球磨机筒体部分设计

CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 2.410m球磨机筒体部分设计摘 要摘要: 为了提高粉磨效率，满足生产工艺要求，设计了用于粉磨水泥生料的2.410m球磨机的筒体部分。设计了一种开流形式能实现圈流工艺的粉磨工艺系统，选定了具有选粉作用的双层隔仓板，物料通过篦板进入双隔仓中间的空间，由扬料板收集到导料锥上，合乎要求的物料进入下一仓，粗料返回一仓继续粉磨，实现磨内自选粉的工艺过程。设计了筒体、中空轴、端盖的结构，并进行了强度校核计算，确保其长期安全可靠。对磨内衬板进行了选型设计，同时合理地选择了磨内研磨体的级配，以保证整个粉磨系统的正常生产。关键词：球磨机；粉磨效率；粉磨系统；双层隔仓板 The design of the 2.410m ball mill (cylinder part)ABSTRACTAbstract: in order to improve the grinding efficiency, meet the requirements of the production process design for grinding cement raw material of the diameter of 2.4 x 10m ball mill, part of the cylinder body. Design a open flow form to realize circle grinding system, choose selected powder with double diaphragms, materials enter into the double compartment in the middle of the space through the grate plate, by the lifting plate to collect the guide cone material, meets the requirements of material into a warehouse, coarse material return a warehouse to grinding, grinding powder process choice. The structure of tube, hollow shaft and end cap is designed, and the strength check calculation is carried out to ensure its long-term safety and reliability. In order to ensure the normal production of the whole grinding system, the selection and design of the inner liner plate and the grading of the grinding body are chosen reasonably.KEY WORDS: Ball mill; grinding efficiency; grinding system4目录前言1第1章粉磨工艺系统21.1粉磨21.1.1粉碎的意义及分类21.1.2粉碎比及粒度表示21.1.3物料的易碎性和易磨性31.2 粉磨系统流程41.2.1 开路流程及其特点41.2.2 圈路流程及其特点4第2章球磨机的总体设计62.1球磨机的工作原理62.2球磨机的主要参数计算62.2.1 球磨机的临界转速62.2.2 球磨机的理论适宜转速72.2.3 转速比72.2.4 磨机的实际工作转速82.2.5 磨机的功率83.2.6 磨机的生产能力9第3章球磨机的回转部分设计113.1筒体部分设计113.1.1筒体的结构设计113.1.2磨门与人孔113.1.3 筒体的基本要求和规定123.1.4 筒体的计算133.2磨头部分设计193.2.1磨头的结构设计193.2.2中空轴的结构设计203.2.3磨头的计算213.3 衬板的选型设计253.3.1 衬板的作用253.3.2 衬板的材料253.3.3 衬板的种类263.3.4 衬板的安装273.4 隔仓板的选型设计273.4.1 隔仓板的作用273.4.2 隔仓板的类型283.4.3 篦孔29第4章研磨体的确定314.1研磨体的运动分析314.2研磨体运动基本方程式324.3 研磨体级配324.3.1 研磨体级配的意义324.3.2 研磨体填充率及其选择334.3.3 研磨体级配的原则344.3.4 本设计研磨体的计算设计,由534结论37谢 辞38参考文献39附录40外文资料翻译41前言建材产品的生产,从原料,燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨,其目的是使物料的比表面积增加,以提高物理作用的效果及化学反应的速度,如促进均匀混合 ,提高物料的流动性,便于贮存和运输,提高产量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品,其磨碎的粒度越细,比表面积越大,则水泥的标号就越高。