購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396K2112.00 溢流型球磨機結構設計K2112.00 Overflow Ball Mill Structure Design學 院：專 業(yè) 班 級：學 號：學 生 姓 名：指 導 教 師：年 月購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396I摘 要在選礦作業(yè)中，球磨機的磨礦作業(yè)是選礦廠整個工藝流程中承前啟后的關鍵性一步，在選礦工藝流程的建設中所占的成本比例很大，因而對球磨機的鉆研是十分必要的，我們需要優(yōu)化球磨機的機械結構，提高其研磨效率，減少成本。本課題主要是對 K2112.00 溢流型球磨機進行結構設計，根據(jù) K2112.00 溢流型球磨機的技術要求，合理地確定設計方案，并對其機械結構進行設計，包括進料部、傳動部、筒體等，繪制球磨機的裝配圖，主要部分的部件圖以及零件圖。本課題主要是對球磨機的軸承部，傳動部和筒體部進行優(yōu)化設計。了解了球磨機的工作原理和載荷分布的情況，就可簡化軸承部的結構，而使用通用件，可以降低球磨機的成本，滿足企業(yè)的需求。筒體部的優(yōu)化：改進筒體材料、合理布置筒體襯板、合理選擇襯板材料和類型、優(yōu)化進出料裝置等，筒體部的改進可減少進料端與出料端礦漿的泄露，提高球磨機的運行效率，延長使用壽命，降低能耗。通過查閱資料可知，所設計的溢流型球磨機的直徑D=2100mm，長度 L=3600mm，經(jīng)過計算可得到球磨機的轉(zhuǎn)速、功率、裝球量等自身參數(shù)，進而對其傳動部進行設計，選擇合適的電動機、減速器、相對應的聯(lián)軸器等，且合理地設計球磨機的齒輪傳動結構，并進行校核。可以降低成本，減少能耗，提高經(jīng)濟效益。關鍵詞：球磨機；結構優(yōu)化；回轉(zhuǎn)部；傳動部購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396IIAbstractIn beneficiation operations, ball mill grinding operation is a critical step in the entire process in the past and the concentrator, the cost ratio in the beneficiation process of building a large share, so the research is necessary to mill, we need optimization of the mechanical structure of the mill, which increases the grinding efficiency and reduce costs.This topic is mainly on K2112.00 overflow ball mill for structural design, according to the technical requirements K2112.00 overflow ball mill, and reasonably determine the design and the design of its mechanical structure includes a feed unit, drive unit, cylinder, etc., performed mill assembly drawing, part of the main components and parts Drawings. This topic is mainly on the bearing portion, drive unit and the cylinder section mill to optimize the design. Understanding of the situation of the working principle of the ball mill and load distribution to simplify the structure of the bearing portion, and the use of common parts, can reduce the cost of the mill, to meet the needs of enterprises. Optimization of the barrel portion: Improved cylinder material, rational arrangement of the cylinder liner, a reasonable choice of liner material and the type of optimization out equipment, etc. can be reduced to improve the barrel of the feed end and the discharge end of the slurry