冲击力而粉碎，同时也靠部分研磨作用。球磨机就是采用这种工作状态。 （ 3）离心式运动状态（图 1磨矿机的转速越高，介质也就随着筒壁上升的越高。超过一定速度时，介质就在离心力的作用下而不脱离筒壁。在实际操作中，如遇到这种情况时，即不发生磨矿作用。 当球磨机开始工作时，由于离心力和摩擦力的作用，球与筒体一起转动。任何一层球的运动轨迹为以筒体中心为中心，以 R 为半径（球所在回转层的半径）的圆周。当球与筒体一起转动而被提升到一定高度以后，因球的离心力小于球的向心分力，此时，球就以初速度（筒体的圆周速度）离开筒壁作抛物线运动，下落后，重又回到圆的轨迹上。在运转过程中，球在球磨机内即按圆与抛物线的轨迹周而复始地 运动着。 本次设计的球磨机的破碎介质的运动状态为抛落式运动状态。抛落式运动工作时，粉磨介质主要靠介质群落下时产生的冲击力而破碎，同时也靠部分研磨作用。 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 3 球磨机主要参数的分析计算 磨机筒体的一般尺寸 筒体的有效直径： D= L=（ ） D，取 L= 磨机转速的计算 磨机的临界转速 当球磨机筒体的转速达到某一数值 ，使外层球的断离角 =0，介质的离心力等于介质本身的重力，在理论上粉磨介质将紧贴在筒壁上，随筒体一起回转而不会将落下来，在 此情况下，球磨机的转速叫做临界转速。 m i (3由于此临界数值是在假定条件的基础上推导出来的，因此，理论上求得的临界转速并非实际的临界转速。球磨机的临界转速主要取决于粉磨介质的装入量和衬板表面的形状，实质上 是取决于介质与介质的，介质与衬板之间的相对滑动量的大小。所以，球磨机理论临界转速只是标定磨机工作转速的一个相对标准。 磨机的实际工作转速 为了使球磨机正常进行粉磨工作，球磨机的工作 转速必须小于临界转速。球磨机一般是按“抛落”状态工作。实现这种工作状态的工作转速有很多，但其中一定有最有利的工作转速。 球磨机的最有利的工作转速应该保证球沿抛物线下落时的高度最大，从而使球在垂直方向获得最大的动能来粉碎矿石。由此，可确定球磨机的最有利的工作转速。理论工作转速是从粉磨介质能够产生最大粉碎功的观点推导出来的。这个观点没有考虑到粉磨介质在随筒壁上升的过程中，部分介质的滑动和滚动的现象。这会影响介质的提升高度，即真正最大的粉磨功。但在实际生产中，考虑转速不能单纯从得到最大粉磨功的观点出发，因为物料的粉 磨既有冲击破碎，还有研磨作用。 所以要从达到最佳经济指标的观点出发，即要求磨机的生产能力最高，单位产量功率消耗最小，粉磨介质和衬板的磨碎消耗量最小。 在确定磨机实际工作转速时，应考虑磨机的直径、生产方式、衬板形状、介质种类下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 和装添量、粉磨物料的性质、入磨粒度和粉磨粒度等因素的影响。对于大直径球磨机，实际工作转速较为低些，约低于（ n；对于 湿式磨机，由于水的润滑作用，从而降低了介质之间、介质与衬板之间的摩擦系数，产生较大的相对滑动。因此，在相同条件下， 湿式磨机应比干式磨机的转速略高。带有凸棱的衬板表面，能减少介质的相对滑动量，增加其相对提升高度，其实际工作转速应比用平滑衬板低些等等。 在理论上，球磨机最有利的工作转速为： 0%)88%76( 综合上述因素，取085.0 ，则： m (3磨机内球的脱离点轨迹计算 任取一垂直截面，如图 3示。当筒体回转时，筒体内的钢球在离心力的作用下随着筒体作 圆周运动，其运动方程式为： (3式中 R 筒体内半径，米 当球随着筒体沿圆形轨迹运行到 A 点时，作用在球上的离心力 C 等于球重 G 的径向分力 N，而且其切向分力 T 被后面的一排球的推力作用所抵消。如球越过 A 点 则球就以切线方向的速度 v 离开筒壁沿抛物线轨迹下落。故可以得到球的脱离点轨迹： ( y22900n ) 2 = (22900n ) 2 (3式中 n 筒体的转数，转 /分； 已算得筒体转数 n = 20r/ ： ( y2202900 ) 2 = (2202900 ) 2 (3下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 (y 2 = 公式 3示筒体内各层球由圆运动转入抛物线运动是，脱离点的轨迹以 ， 圆心，圆的直角坐标方程式。由此可知，各球层脱离点的位置随筒体转数的不同而变化。当筒体转数不变，已知球层半径，脱离角为一定值。公式 3球的脱离点的轨迹方程式。 的落点轨迹的计算 球从 A 点离开筒壁，以初速度 v 与水平成一角度抛出而沿抛物线轨迹运动，最后 落到筒壁上的 B 点（图 3 B 点称为落点称为落角。 