改善和提高产品的质量和数量,减少动力消耗,降低生产成本,即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。球磨机不但在建材工业中广泛应用，而且在冶金、选矿、化工、电力等工业中也广泛采用。它的优点是物料适应性强；粉碎比大；适应强；结构简单、坚固、操作可靠，维护管理方便，能长期连续运转。缺点是工作效率低；体形笨重；磨机转速低；研磨体和衬板的消耗量大；操作时噪声大。本课题是结合市场上所使用的各类型号的球磨机及由厂家在使用过程中所反馈的信息,分析其问题的来源,并相互比较综合各类球磨机的优点,经师生讨论而确定的。设计要求:a、进料粒度：2025mm；b、出料粒度：4900孔/筛筛余量为810%；c、生产能力: 24t/h。技术要求：机械设计应保证其功能良好、使用可靠、维护方便；零件结构设计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好的工艺性。本课题着重解决的问题是正确选择粉磨工艺系统，合理地设计磨机回转部分，提高粉磨效率，最大幅度达到高细、高产和低能耗运转。总体设计思路设计应用双层隔仓板进行磨内自选粉,使开流形式的粉磨装置系统，实现圈流工艺，各仓研磨体尺寸、级配不同，各零部件尽可能选用通用件和新型材料，以提高粉磨效率，最大幅度达到高产、高细和低能耗运转.本设计具有很大的实用价值。因为采用了很多新的结构，大大降低了制造和维护的费用，减少了机器调整的次数，保证了生产的连续性,降低了生产成本，改善了产品性能，提高了企业的经济效益 第1章粉磨工艺系统1.1粉磨1.1.1粉碎的意义及分类用机械方法或非机械方法克服固体物料内部的内聚力而将其分裂的过程称为粉碎。粉碎包括破碎和粉磨，大块物料破碎成小块物料称为破碎：小块物料磨成细粉称为粉磨。相应地完成这些作业的机械，称为破碎机械和粉磨机械，或统称为粉碎机械。粉碎作业的分类见表2-1。表2-1 粉碎作业的分类粉 碎破 碎破 碎 碎至100mm中 碎 碎至10030mm细 碎 碎至303mm粉 磨粗 磨 碎至30.1mm细 磨 碎至0.10.06mm超细磨 碎至205m 物料经粉碎后，比表面积增加，可提高化学反应速度和物理作用效果；几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果；物料经粉碎后，便于干燥、传热、贮存和运输；物料经粉碎后，还可用于材料科学，环境保护和选矿等部门。在建筑材料生产中，粉磨作业是很重要的过程。粉磨作业的情况直接关系着产品质量和产品成本。1.1.2粉碎比及粒度表示粉碎比是指粉碎前后物料的平均粒径之比。它表示物料粒径在粉碎过程中的缩小程度，是评价粉碎过程的技术指标之一。对破碎而言，称为破碎比，它是确定破碎系统和设备选型的重要依据。由于各种粉碎设备的粉碎比各有一定的范围，若要求物料的粉碎比较大，一台粉碎机难以满足要求时，就要用几台粉碎机串联粉碎，这种粉碎过程称为多级粉碎。第一级的进料平均粒径与最后一级的出料平均粒径之比称为总破碎比。等于各级破碎比的乘积,由5 = (2-1)粉碎过程中，各种粒径的物料组成了混合体，这种混合体称为颗粒群。颗粒群的平均粒径，通常用质量平均法测算。步骤如下：首先，取有代表性的试样，用套筛以筛分法把物料分成若干粒级，并用以下方法分别求出各粒级物料的平均粒径；设相邻两级筛子的孔径为 (大孔筛)和（小孔筛）,则该两级筛之间颗粒群（既小于且大于的颗粒群）可用算术平均粒径表示为=( + )/2,得到、。其次，分别称出物料的质量，得到、。最后，求出颗粒群的平均粒径。由5 （2-2）筛分所得的粒度级数越多，算得的颗粒群平均粒径越准确。 1.1.3物料的易碎性和易磨性易碎性是表示物料被破碎难易程度的特性。它与其强度、硬度、密度、结构均匀性、含水率、粘性、裂痕、表面形状等有关。易碎性通常用易碎性系数表示，又称相对易碎性系数。某物料的易碎性系数是指用同一台粉碎机械在同一物料尺寸变化条件下，粉碎标准物料的单位产品电耗与粉碎该物料的单位产品电耗之比，由5 （2-3）水泥工业一般以中等易碎的回转窑熟料作为标准易碎性物料，并令其易碎性系数为1。易碎性系数大的物料易于粉碎。易磨性是表示物料本身被粉磨难易程度的特性。它与物料的种类和性能有关。矿渣比熟料难磨、熟料比石灰石难磨，是由它们的种类不同；种类相同时，脆性大的物料比脆性小的易磨，因此。水淬快冷矿渣比自然慢冷矿渣易磨，高饱和比熟料比低饱和比熟料易磨、地质年代短的石灰石比地质年代长的石灰石易磨。