leak, improve operating efficiency of the mill, increase the service life, improve efficiency and reduce energy consumption. Through access to information we can see, the design of overflow ball mill diameter is 2100mm, length is 3600mm, can be calculated through speed, power, amount of ball mill parameters such as their own, and then the design of its drive unit, Select the proper motor, reducer, the corresponding couplings and rational design structure ball mill gear, and checked. Can reduce energy consumption, increase economic efficiency.Keywords: mill; structural optimization; rotary department; transmission division購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396I目錄摘 要 ........................................................................................................................IAbstract .........................................................................................................................II第 1 章 緒論 ...............................................................................................................11.1 課題研究的目的和意義 .................................................................................11.2 課題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .............................................................11.3 課題研究內(nèi)容及目標 .....................................................................................3第 2 章 球磨機結構分析 ...........................................................................................52.1 球磨機結構概述 .............................................................................................52.1.1 工作原理 ..............................................................................................52.1.2 溢流型球磨機的優(yōu)缺點及工作特點 ..................................................62.2 磨機的分類、比較及分析 .............................................................................62.2.1 磨機的分類、比較 ..............................................................................62.2.2 球磨機類型分析 ..................................................................................92.3 球磨機的結構組成 .........................................................................................9第 3 章 球磨機總體參數(shù)的設計 .............................................................................113.1 