取 A 点为 标的原点，则对该坐标可写出球沿抛物线运动的轨迹方程式为： 2c o n (3对 标，球沿圆周运动的轨迹方程式为： 222 )c o s()s (3落点 B 的位置就是 两运动轨迹的交点。将公式（ 3公式（ 3立解之，可得 2c o ss X B c o ss i 式中 R 筒体半径， R = 断离角，取当处于最有利的工作条件， = 5440； 则： 4 0 0 = B = 4 0 0 = 3 - 2 球 的 落 点 轨 迹纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 落角 = 3 90 = 35440 90 = 7406 由此，从图 3可以明显看出：从球的断离点到它的落点的圆弧长度，以及与它相适应的圆心角等于 4。球的断离角 越大，其落角 也越大。此 角决定了落点 的循环次数的计算 球在球磨机中运动一周的时间 并不等于筒体旋转一周的时间。球在圆的轨迹上运动的时间是： 360601 s (3 球在抛物线轨迹上运动的时间是： i n (i i s (3球运动一周的全部时间是： t 1+ (3当球磨机旋转一周时，球的循环次数是： j =0 0=)0 =转 (3式中 t 筒体回转一周的时间， t = 由此可见，球的循环次数取决于断离角 。球磨机筒体转速不变时，球的循环次数是随球所在回转层的位置而异。同一层球的循环次数，随转速的改变而变化，转速愈高， 角愈小，因 此，在筒体转一周的时间内，循环的次数也愈小。达到临界转速时 =0，因此，在筒体转一周的时间内，求也回转一次。 以上是利用数学公式分析的方法来讨 论钢球在筒体内的运动情况，因而导出一些用试验方法进行观察时所不易得到的结论和参数关系。实验证明，理论和实际是相似的。其实际运动情况与理论间存在的差异主要是钢球在筒体内的运动并不像我们在推导数下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 学公式时所假定的那样，事实上，各层钢球之间并非互相静止，而是有滑动现象存在。 磨机中介质充填率 的计算 球磨机运转 过程中介质装入量及其运动形态是直接影响筒体受力的主要因素，介质的运动形态又主要受介质装入量和介质的形状、尺寸、配比和磨机转速、衬板形式、磨机中物料量及其流变特性等因素制约。通常把介质的装入量用介质充填率表示，介质充填率是指磨机静止时介质所占筒体有效容积百分数，介质充填率的多少是磨机能否很好发挥效率的主要因素之一。 我们在研究球在球磨机内的运动规律时，先要介绍一下介质充填率问题，充填率的选择，首先从破碎比及处理能力方面进行综合考虑，一般情况下，小型磨机采用的充填率较高，而大中型磨机的充填率较低，但关键是要达到 最佳的旋转介质流量与矿浆的比率，一定是最佳的动力学条件 钢球有一个相对大的抛落程度，使得充填料松散和膨胀，使大球和大块物料落到筒体底部，充分利用钢球的动势能，使粗物料迅速被破碎。对于这种破碎比较大，处理能力要求较高，且转速比、钢球尺寸的级配一定的条件下，小的充填率难以满足要求，更须一个相对适中的充填率，另外，从能耗及金属磨耗两个方面考虑，在运转过程中，磨机筒体内钢球的分布及本分为外层抛落区、内层泻落区及中间惰性区又叫“死区”。外层抛落区的钢球具有较大的冲击能，主要起到破碎物料的作用。 内层泄落区的钢球与 钢球之间的间距小，主要起到粉磨物料的作用；中间惰性的钢球呈“悬浮”状态，对于物料没有作用，因此没起到破碎或粉磨物料的作用。过高的充填率会使无磨矿作用的惰性区增大，并会带来能耗过大和磨损严重的问题；过低的充填率，虽具有较大的平均磨球提升力，致使外层抛落区增大，而起到粉磨作用的泄落区减小，粉磨效果差，排料粒度粗，以 格子型 球磨机为例，经过设计计算确定充填率。因此关于球磨机的介质充填率计算方法如下： 图 3中阴影部分为介质所占面积。设筒体有效截面积为 F，阴影部分所占面积为 S，磨机有效内长 为 L，磨球充填率 为： = %10000 (3图 3为磨机有效内半径，弦 , 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 筒体中心线的垂直距离。夹角为 的 形面积 于： 2A (3图 3磨机静止时破碎介质充填率 式中： 按弧度计。 )1 75a r c c （弧度） (3设弦 a，则 )Rh(ar )Rh(ar c co st B 2(3又介质所占面积 : c co st 7 5 a r c co c co 222 (3又圆面积 2 ，将 3代入 (3得 : 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 %1 0 0cc o st 7 5 ar c co (3在实际生产中测得装球高度 a=2012板厚 120 (钢球松散密度为 3m )即可利用式（ 3算 格子 型球磨机介质充填率 为 %取 %40 。从现场生产验证知 %40 是发挥磨机最大效能的介质充填率。 磨机中 装球量 的计 算 磨机内装球量的多少及各种介质直径的配比，对磨矿效率有着非常重要的影响。装球量过少，会使磨矿效率降低；装球量过多，内层球运动时则会产生干涉作用，破坏了球的正常抛落运动，使球在下落时冲击能量减少，磨矿效率因此降低。装球量的多少不仅与筒体的有效容积有关，而且也与磨机的转速有直接关系。一般情况下，在筒体转速一定的前提下，装球量达到某一值时，能获得最大生产率。磨机的装球量可按下式计算： 2 q t (3式中 径， m； 体的有效长度， m； 处，锻造钢球取 4.5 t/ 磨机 功率 的计算 磨矿机的功率主要消耗于破碎介质在圆轨迹上运动时，从落回点提升到脱离点，并使其具有一定的运动速度，即获得抛出的动能，而沿抛物线轨迹下落。这种功率称为有用功率。此外，尚有一小部分功率消耗于克服空心轴颈与轴承之间的摩擦和传动装置的阻力。输入电机的电能主要消耗在三个方面： （ 1）电动机本身的损失，约占总电能的 5% 10%，与电动机本身效率有关。 （ 2）机械摩擦损失，即克服传动部件间的摩擦所消耗的功率。它与磨机轴颈和轴承的构造、传动方式及润滑方式等有关，并与磨机转数成正比，这部分约占总电能的10% 15%。 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 （ 3）有用功率，即使粉磨介质和物料生产线规定的运动进行磨料作用所消耗的功率，其大小与介质装入量和磨机转数等有关，约占总电能的 75% 80%。 目前，确定磨矿机所需功率的方法有：按每吨产量的单位能耗计算；按经验公式计算；按理论公式计算；按类比计算；我选择 用理论公式计算。 球磨机处于抛落工作状态时，物料在磨矿机中的磨碎作用主要依靠落下来的冲击功能。所以，磨矿机所消耗的有用功率 N，应该等于抛落下来的球载在单位时间内所作的功，即： 6443 131619864.0 千瓦 (3按公式 (3出的磨矿机有用功率是偏高的，因为球载落下时产生的冲击动能只有一部分动能消耗在击碎物料上，还有一部分能量传给磨矿机筒体的回转运动。 利用球的冲击作用使物料磨碎，仅仅依靠径向分速度所产生的垂直冲击力。切线分速度不会产生冲击作用，它只 能使球沿圆形轨迹移动，即切线分速度产生的动能转化成协助筒体旋转的主动力矩。所以，按公式 (3算的有用功率应该减去由切线分速度产生的这部分能量。因此，球磨机的有用功率 该等于： (3式中 填充率 = 筒体转速率 ，筒体最有利的转速率 =（ 76% 88%），取 =85%； 系数 k 值是随着不同的 值和 值而变化的，查得当 = =， k = ： N 212108 =瓦 磨矿机由于克服机械摩擦而消耗的功率，可以用机械传动效率 来考虑。对于中心传 动的磨矿机， =于周边传动的磨矿机， =间有减速器时，应选低值，直接传动则选高值。 因为球磨机是周边直接传动，故选择 = 则工作功率为： 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 2 6 3 10 NN d 千瓦 磨机 生产率 的计算 在生产中影 响球磨机生产能力的因素很多，变化也很大，因此，目前还很难用理论公式来计算它的生产能力。现在一般都根据“模拟方法”来计算球磨机的生产能力，即根据实际生产的球磨机在接近最优越的工作条件下工作时的资料，再结合球磨机的型式和尺寸、矿 石的可磨性、给矿及产品粒度等因素加以校正。 所以设计的球磨机的生产能力的计算公式为： 吨 /小时 (3式中 V 设计的球磨机的有效容积，米 3， =q 按新形成级别（ 米）计算的单位生产能力，吨 /米 3小时； q 值由试验确定，或采用矿石性质类似、设备及工作条件相同的生产指标。当 无试验与生产指标时，则按下列公式计算： 43210 (3式中 生产厂球磨机按新形成（ 米）级别计算的实际单位生产能力，吨/米 3小时，查得 矿石磨矿难易度系数，系数可用实验方法确定。球磨机研磨设计处理的矿石与研磨供比较用的矿石时，按新形成级别计算的生产率之比，就是系数 查得系数 球磨机型式校正系数，可查得系数 球磨机直径校正系数，可查得系数 球磨机给
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