国家标准GB9964-88水泥原料易磨性试验方法规定了球磨机易磨性的试验方法。该法原理：物料经规定的球磨机研磨至平衡状态后，以磨机每转生成的成品量计算粉磨功指数，此指数定量地表明物料粉磨的难易程度。辊式磨易磨性一般用小型试验磨进行。易碎性和易磨性之间没有规律性的关系。1.2 粉磨系统流程按一定粉磨流程配量的主机及辅机组成的系统称作粉磨系统。粉磨系统可根据入磨物料的性能、产品种类、产品细度、产量、电耗、投资以及是否便于操作与维护等因素，通过比较选择适当的粉磨系统。水泥厂的粉磨作业有生料、水泥和煤粉三部分。1.2.1 开路流程及其特点在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品的流程为开路流程，如图2-1所示。其优点是：流程简单，设备少，投资省，操作简便。其缺点是：由于物料全部到达细度要求后才能出磨，已被磨好的物料会出现过粉磨现象，并形成缓冲大垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效率，增加了电耗。图2-1 粉磨系统流程1.2.2 圈路流程及其特点物料出磨后经过分级设备选出成品，合格的细粉为成品，而使粗粒返回磨内再粉磨的流程为圈路流程如图2-1。其优点是：可以及时将细粉排出、减少了过粉现象，使磨机产量提高，同时产品粒度均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变的粒度。其缺点是：圈路流程复杂、设备多、投资大、厂房高、操作麻烦、维修工作量大。本课题选用的是开路流程。第2章球磨机的总体设计2.1球磨机的工作原理球磨机的主要工作部分是一个装在两个大型轴承上水平放置的回转筒体，筒体用隔仓板分为几个仓室，在各仓内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球、钢段、钢棒、卵石、砾石和瓷球等。为了防止筒体被磨损，在筒体内壁装有衬板。当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着能强制物料流动，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，另磨内气流运动也帮助物料流动。因此，磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢流向出料端，完成粉磨作业。2.2球磨机的主要参数计算2.2.1 球磨机的临界转速当磨机筒体的转速达到摸某一数值时，研磨体产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离角=0，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于极限位置时，脱离角=0，将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速,由11 （3-1）式中：临界转速，r/min；筒体有效半径，m；磨机筒体有效直径, m。代入公式（3-1） 以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等因素有关。2.2.2 球磨机的理论适宜转速使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速称作球磨机的理论适宜转速。当靠近筒壁的最外层研磨体的的脱离角=5444时,研磨体具有最大的降落高度,对物料产生粉碎功最大。将=5444代入式cos，可得理论适宜转速,由11 （3-2）代入公式（3-2） 2.2.3 转速比球磨机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比,由11 （3-3）上式说明理论适宜转速为临界转速的76%。一般磨机的实际转速为临界转速的7080%。2.2.4 磨机的实际工作转速磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。根据水泥生产中磨机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法,由11当m时 （3-4）当1.8m2.0m （3-5）当1.8m （3-6）式中: 磨机的实际工作转速，r/min；磨机的有效内径，m；磨机规格直径，m。代入公式（3-4） r/min2.2.5 磨机的功率影响磨机需用功率的因素很多，如磨机的直径、长度、转速、装载量、填充率、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率的方法也很多，常用的计算磨机需用功率的计算式有以下三种,由5 （3-7） （3-8） （3-9）式中: 磨机需用功率，kW；磨机有效容积，m；磨机有效内径，m；磨机的适宜转速，r/min；研磨体装载量， t；磨机填充率（以小数表示）。