球磨機的自身參數(shù) .......................................................................................113.1.1 轉(zhuǎn)速 ....................................................................................................113.1.2 裝球量 ................................................................................................123.1.3 鋼球尺寸 ............................................................................................133.1.4 球磨機的功率 ....................................................................................133.1.5 電動機的選擇 ....................................................................................143.2 球磨機回轉(zhuǎn)部分的設計 ...............................................................................143.2.1 筒體部的設計 ....................................................................................143.2.2 進料和出料裝置的設計 ....................................................................183.3 軸承部的設計 ...............................................................................................233.4 傳動部的設計 ...............................................................................................243.4.1 傳動形式 ............................................................................................24購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396II3.4.2 齒輪結構的設計 ................................................................................243.4.3 減速器的選擇與校核 ........................................................................293.4.4 聯(lián)軸器的選擇與校核 ........................................................................293.4.5 軸承的選擇與校核 ............................................................................303.4.6 鍵的選擇與校核 ................................................................................31第 4 章 結論 .............................................................................................................32參 考 文 獻 ...............................................................................................................33致 謝 .....................................................................................................................35購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396III購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396IV購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396V購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396VI第 1 章 緒論1.1 課題研究的目的和意義球磨機是一種歷史悠久的磨礦設備，1876 年，德國發(fā)明首臺球磨機。在1905 年，最早是美國人用它來研磨礦石。球磨機廣泛應用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)，對各種礦石和其它可磨性物料進行干式或濕式粉磨 [1]。雖然球磨機的缺點不少，但將它從磨礦設備中淘汰出去幾乎是不可能的。球磨機在工廠中的建設投資和生產(chǎn)費用中占的比例很大，而且正值建設資源節(jié)約型社會的關鍵時間，降低建設投資和生產(chǎn)費用是各國礦山工業(yè)面臨的一個最為嚴峻的問題。在未來，球磨機仍然有很大的發(fā)展空間，相當長的時間內(nèi)都會是十分重要的。因此，對球磨機的研究設計是十分有必要和有意義的。1.2 課題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)從 20 世紀 80 年代中期開始，球磨機的發(fā)展基本是處在停滯不前的狀態(tài)，逐漸拉大了與世界先進水平的距離，但隨著改革開放，國內(nèi)球磨機行業(yè)近些年正在不斷地興起 [2]。各國的經(jīng)濟狀況不同，研究方法也不同，所以球磨機的發(fā)展水平各不相同。隨著社會的不斷發(fā)展，工業(yè)的進步，能源開始日漸緊缺，能源的價格也在不斷攀升，節(jié)約能耗已經(jīng)成為世界各國的共同發(fā)展目標。國內(nèi)外的粉碎設備和技術正不斷地進步發(fā)展，其發(fā)展的特點是大型化、結構優(yōu)化、技術性能優(yōu)化。發(fā)展目標是提高生產(chǎn)能力、減小產(chǎn)品粒度和節(jié)能降耗 [3]。目前，世界上規(guī)格最大的濕式球磨機是南非 Anglo Platinum 鉑礦訂購的兩臺? 7.92m×12.2m 球磨機，裝機容量 17500kW/臺，已于 2007 年投入使用。世界最大規(guī)格的干式球磨機是克虜伯公司生產(chǎn)的?6.2m×25.5m 球磨機，安裝功率11200kW，于 1994 年投入使用 [4~5]。我國的磨礦設備是在解放后發(fā)展起來的。最初是仿制，到 1958 年才開始進入自行設計制造階段，經(jīng)過了 50 年的發(fā)展 [6]。以下是我國球磨機發(fā)展需要面臨的重要問題：（1）生產(chǎn)效率低：現(xiàn)今，我國的球磨機大部分還處于人工手動控制的狀況下，會造成球磨機內(nèi)的物料變化大，磨礦效率降低。物料的均勻度因此很難保證。（2）生產(chǎn)成本高：研磨過程中，球磨機本身會受到?jīng)_擊，筒體內(nèi)的襯板會受到?jīng)_擊破壞，消耗的礦物量也是很多的。（3）體型大：球磨機的總重量可在幾百噸以上，所占的成本比例是很大的。（4）噪聲高：研磨介質(zhì)和筒體壁以及物料之間相互撞擊而產(chǎn)生的機械性噪聲就是球磨機噪聲 [7~9]。噪聲可以高達 110dB，對人體危害大。球磨機類型不同，控制球磨機噪聲的方法也會不同。70 年代末，我國開始研制節(jié)能型球磨機，到目前為止已經(jīng)有了多種規(guī)格。大中型球磨機采用國外的先進技術，如靜動壓軸承能夠忽略滑動軸承的故障，氣動離合器可以完成主電機無負荷啟動，縮短了啟動時間，降低了電流對電網(wǎng)的沖擊，使啟動平穩(wěn)，實現(xiàn)無沖擊嚙合 [10]。中小型的球磨機可以在結構上有較大的改進。如選用滑動軸承來替代滾動軸承，極大地減少滑動軸承軸瓦更換的次數(shù)，減少球磨機停機的天數(shù)，從而極大地提高球磨機的經(jīng)濟利用率 [11]。介紹幾種具有高效節(jié)能特點的球磨機：（1）靜動壓軸承球磨機 靜動壓潤滑的過程：球磨機啟動時，采納高壓系統(tǒng)潤滑的方法，用高壓油頂起球磨機的回轉(zhuǎn)部，在球磨機啟動運轉(zhuǎn)后，再采用低壓系統(tǒng)進行潤滑。若球磨機啟動和運轉(zhuǎn)時，均使用的是高壓系統(tǒng)潤滑則稱為靜壓潤滑。靜動壓或靜壓潤滑可有效避免球磨機空心軸與軸瓦之間的摩擦，減少摩擦損失，延長主軸承的使用壽命 [12]。電機軸與小齒輪傳動軸之間是用氣動離合器聯(lián)接，可進行電機與球磨機的分段啟動，改善啟動條件，降低了啟動的電流和功率，同時在超負荷情況下啟到保險的作用。使用節(jié)能襯板，能夠有效地延長襯板的使用壽命，增加其工作效率。齒輪噴霧裝置會定時定量地把潤滑脂噴射到大齒輪的工作表面，可以改善齒輪的潤滑狀況，減少球磨機運行時的能耗，并增加齒輪的使用壽命。目前，我國自己設計制造的并在選礦廠應用的最大規(guī)模的靜動壓軸承是衡陽有色冶金機械總廠生產(chǎn)的?3.6×6.0m 溢流型球磨機，1994 年安裝于陜西金堆鉬業(yè)公司百花嶺選礦廠 [13]。（2）QSZ 型中心傳動球磨機采用的傳動方式是中心傳動方式，電機、減速機、傳動系統(tǒng)和筒體均在同一軸線上。