选用公式（3-7）计算： kW磨机配套电动机功率计算=1.31.1442=632kW式中: 与磨机结构、传动效率有关的系数，见表3-1；电动机储备系数，在1.01.1间选取。表3-1 与磨机结构、传动效率有关的系数磨机形式干法磨中卸磨边缘传动1.31.4中心传动1.251.353.2.6 磨机的生产能力A.磨机小时生产能力的计算影响磨机需用功率的因素很多，主要有以下几个方面：粉磨物料的种类、物理性质和产品细度；生产方法和流程；磨机及主要部件的性能；研磨体的填充率和级配；磨机的操作等。常用磨机生产能力经验计算式为,由5 （3-10）式中: 磨机生产能力，t/h；磨机所需功率，kg/kW；单位功率生产能力，kg/kW；流程系数，开路取1.0；闭路1.151.5。代入公式（3-10） = 24 t/h将一起考虑，干法开路长磨粉磨系统，值为5560。B. 球磨机的年生产能力,由5 =8760 （3-11）式中: 磨机的年生产能力，；磨机台时生产能力，；磨机的年利用率，生料开路磨80%，生料闭路磨78%，水泥开路磨85%,水泥闭路磨82%。所有系统的年利用率不得低于70%。代入公式（3-11） =8760=876080%24=168192 t/y9洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章球磨机的回转部分设计3.1筒体部分设计 3.1.1筒体的结构设计A筒体的结构形式一般筒体都设计成整体式结构，因为整体式结构的制造综合偏差相对较小。且加工费用相对也低一些。大规格的筒体则往往会受运输条件和制造加工能力的限制，而不得不将筒体设计成“分段式” 结构。筒体段节之间一般采用带定位止口的法兰联接结构。筒体分段的另一种办法是现场焊接：筒体在制造厂按运输条件分段，然后准确地加工出带止口的特殊焊缝坡口，连同专用的全套施焊设备运到现场，由制造厂的焊接技师在现场进行焊接和消除焊接应力。这种方法只有在该地区有几台磨机的筒体需要在现场焊接才比较合算，否则是不经济的。B筒体与端盖的联接形式 筒体与磨头端盖的联接形式有以下三种：a.外接型法兰联接在磨机规格大型化之前，筒体采用外接型法兰与端盖相联接的结构被广泛应用，其特点是与磨头组装比较方便，但筒体外形直径大，切削加工面和材料消耗也比较大。b.内接型法兰联接内接型法兰联接是大中型磨体广泛采用的结构。其特点是原材料的利用率相当高，结构设计比较合理。c.无法兰联接无法兰联接实际上是将筒体和磨头端盖直接焊为一体的结构形式，焊接接头都是对接焊结构。从端盖结构的发展趋势来看，这种无法兰对接焊联接的 形式，将通用于各种规格和各种类型的磨体，因为它具有结构合理、制造简便和使用可靠等特点。本磨机选用的是内接法兰联接。3.1.2磨门与人孔磨门是为封闭人孔设置的，要求装卸方便、固定牢固。人孔的主要作用是：检修和更换磨体内的各种易损件，装卸研磨体以及对磨内物料的采样。A.磨门磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型。a.内提式磨门内提式磨门有两种结构形式：一种是把磨门和磨门衬板铸造成一整体这种结构只适用于韧性高的耐磨材料，因为造型大而复杂，脆性材料容易断裂。另一种结构是把磨门和磨门衬板分开制造。磨门衬板用螺栓固定在型钢或铸钢制造的磨门上，然后用弓形架再把磨门固定在筒体上。b.外盖式磨门外盖式磨门的突出优点是磨门衬板和筒体衬板完全一样。本磨机选用的是外盖式磨门。B人孔a.内提式磨门的人孔内提式磨门的人孔有带补强板和不带补强板之分。b.外盖式磨门的人孔外盖式磨门的人孔，均须设置固定磨门的“人孔框”。人孔框同时也起到补强板的作用，与筒体的联接均采用铆钉铆接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四个孔角的圆角半径等，基本要求和内提式磨门的人孔相同3.1.3 筒体的基本要求和规定A.钢板材质和厚度的选择筒体属于不更换的零件，要保证工作中安全可靠，并能长期连续使用。所以要求制造筒体的材料的金属材料的强度要高，塑性要好，且应具有一定的抗冲击性能。筒体是由钢板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒体的材料是普通结构钢板Q235，它的强度、塑性、可焊性都能满足这些要求，且易购到。钢板厚度采用40mm。B.筒体的有效内径和有效长度,由5a.筒体的有效内径 （4-1） 式中:筒体的规格直径，m； 筒体的有效直径，m； 衬板平均厚度，m；一般取=0.05m。代入公式（4-1） m b.筒体的有效长度 （4-2） 式中: 筒体的规定长度，m；筒体的有效长度，m；、分别为隔仓板、端盖衬板、扬料装置的厚度,m；取0.32m。代入公式(4-2) mC.筒体钢板的排列原则a.