球磨機的中空軸軸頸與主軸承間是滾動摩擦，摩擦阻力小，筒體是由雙列調(diào)心圓柱滾子軸承支承。液力偶合器傳動是一種柔性傳動，工作腔內(nèi)的液力傳遞決定轉(zhuǎn)速，可吸收和隔離振動，并緩和沖擊，使球磨機的速度緩慢上升，啟動平穩(wěn)。而雙級行星齒輪減速器的傳動比大，傳動效率高，設備的重量減輕，制造成本降低。配套電機的功率也隨之下降，比同規(guī)格的普通型球磨機相比，電機功率減少了 10.7%? 40.5%。1991 年，蘭州有色冶金設計研究院為甘肅隴南福利選礦廠設計了規(guī)模為 10t/d，國內(nèi)第一臺? 1500×3000 的 QSZ 型中心傳動球磨機。經(jīng)檢測得，QSZ 型中心傳動球磨機的各項技術性能均優(yōu)于同規(guī)格的普通型球磨機，單位礦石電耗降低 32.51%，節(jié)能效果顯著 [13]。（3）圓錐型節(jié)能球磨機圓錐型節(jié)能球磨機是在筒體的出料端增加一段圓錐筒體，既使球磨機有效容積變大，又使筒體內(nèi)部的磨礦介質(zhì)分布變得更加正確，以便得到更細的產(chǎn)品。大齒輪安裝在直筒和圓錐筒體的連接部，使筒體的扭曲應力減少，齒輪的模數(shù)及直徑也會隨之變小，球磨機的重量可減少大概 30%，降低投資的成本。主軸承為雙列向心球面滾子軸承，球磨機的主軸與軸承間為滾動摩擦，摩擦阻力變小，能耗減少。和相對應的普通球磨機相比，有效容積增大了 13.6%? 42.2%。1.3 課題研究內(nèi)容及目標對 K2112.00 溢流型球磨機進行結構的優(yōu)化設計，了解其工作原理，并對其特性進行分析整理，計算選擇合理球磨機的參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、裝球量等，提高工作效率。進行球磨機回轉(zhuǎn)部分的設計，并選擇合適的傳動形式，選擇合適的電動機、減速器、相對應的聯(lián)軸器等，且合理地設計球磨機的傳動結構，并進行主要零件的校核，可以提高傳動效率，降低成本，減少能耗。根據(jù) K2112.00 溢流型球磨機的技術要求，確定合理的設計方案，并對其機械結構進行設計，包括給料部、端蓋及中空軸、筒體等。進行球磨機的總裝配圖，各主要部分的部分圖以及主要零件的零件圖的繪制，并對其主要零件進行校核計算。第 2 章 球磨機結構分析2.1 球磨機結構概述2.1.1 工作原理球磨機運轉(zhuǎn)時，研磨介質(zhì)在襯板與最外層介質(zhì)之間的摩擦力和離心力的作用下，貼在筒體內(nèi)壁的襯板上，并隨著筒體一同回轉(zhuǎn)，被帶到適當?shù)母叨群?，介質(zhì)在自身的重力的作用下，會呈拋物線降落，將筒體底部的物料擊碎，如圖2-1 所示。研磨介質(zhì)回升、降落的動作是循環(huán)往復的。此外，在球磨機運轉(zhuǎn)的過程中，研磨體還會發(fā)生滑動和滾動，使礦石受壓力和磨削作用而被磨細。物料由進料端不斷進入，使進料端與出料端之間存在料面差，能強迫物料的進行流動，研磨體著落時沖擊物料，也會產(chǎn)生軸向的推力，使物料流動，此外球磨機內(nèi)流動的氣流也促使物料流動。因而盡管球磨機的筒體是水平的，但物料卻能夠從進料端流向出料端，實現(xiàn)作業(yè) [14~15]。圖 2-1 球磨機工作原理圖2.1.2 溢流型球磨機的優(yōu)缺點及工作特點物料筒體轉(zhuǎn)向球磨機筒體研磨體溢流型球磨機靠礦漿自身高過中空軸徑襯套的下邊沿而自流溢出，主要由筒體、端蓋、襯板、中空軸徑、傳動裝置等組成。其結構較簡單，便于檢修和管理，與規(guī)格一樣的格子型球磨機比較，檢修量少，運行穩(wěn)定，工作可靠，價格經(jīng)濟。而且溢流型球磨機更適用于細磨。其缺點是礦漿在球磨機內(nèi)停留時間較長，生產(chǎn)能力較低，排礦的粒度不均勻，易過粉碎。中空軸是鑄鋼件，內(nèi)襯可拆換，大齒圈采用鑄件滾齒加工，筒體內(nèi)的襯板耐磨性很好。2.2 磨機的分類、比較及分析2.2.1 磨機的分類、比較磨機的類型很多，分類方式：裝載的研磨介質(zhì)、進出料措施、支承與傳動形式等。具體分類如下：（1）按研磨介質(zhì)差異分類球磨機：研磨介質(zhì)為鋼球或鑄鐵球，這種磨機是應用最為廣泛。它的給礦粒度最大為 65mm，其產(chǎn)品粒度，在開路時，在 0.589~0.045mm 之間，閉路時，粒度可小至 0.037mm?？裳心ジ鞣N硬度的礦石，其破碎比為 20 1 至 200 1，普: :遍用于各工業(yè)部門來粉磨各種物料 [16]。棒磨機：研磨介質(zhì)一般為直徑 50~100mm 的鋼棒。多用于粗磨，給礦粒度大多小于 20~25mm，產(chǎn)品粒度一般小于 4.7mm，但最小不少于 0.4mm。其破碎比在 15 1 到 20 1 之間。優(yōu)點是能夠選擇性磨碎，使產(chǎn)品粒度更加的均勻，杜: :絕發(fā)生過粉碎，提高工作效率，減少能耗。缺點：產(chǎn)品粒度范圍較窄，由于進料的影響，鋼棒在筒體中常處于傾斜的狀態(tài)，有時會使棒兩端的運動不一致，發(fā)生干擾，工作效率就會減少。此外，加入鋼棒時必需停止運行，這樣磨機工作效率就降低，工人的勞動強度就會增加 [17]。