充分利用钢板的规格尺寸和卷板机的最大能力，使筒体的焊缝总长达到最短为原则来排列钢板，厚钢板与薄钢板对接焊的过渡斜率不大于1：10为宜。当筒体纵、环焊缝在排列中发生矛盾时，应以减少纵焊缝为主来处理，这是基于焊接应力场的矢向都平行于筒体素线，避免形成应力叠加来考虑的。筒体段节间的纵向焊缝，应按100mm的整倍数错开，这是基于筒体上的衬板螺栓孔的周向节距是按100mm考虑的，这样可使各段节筒体上的螺栓孔，得到距焊缝最大的距离。b.焊缝距各种孔边的最小距离焊缝不许通过筒体上的任何开孔。焊缝坡口边至孔边的最小距离为筒体厚度的2倍且不小于75mm为宜。当焊缝必须通过人孔加强板下面时，该焊缝必须全长磨平，磨平表面的粗糙度不应低于钢板表面的相应值。3.1.4 筒体的计算A作用于筒体的总载荷Q,由11磨机运转时，作用于筒体的总载荷Q包括两部分，一部分是磨机回转部分的重力，另一部分是动态研磨体（包括物料）所产生的力P。a.磨机回转部分的重力 （4-3）式中: 磨机回转部分的重力，N；磨机筒体的重力，N；磨机磨头的重力，N；磨机磨尾的重力，N；磨机衬板的重力，N；磨机隔仓板的重力，N；磨机大齿圈的重力，N. (4-4)代入公式(4-4)代入公式(4-3)b.动态研磨体所产生的力P磨机内研磨体在抛落状态运转时,研磨体所产生的力,主要有泻落部分面积的重力及部分的离心力和抛落部分面积的冲击力等三部分.一般情况下,动态研磨体由上述三部分力所产生的合力,只比静态研磨体的自重G大2%,即: P=1.02G (4-5)式中： P 动态研磨体产生的力,N.代入公式(4-5) P=1.0251.39.8=5.13N c.粉磨物料的重力粉磨时研磨体和物料是混合在一起的,这部分物料重量约为研磨体重量的14%。即:=1.14G (4-6)式中: 粉磨物料的重力,N.代入公式(4-6) =1.1451.39.8=5.73Nd.磨机运转时,作用于筒体上的总载荷Q Q=+1.14P (4-7)代入公式(4-7) Q=9.63+1.145.13=1.548NB.边缘传动时大齿圈的圆周力,由11 (4-8)式中: 圆周力,N;N磨机需要的功率,kW;n磨机筒体的转速,r/min;大齿圈的节圆半径;m.代入公式(4-8) NC.筒体作用力的分布,由11计算作用在筒体上的弯矩时,筒体上的作用力分布如图4-1所示。a. (4-9) 式中: 单位长度上受力,; 筒体长度,.代入公式(4-9) =9.2b.动态研磨体所产生的作用力1.14P,也是沿筒体长度均匀分布.由于各仓平均球径和研磨体装载量不同,产生的作用力大小也不一样,所以应该分仓计算。一仓单位长度上受的力为: (4-10)二仓单位长度上受的力为: (4-11)式中: 、分别为一、二仓单位长度上受的力,;、分别为一、二仓动态研磨体的作用力,N;、分别为一、二仓的长度,.P=G= （4-12）代入公式（4-12） 根据生产实践，一般干法开流生产磨机：双仓磨时，第一仓仓长为全长的30%40%，第二仓仓长为全长的60%70%。代入公式（4-10）=c.边缘传动大齿轮的重力作为集中载荷。磨头重力和磨尾重力也作为集中载荷，其作用点在磨头（或磨尾）和筒体接触面至支座（主轴承）支反力作用点距离的1/3处。D.筒体弯曲强度,由11a.进料端主轴承处的支反力 （4-13）代入公式（4-13）图4-1 磨机筒体作用力的分布b.出料端主轴承处的支反力 （4-14）代入公式（3-14）d.磨机筒体所受的最大弯矩 （4-15）令代入公式（4-15） e.磨机筒体所受的扭矩 （4-16）将式（4-8）代入（4-16）中得 （4-17） 代入公式（4-17）f.磨机筒体所受当量弯矩M （4-18）代入公式（4-18） 式中: 筒体所受当量弯矩，；筒体所受最大弯矩，；筒体所受扭矩，；折合系数，一般取为0.50.6。g.磨机筒体抗弯断面模数W （4-19）式中: 筒体抗弯断面模数，；磨机筒体的外半径，；磨机筒体的内半径，。代入公式（4-19） h.磨机筒体所受的弯曲应力 （4-20）式中: 筒体所受的弯曲应力，；筒体所受的当量弯矩，；筒体抗弯断面模数，；筒体断面消弱系数，是由人孔和衬板螺栓孔所引起的，一般取C=0.80.9。代入公式（4-20） i.磨机筒体的许用弯曲应力磨机筒体是在变载荷作用下长期连续工作，因此，筒体断面许用应力应按筒体材料的疲劳极限来确定。 （4-21）11 （4-22）11式中: 许用弯曲应力，；筒体材料的疲劳极限，；筒体材料的屈服极限，；筒体材料的抗拉强度极限，；安全系数，。代入公式（4-22） 代入公式（4-21） j.验算磨机筒体的弯曲强度E筒体径向刚度的计算磨机筒体是一个大直径的薄壁圆筒，容易产生径向变形。径向变形如果超过一定数植将会影响磨机正常运转，必须对筒体径向变形加以限制。对于圆柱形的客体，一般用来控制，是经验值。在磨机筒体上，根据目前的经验一般取=150。筒体纵向挠度，一般控制在0.3/1000以内，而这样小的挠度反映到具有球面支承的主轴承上，是不足为虑的。