礫磨機：研磨介質(zhì)為礫石、卵石，襯板為花崗巖、瓷料等，用于彩色水泥、陶瓷工業(yè)。它的最大給礦粒度為 10~22mm，排礦粒度在 0.075mm 時處理能力高。優(yōu)點：減少鋼耗，生產(chǎn)費用低。在稀有金屬選礦廠、化學工業(yè)、玻璃以及硅酸鹽工業(yè)利用礫磨機能夠避免鐵的感染。缺點：與同規(guī)格的球磨機比較解決技能低 [18]。而與解決技能相同的球磨機比較，其尺寸大，重量也大。自磨機：研磨介質(zhì)為礦物自身。（2）按筒體形狀分類短筒磨機：其筒體長度 L 小于直徑 D，即 L 2D，如圖 2-2（a ），（b），≤（c）所示。通常為單倉結構，一般用于粗磨作業(yè)或一級磨作業(yè)，作業(yè)效率較高，過粉碎現(xiàn)象少，使用廣泛。長筒磨機：其筒體長度 L=3D 為中長筒磨機，如圖 2-2（e）所示。當 L/D比值增加至 4~6，則稱為管磨機，筒體內(nèi)被分隔為幾個倉，則稱為倉式管磨機，如圖 2-2（f ）所示，在水泥廠應用最為普遍。圓錐型磨機：筒體長度 L= (0.325~1)D，如圖 2-2（c）所示，筒體仍為圓柱形，兩側端蓋為圓錐形，能夠避免過粉碎，適用于產(chǎn)品粒度管理很嚴的場所。由于介質(zhì)的填充率低，工作效率較低，因而只在為數(shù)不多的工業(yè)部門中使用 [19]。（a） （b） （c）（d） （e）（f）圖 2-2 磨機按筒體形狀和卸料方式分類（a）溢流型球磨機（短筒型）；（b）格子型球磨機（短筒型）；（c）圓錐形球磨機（短筒型）；（d）周邊排料球磨機；（e）長筒型球磨機（溢流型）；（f）多倉管磨機（3）按卸料方式分類溢流式磨機：如圖 2-2（a）、（c ）所示，這種磨機靠泥漿自流排礦，物料面只有高于卸料口才能溢流而出，裝球量多，構造簡略，但操作不方便。格子式磨機：卸料端有格子板，可有助于卸料，過粉碎現(xiàn)象少。但結構復雜，檢修頻繁，作業(yè)率低。如圖 2-2（b）所示。周邊卸料：在筒體周邊卸料，生產(chǎn)率低，在金屬選礦廠幾乎已看不到。（4）按傳動方式分類中心傳動：磨機卸料端的空心軸與減速器直接銜接，傳動軸與機身的中心線在一條線上，如圖 2-3（a）所示 [20]。邊緣傳動：電動機的能源經(jīng)過減速器帶動筒體邊沿的大齒圈，驅(qū)動磨機運轉(zhuǎn)，如圖 2-3（b）所示。摩擦傳動：屬于邊緣傳動，但它經(jīng)由筒體上的皮帶與主動軸上的拖輪之間的摩擦而運行，如圖 2-3（c）所示。（a）（b） （c ）圖 2-3 磨機按傳動方式分類（a）中心傳動；（b）邊緣傳動；（c）摩擦傳動2.2.2 球磨機類型分析通過以上的分析比較和查閱資料可知，所設計的 K2112.00 溢流型球磨機的直徑為 2100mm，長度為 3600mm，為短筒型溢流型球磨機。廣泛用于第二段??細磨或要求產(chǎn)品較細的場合，其進料粒度 25mm，出料粒度在 0.074~0.4 之間?！艽饲蚰C為邊緣傳動、邊緣卸料，采用調(diào)心滾子軸承支承，此方案結構緊湊、傳動可靠。2.3 球磨機的結構組成所設計的球磨機為 2136 溢流型球磨機，如圖 2-4 所示，其基本組成：給料部 1、進料部 3、軸承部 2、筒體部 4、出料部 6、傳動部（大小齒輪 5、聯(lián)軸器 7、9、減速器 8、電動機 10）。圖 2-4 球磨機主要組成部分第 3 章 球磨機總體參數(shù)的設計3.1 球磨機的自身參數(shù)3.1.1 轉(zhuǎn)速球磨機的轉(zhuǎn)速大小直接決定著其內(nèi)部磨礦介質(zhì)的運動狀態(tài)和磨礦作業(yè)的效果。球磨機工作時，研磨介質(zhì)會在離心力和摩擦力的作用下貼在筒體的內(nèi)壁上，提升到一定的高度后，由于重力的作用自由落下將物料擊碎，并且研磨介質(zhì)在球磨機內(nèi)壁的滑動與滾動，使物料發(fā)生靜強度或者疲勞積累破碎 [21~25]。 當筒體的轉(zhuǎn)速不同時，研磨介質(zhì)的運動會呈現(xiàn)三種狀況，如圖 3-1 所示。當球磨機轉(zhuǎn)速超過一定限度時，研磨介質(zhì)就會貼在筒壁與機體一起回轉(zhuǎn)，此時是球磨機的臨界轉(zhuǎn)速，不發(fā)生沖擊研磨作用，磨削強度也在一個理想的狀況，但對工業(yè)球磨機來說，接近臨界的轉(zhuǎn)速能夠降低操作的速度。當筒體的轉(zhuǎn)速過低時，不能夠?qū)⒀心ソ橘|(zhì)帶到一定的高度，研磨介質(zhì)下落的動能小，沒有足夠大的沖擊力去擊碎物料，降低了球磨機的生產(chǎn)能力。要提高球磨機的工作效率，就得正確地確定轉(zhuǎn)速的大小。依據(jù)球磨機構造以及研磨介質(zhì)的磨礦效率來確定其工作轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速 [26]：(3-1) ??0 =42.4/?? 式中：D——球磨機筒體的有效直徑，D 2.1mm。=計算得 29.36 。??0= ??/??????確定球磨機的工作轉(zhuǎn)速 [26]：76%~88% (3-2) ??1= ×??0 計算得到 22.22~25.75 ，工作轉(zhuǎn)速取 23.98 。??1= ??/?????? r/min為了使球磨機效率高，從生產(chǎn)觀念看來，在任何狀況下，球磨機均不應以低于計算出的理論轉(zhuǎn)速來工作 [27]。(a) (b) (c)圖 3-1 筒體轉(zhuǎn)速對研磨介質(zhì)運動的影響(a) 低轉(zhuǎn)速；(b)適宜轉(zhuǎn)速；(c)高轉(zhuǎn)速3.1.2 裝球量磨礦過程中所使用的研磨介質(zhì)形狀可分為球形、棒形、短圓柱形、短截頭錐形及其他形狀 [28]。形狀不同，導致作用原理不同。研磨介質(zhì)的運動和接觸方式對磨礦起決定性作用。球介質(zhì)應用最為廣泛，尺寸可大可小，粗磨細磨皆可。球磨機的裝球量對磨礦效率有影響，裝球量少，研磨效率就低；裝球量過多，內(nèi)部球運動時就會產(chǎn)生干涉，球的正常循環(huán)運動會被破壞，研磨效率也會下降。合理的裝球量可按下述關系來確定。溢流型球磨機的填充系數(shù)： 35%~40%，可取 36%。??= ??=已知球磨機的填充系數(shù)后，可計算裝球量：(3-3) ??球 =?????? 式中： ——球的比重，r 4.3~4.6 ，計算時取 4.5 ；?? = ??/??3 ??= ??/??3v——球磨機的工作容積。其中 ??=????2??/4則計算得 12.5m3??=從而得 19.39t。??球 =磨機中物料的重量一般為裝球量的 0.14 倍，則粉末體總重量： (3-4) ??=??球 +0.14??球 即 19.39+0.14 19.39=22.1t。??= ×3.1.3 鋼球尺寸(3-5) ??球 =283?? 式中：d——進料粒度， 25mm。??=則計算得 82mm。??球 =3.1.4 球磨機的功率球磨機的功率與轉(zhuǎn)速是成正比的關系，轉(zhuǎn)速高，研磨介質(zhì)上升就越高，所需的功率也就越大，增加了設備的成本。但當轉(zhuǎn)速超過一定限度，即達到了臨界轉(zhuǎn)速時，介質(zhì)落差反而減小，其所需的功率就會下降，影響產(chǎn)量。球磨機的功率按經(jīng)驗公式： (3-6) ??0=0.736?????? 式中：C ——研磨介質(zhì)系數(shù)，如表 3-1 所示，取 C=8.85。表 3-1 研磨介質(zhì)系數(shù) C研磨介質(zhì)系數(shù) 0.2 0.3 0.4大鋼球小鋼球1110.69.99.58.58.2計算得： 192kW。??0=3.1.5 電動機的選擇查資料得：中心傳動球磨機的機械效率： 0.92~0.94；邊緣傳動球磨機??=的機械效率： 0.86~0.90。??=電動機的功率：(3-7) ??=??0/?? 故選用 JR137-8 型電動機。電動機的參數(shù)：額定功率：210kW ，額定電壓： 380V，額定轉(zhuǎn)速：735r/min。3.2 球磨機回轉(zhuǎn)部分的設計3.2.1 筒體部的設計筒體是球磨機的重要組成部分，由筒體和筒體法蘭及人孔、襯板等組成。（1）筒體的材料筒體運轉(zhuǎn)時，不但受到研磨體的靜載荷，還有研磨體的沖擊，并且筒體是回轉(zhuǎn)的，所以筒體受到的是交變應力，需要具有足夠的強度和剛度。要求材料強度良好，塑性好，有較好的機械性能，以便保證筒體安全回轉(zhuǎn)。溢流型球磨機筒體的材料普遍為結構鋼 Q235A，許用應力 Mpa，此材料的強度、????=420塑性和可焊性都可滿足要求 [29]。（2）筒體法蘭一般用 Q235A 鋼制成，然后焊在筒體上，和帶有中空軸的兩端蓋配合，為了確保兩個中空軸的同軸度，需把法蘭制成帶止口型，在互成 120 的螺栓孔的°地方上加工出三個鉸制孔以供定位用。球磨機筒體法蘭的螺栓孔直徑 d 的經(jīng)驗公式：(2.5~1.3) (3-8) ??= ??式中：N——球磨機電動機的功率（kW）。2.5~1.3 為系數(shù)，球磨機的電動機功率越大，值越小；反之，值越大。則 (36.2~18.8)mm，可取 30mm。??=（3）人孔更換襯板以及停機時清除研磨介質(zhì)和物料，都需要打開人孔 [30]。常用的形有帶圓角的矩形和橢圓形。其形狀對筒體強度的影響是很大的，兩種形狀都可以使應力集中降低，減少對筒體強度的削弱。而換襯板時，帶圓角的矩形比橢圓形愈加便利。因而選用球磨機筒體人孔為帶圓角的矩形，兩人孔在筒體兩側互成 180 ，且接近兩端蓋。°（4）襯板的選擇襯板是球磨機中的主要易磨損零件，消耗量也極大，更是球磨機中更換頻繁的備件，更換的周期也很短 [31~32]。球磨機運轉(zhuǎn)時，襯板是用來防止筒體遭到鋼球和物料的沖擊和磨損，襯板受到鋼球和物料的反復沖擊和磨損、礦漿的腐蝕等，會造成襯板表面材料的不斷遷移 [33~35]。近年來，廣泛應用的襯板：金屬襯板、磁性襯板、橡膠襯板。① 金屬襯板目前，使用的大部分襯板的材料為高錳鋼，具有良好的韌性和強度，還可以在大載荷的沖擊作用下加工硬化 [36~37]，加工硬化后，其表面硬度可由 HV200上升至 HV600 左右，適用于有劇烈沖擊載荷的狀況。但在中小型球磨機中，襯板遭到的沖擊作用小，不能使高錳鋼足夠全部加工硬化，所以表面硬度低，致使襯板的磨損較快，壽命低。② 磁性襯板磁性襯板由合金鋼、永久材料以及彈性膠層組成，結構簡單，制造容易，是一種新型耐磨襯板，普遍用于大中型的磨礦作業(yè)。