3.2磨头部分设计3.2.1磨头的结构设计磨头是筒体端盖和中空轴的统称。它承受着整个磨体及研磨体的运转动载荷，在交变应力的作用下连续运行，是磨机本体最薄弱的环节，也是最难控制制造质量的机件，使用中要求长期安全可靠，所以在设计中应该考虑是不更换的零件磨头的结构形式有两种：一种是端盖与中空轴铸成一整体式，这种形式结构简单，安装较方便，适用于中小型磨机。对于较大直径的磨机，易产生铸造缺陷，因磨头端盖占有较大的平展面积且又较薄，即使采用较多的浇冒口浇铸，其冷却收缩也是不均匀的，从而使中空轴与端盖的过渡曲面产生较大的应力和组织疏松，这种缺陷有时在切削加工到一定程度才会发现，造成不应有的返工浪费，有时这种缺陷处于隐蔽状态，不能及时发现，由于该部位在磨机运转时，承受着交变应力，并且有较大的应力集中，在运转一段时间后便产生断裂，这时造成的损失就更大；另一种磨头是将端盖和中空轴分成两部分再组合在一起，把端盖和中空轴分别铸造，加工后用螺栓组装到一起，这种结构，避免了上述的铸造缺陷。这样虽可解决一些问题，但在原材料消耗和加工工作量上都比较多，并增加了安装工作量；端盖采用钢板焊接结构，其优点是机件制造工艺程序简单，切削加工程序和切削加工面较少，原材料消耗少，端盖质量可得到保证，不存在铸件的铸造缺陷。端盖与筒体焊接在一起，连接牢靠省工，避免了要求较高的螺栓或铆钉连接。此种中空轴是铸件与端盖止口圆定位用螺栓连接成磨头整体。焊接端盖，其钢板厚度一般为筒体钢板厚度的1.52.5倍，且焊接端盖的焊缝不宜与筒体焊缝重合，也要避免与筒体上衬板螺栓孔重合。从“等强度”观点出发，端盖也应设置中部增强板，其厚度在满足强度和结构需要的原则下，尽量使端盖钢板厚度减小。端盖与中心轴对心配合止口，一般设在端盖增强板上，即用中心轴法兰外圆对心定位，此种多用于大型磨机。筒体两端的法兰止口圆与磨头要同心，端盖与筒体结合面要精加工，两端法兰止口要彼此平行，并与筒体纵向中心线垂直。磨头和法兰螺栓孔要精确重合，并有不少于15%的绞孔螺栓起定位作用。螺栓要用一种牌号的钢制造，螺栓要均匀拧紧，若达不到上述要求，则在磨机运转中可能发生螺栓断裂，引起停车事故。一般大中型磨机中空轴多采用ZG270500，而小型磨机因受力较小，考虑到成本和取材容易，一般采用铸铁或球墨铸铁。本磨机选用的是钢板焊接端盖，中空轴与端盖止口圆用螺栓连接。3.2.2中空轴的结构设计参考文献5中空轴的结构和相关尺寸如图4-2所示：d0 中空轴轴颈部位的直径，根据磨筒体内研磨体的最大装载量来确定必须满足研磨体不能进入中空轴的要求。一般水泥磨 = 0.300.36，取d0 =（0.40.5）D (筒体规格尺寸)；已知 D = 2400mm ，则mm ,取d0 = 1100 mm 。b0 中空轴轴颈宽，根据支座反力R、主轴瓦的许用压力p和轴瓦包角通过计算确定：mm （4-23）图4-2 中空轴的结构及相关尺寸式中 ，一般多取120，0.2d0是为了保持主轴瓦有必要的稳定性和油膜的形成。取进料中空轴=345mm，出料中空轴mm，初定中空轴内径=925mmd1 = d0+34cm,d1 中空轴的轴肩直径,取d1 = 1130 mm 。r =(0.050.10)d0 ,r 轴根圆角半径,取 r = 100mm 。当=90时，+1.01.5cmLt 由主轴承中心至法兰端面的距离，取 Lt = 408 mm 。，则 法兰外径,取=1700mm。hf 法兰厚度，一般不应小于端盖法兰部位的厚度，hf 70 mm 。db 螺栓孔直径，由螺栓直径决定，应使db0.7hf ,db = 36 mm，则=15561613.6mm;取dt = 1600mm ,df 螺栓分布圆直径.3.2.3磨头的计算参考文献5磨头的结构形式和尺寸如图4-3所示支座反力N,筒体转速n=20r/min,传动需用功率,支承中心至法兰端面的距离mm.筒体材料为Q235，当钢板厚度为1640mm时，其，=0.28。端盖材料应与筒体相同。端盖外径D=2400mm,补强板外径=1930mm,端盖法兰直径d=1700mm,端盖钢板厚度h=40mm,补强板厚度=35mm.A端盖的计算a.系数k的计算:,.b. 端盖轴线转角的计算: （4-24）代入公式（4-24） 0.0038,此值为满载运转时的全转角。c.端盖外径D处的应力计算: (4-25)代入公式(4-25) 图4-3磨头的结构形式及相关尺寸d.端盖内径d处的应力计算: (4-26)代入公式(4-26) 此处是法兰止口,应考虑1.5倍的应力集中系数,即.e.补强板外径处的应力 （4-27）代入公式（4-27） 此处是补强板与端盖的过渡交接部位，周边的焊缝应考虑1.5倍的应力集中系数，即1.5。B中空轴计算参考文献11，中空轴材料是ZG270,其-1= 270 Mpa.a.中空轴所受的弯矩MW MW = RA （Nm） （4-28）式中: RA 进料端主轴承处的支点反力,N； 主轴承中心线到轴颈由小到大过渡区的长度,m 。代入公式（4-28） Nmb.中空轴的当量弯矩M （4-29）式中: 折合系数,一般取0.50.6. （4-30）式中: N球磨机所需要的功率,KW;n筒体转速,r/min。代入公式（4-30） 代入公式（4-29） c.中空轴环状断面模数W为： （4-31）式中：d1 中空轴外径，m；d2中空轴内径，m。代入公式（4-31）得=0.036d.中空轴所受弯曲应力= （4-32）代入公式（4-32）=24.6MPa式中：K应力集中系数，可查表（4-1）。表4-1 应力集中系数r/ d10.3 0.2 0.1 0.05 K 1.5 2.0 2.25 3.0注：表中r为交接面处的过渡圆半径（m）。r/ d1 = 95/1130 0.1 取K=2.25e.验算中空轴的弯曲强度 =-1/n （4-33）式中: 中空轴的许用弯曲应力，Pa;-1 中空轴材料的疲劳极限， Pa; n 安全系数，一般取5-8。取n=8。代入公式（4-33） ,故材料足够.C法兰联接螺栓的计算螺栓规格为M36130，材料为Q235，其，许用应力，许用剪切应力=。a.抗拉强度计算 （4-34） 式中: 法兰外径，=1700mm；外圈螺栓分布圆直径，=1600mm；内圈螺栓分布圆直径，=1470mm；外圈分布的螺栓数量，=28；内圈分布的螺栓数量，=14；螺栓的有效截面积，=10.17。代入公式（4-34） b.抗剪接强度计算 （4-35）式中: 螺栓抗剪截面积, =;外圈分布圆上的铰孔螺栓数, =8;内圈分布圆上的铰孔螺栓数, =4.代入公式(4-35) c.挤压强度计算 (4-36)式中: 螺栓伸入铰孔的有效配合长度,=60mm;铰孔螺栓的配合直径, =38mm.代入公式(4-36) ,ZG270的=，=,.3.3 衬板的选型设计3.3.1 衬板的作用衬板的作用是保护筒体使其免受研磨体和衬板的作用是保护筒体使其免受研磨体和物料的直接冲击和研磨，同时也可调整研磨体的运动状态。一仓装有提升能力强的衬板，以增强冲击能量，细磨仓装有波纹或平衬板，以增强研磨作用。3.3.2 衬板的材料球磨机衬板大多数用金属材料制造，也有少量用非金属材料制造。由于各仓内研磨体运动状态不同，为适应这种工作状态的要求，制造各仓衬板材料就不同。在粉碎仓，研磨体以冲击作用为主，要求衬板应具有抗冲击和耐磨特性。普遍采用高锰钢（ZGMn13）作衬板材料。它具有一定的抗冲击韧性，并且在受到一定的冲击时，它的表面产生冷作硬化，表面变得坚硬耐磨，一般硬度在HB300350，韧性相当高，冲击值可达700。但在使用中，容易过早反凸弯曲变形，拉断固定螺栓，造成衬板脱落，使之寿命降低，一般平均寿命在50006000。高烙铸铁，耐磨性好，在耐磨材料中居首。硬度高，所以是一种脆性材料。但经过适当的处理，可以制作粗磨仓衬板。磨机上结构复杂及薄壁大件不宜采用高烙铸铁，如隔仓篦板，磨头衬板等。现在高烙铸铁已发展了四种牌号，为了提高韧性随之而来的出现了高烙铸钢等材料。目前耐磨材料还可选用低烙铸铁、12硅锰烙钼钢、低碳硅锰合金钢、低合金高强度钢等耐磨材料。3.3.3 衬板的种类衬板的种类按工作表面形状分类比较直观，有以下类型：A. 平衬板 工作表面平整或铸有花纹的衬板均称平衬板。它对研磨体的摩擦力小，研磨体在它上面产生的滑动现象较大，对物料的研磨作用强，通常多与波纹衬板配合用于用于细磨仓。B. 压条衬板 由平衬板和压条衬班组成。压条上有螺栓孔，螺栓穿过螺孔将压条和衬板（衬板上无孔）固定在筒体内壁上。压条高出衬板，可增大对研磨体的提升作用，使研磨体具有较大的冲击研磨力。适用于一仓，特别是入磨物料粒度大的一仓。C. 阶梯衬板 它的工作表面呈一倾角，安装后出现很多阶梯，可以加大对研磨体的推力。对同一层钢球的提升高度均匀一致，衬板表面磨损均匀，即磨损后表面形状改变不明显。适用于管磨机的一仓。D. 小波纹衬板 小波纹衬板具有较小的波峰和节距，提升系数小，开有锥形孔，适用于细磨仓。E. 端盖衬板 衬板表面是光滑的，用螺栓固定在磨机端盖上，以保护端盖免受研磨体和物料的磨损。F. 锥面分级衬板 衬板断面形状和在磨仓内的铺设所示。锥面分级衬板形状的主要特点是沿轴向具有斜度。在磨内安装方向是大端向着磨尾，也就是靠近料端直径大，出料端直径小。因分级衬板沿轴向具有斜度，能自动的使磨内钢球在粉磨过程中按物料粉磨规律发挥其作用。因而可减少磨机仓数，增加有效容积，减少通风阻力，提高产量，降低电耗。G. 角螺旋衬板 一般是由平衬板、圆角衬班和金属衬架组合而成。在磨内安装后，使磨机的有效断面呈圆角正方形。相邻两圈衬板的方圆角互相错开一个角度，四个圆角分别构成断续内螺旋。使研磨体在磨内的循环次数增加，脱离角和降落区域得以改变，加强了研磨体和物料之间的冲击效能，提高了粉磨效率。H. 沟槽衬板 普通式衬板从宏观上看是一个大弧面，其半径与该磨机内空间的半径等值，从微观上看是一个平面。它与磨球及物料的接触为点接触。沟槽式衬板的工作表面，是由许多等弧面组成，头仓（粗磨仓）为直弧面。这些弧面半径不依磨机直径的大小而变化，而是与磨球的直径有关，约R2555mm不等。磨球与衬板为弧线甚至弧面接触。接触的弧线长度可为整个磨球圆周长的1/41/3，弧度可达120。与点接触相比，其接触面积即研磨面积增加了几十倍。因此，整个磨机内的研磨空间就扩大了数倍乃至数十倍。另外，钢球在衬板上的排列为六方结构堆积，该结构配位数大，致密度高,球与球间的有效碰撞机会多。上述这一切为提高了粉磨效率,并节省电能奠定了基础。本设计中，一仓选用阶梯衬板，二仓选用小波纹衬板。3.3.4 衬板的安装A. 螺栓固定法 如图4-4所示，在固定衬板时，螺栓应加双螺母或防松垫圈，以防磨机在运转过程中因研磨体冲击使螺栓松动。在筒体和垫圈之间配有带锥形面的垫圈，锥形面内填塞麻丝，以防物料从螺栓孔流出。这种固定方法抗冲击、耐振动。大型磨机和中小型磨机的一、二仓的衬板一般都用螺栓固定。B. 镶砌法 镶砌时衬板和筒体之间家一层12的的水泥砂浆或石棉水泥，在衬板的环向缝隙中用铁板楔紧，再灌以12的水泥砂浆。将衬板互相交错地镶砌在筒体内。一般用于细磨仓的衬板固定。3.4 隔仓板的选型设计3.4.1 隔仓板的作用A. 分隔研磨体 使各仓研磨体的平均尺寸保持由粗磨仓向细磨逐步缩小，以适应物料粉磨过程中粗粒级用大球，细粒级用小球的合理原则。B. 筛析物料 隔仓板的篦缝可把较大颗粒的物料阻留于粗磨仓内，使其继续受到冲击粉碎。C. 控制物料和气流在磨内的流速 隔仓板的篦缝宽度、长度、面积、开缝最低位置及篦缝排列方式，对磨内物料填充程度、物料和气流在磨内的流速及球料比有较大影响。隔仓板应尽量消除对通风的不利影响。26图4-4 金属衬板的固定方式（a）角锥形 （b）圆锥形 （c）椭圆锥形3.4.2 隔仓板的类型A. 单层隔仓板 一般由若干块扇形篦板组成。单隔仓一般由若干扇型篦板组成。大端用螺栓固定在磨机筒体上，小端用中心圆板与其他篦板连接在一起。已磨至小于篦孔的物料，在新喂入物料的推动下，穿过篦缝进入下一仓。B. 双层隔仓板 一般由前篦板和后盲板组成，中间设有提升扬料装置。物料通过篦板进入两板中间，由提升扬料装置将物料提到中心圆锥上，进入下一仓。系强制排料，流速较快，不受隔仓板前后填充率的影响，便于填充率和配球，适于一仓。双层隔仓板种类有过渡式双隔仓、提升式双隔仓和选粉式双隔仓。 本课题设计了选粉式双层隔仓板如图4-5所示.选粉式的双层隔仓装置在进料端和出料端均装带有孔眼的篦板，在篦板中心位置装有带隙孔的双向倒料锥。一仓内已磨好的物料通过双层隔仓装置进料端篦板的篦孔进入两个篦板之间的空间，被收集到螺旋形的导料板上，然后随着磨机的回转便被导料板提升导向。合乎要求的部分物料被导料板导向双层隔仓装置出料端篦板，再经过篦板的篦孔流入第二仓；另一部分物料从导料板落到导料锥带有孔隙的外锥上，其中较细的物料通过外锥上的孔隙落到导料锥的内锥上，靠内锥上的斜面作用进入第二仓；其中较粗的物料通不过外锥上的孔隙，因此只有沿着外锥表面返流回第一仓内，进行重新粉磨。可见这种双层隔仓装置除了有加快磨内物料流速的作用以外，还有筛析选粉作用。图4-5 选粉式双层隔仓板3.4.3 篦孔A. 篦孔排列 篦孔的排列主要可分为同心圆状和放射状，当然也有介于两者之间的如图4-6所示。同心圆状排列的篦孔是平行于研磨体物料的运动路线。物料容易通过，但也易返回，不易堵塞；放射状与其相反。B. 篦孔形状 干法生料磨和水泥磨的篦孔形状和几何尺寸如图4-6所示。篦孔的几何形状有放射形如图4-7和切线形如图4-7, 篦孔宽度b有8、10、12、14、16等几种，间距为40mm，a为5mm。篦板厚度有40、50mm两种。隔仓板上所有篦孔总面积（指小孔面积）与隔仓板总面积之比的百分数称为通空率，干法磨机通孔率不小于7%9%。若要调小通孔率可以先堵外外圈篦孔。安装篦板时，应使篦孔的大端朝向出料端，不可装反。 图4-6 隔仓板篦孔排列形式图4-7 干法生料磨和水泥磨的篦孔第4章研磨体的确定4.1研磨体的运动分析球磨机的粉磨作用，主要靠研磨体对物料的冲击和研磨。为了进一步了解球磨机操作时研磨体对物料作用的实质，以便计算球磨机的一些主要参数，如转速、能量消耗和研磨体的最大装载量；掌握影响球磨机粉磨效率的各项因数，以及筒体受力情况与强度计算，都须对研磨体的运动情况加以分析。研磨体在磨体内的运动是很复杂的，为便于分析，特作如下的假使：A. 研磨体在筒体内的运动轨迹只有两种，如图5-1所示。一种是以筒体横截面几何中心为圆心，按同心圆弧的轨迹贴附在筒壁上作上升运动；另一种是贴附筒壁上升至一定高度后以抛物线轨迹降落下来，如此往复循环一层一层地运动。研磨体与筒壁及研磨体层与层间的滑动略去不计；筒体内物料对于研磨体运动影响略去不计。B. 研磨体开始离开圆弧轨迹而沿抛物线轨迹下落，此瞬时的研磨体中心（A点）称为脱离点，而通过A点的回转半径R与磨机中心的垂线之间的夹角称作脱离角。各层研磨体脱离点的连线