和傳統(tǒng)的金屬襯板相比，優(yōu)點：使用壽命增加、重量減輕、裝置更加便利等，而且省球、節(jié)電、噪聲小、降低了工人的勞動強度。磁性襯板雖然性價比高，使用經(jīng)濟，但存在很多不足。當鋼球直徑大，給礦粒度大時，對襯板的沖擊力大，但由于磁性襯板的抗沖擊性能差，導致襯板退磁較快，所以鋼球直徑不能大于 100mm。使用磁性襯板處理磁鐵礦時，處理礦量會相對降低。③ 橡膠襯板在 20 世紀 50 年代末，瑞典司克嘉公司和波立登礦業(yè)公司合作，對不同性質(zhì)的橡膠進行耐磨性試驗，開始對橡膠襯板進行研究。橡膠襯板隨著研制的深化，其品質(zhì)日益進步，在國外被廣泛應用，瑞典金屬選礦廠已有 85%~90%的球磨機使用橡膠襯板 [38]。橡膠襯板與傳統(tǒng)高錳鋼襯板比較，具有高耐磨、耐腐蝕、高彈性、抗沖擊等長處。橡膠襯板是一種高彈性的材料，不會產(chǎn)生電化學腐蝕，是通過結構上采用彈性緊固件的配合使用的，能緩解鋼球和物料對襯板的沖擊損害，所以其耐磨性能好，壽命長。橡膠襯板的重量輕，會使球磨機的重量減輕，球磨機的能耗降低，使用橡膠襯板的球磨機每臺比使用高猛襯板的年節(jié)電約 10%~15%，能夠使球磨機的工作效率增加。因為橡膠襯板是高內(nèi)耗的彈性體，對在鋼球和物料沖擊作用下產(chǎn)生的能量又很大的吸收作用，在碰撞中，鋼球和物料的恢復系數(shù)比金屬襯板低得多 [39]，會使鋼球?qū)ξ锪系臎_擊效果減弱，從而降低磨礦效率。在粗磨中，鋼球?qū)ξ锪系臎_擊破碎是研磨的主要形式，因而橡膠襯板并不適用于一段的粗磨。綜上分析，適合選用橡膠襯板，該襯板和傳統(tǒng)的金屬襯板比較，有顯著的優(yōu)越性。襯板的構造應該是有利于安裝和更換的，最為普遍的如圖 3-2 所示。（a） （b） （c ）（d） （e） （f）圖 3-2 襯板的結構（a）條形組合襯板；（b）波形襯板； （c）舵形襯板；（d）鍥形襯板； （e）平凸形襯板；（f）齒形襯板波形襯板：它的波峰能夠阻止介質(zhì)的向下滑動，但波舉的凹起是逐步的，所以介質(zhì)會有一些滑動。它不僅能減少介質(zhì)向下滑動，還可以避免部分介質(zhì)提升過高而產(chǎn)生過大的沖擊，用于細磨的效果好 [40]。其它幾種襯板與波形襯板比較，更能減少介質(zhì)向下滑動。所設計球磨機選用條形組合襯板，加工便利，更有利于安裝和更換。端面襯板普遍使用的是扇形襯板。（5）襯板是鋪設以及固定鋪設襯板時，換向縫隙要彼此交錯，如圖 3-3 所示。為避免研磨體和物料對筒體內(nèi)壁進行沖刷，球磨機襯板分為整塊和半塊，并在襯板和筒體之間配有襯墊。圖 3-3 襯板的鋪設橡膠襯板的固定形式：螺栓連接、鑲砌。螺栓連接具有抗沖擊、耐振動的優(yōu)點。其缺點在筒體上鉆孔，會減弱筒體強度，有可能漏料。而鑲砌要求筒體要有足夠的剛度，內(nèi)表面光滑、圓整，襯板的尺寸公差在 1mm 內(nèi)，安裝需要較高的精度，但不會發(fā)生漏料的現(xiàn)象。所設計球磨機襯板的固定采用鑲砌的形式。（6）筒體尺寸的設計鑄鋼制造的法蘭盤焊接在筒體的兩端，帶圓角的矩形人孔在筒體兩側互成180 ，且接近兩端蓋，如圖 3-4 所示?！銏D 3-4 筒體的結構圖所設計的球磨機是短筒型的球磨機，其筒體結構尺寸如表 3-2 所示。表 3-2 筒體結構尺寸符號 ?? ?? h ??×??短筒球磨機管磨機0.01D0.01D+(3~5)(2~2.5) ??(2~2.5) ??(4~4.5)d(4~4.5)d300 500×300 500×由表 3-2 可計算得： 21mm ??=(42~52.5)mm，取 50mm??=(120~135)mm，取 130mm ?=300mm 500mm ??×??= ×其中 為矩形或橢圓型人字孔。??×??3.2.2 進料和出料裝置的設計進料裝置的組成：帶中空軸徑的端蓋、給礦器、進料管和扇形襯板。給礦器可用螺栓固定在進料管的法蘭盤上，而進料管是由法蘭與端蓋的中空軸端面固定銜接的。在端蓋的內(nèi)壁鋪有扇形襯板，襯板與內(nèi)壁的接觸處鋪有膠合板。出料裝置的組成：帶中空軸徑的端蓋、排料管和扇形襯板。其安裝的關系與進料裝置基本保持一致。球磨機的中空軸在進出料端蓋上，兩個軸承安放在進出料的端蓋上。在進出料端和進出料口的聯(lián)結面處設計一個密封槽，裝密封圈是為了防止礦漿從端面溢出，影響軸承的使用壽命。（1）給礦器的選擇球磨機的給料是通過給礦器，根據(jù)磨機物料的不同可以分為三種（如圖 3-4 所示）：鼓型、勺型以及聯(lián)合給礦器。①鼓型給礦器：兩個端口是鼓型體，里面是螺旋形的孔道，給礦器隨著磨機回轉(zhuǎn)時，礦石會沿著孔道進入磨機。只用在出料裝置高于磨機水平軸線的情況下，且適用于只有原礦而沒有返礦或開路的磨礦中。②勺型給礦器：能將礦漿從低于磨機水平軸線的部位舀起，然后送入磨機，勺頭因頻繁與返砂中的粗粒摩擦，磨損較快，所以勺頭處用螺栓固定耐磨性較好的耐磨勺頭，可以及時地換。一般用于沒有原礦只有分級機組成的閉路二段磨礦。③聯(lián)合給礦器：是以上兩種給礦器的結合，適用于既有原礦，又有分級機返礦的磨機。其最大優(yōu)點就是大塊的物料能夠不經(jīng)勺型的勺子給料槽而送入磨機中。經(jīng)過比較再結合實際情況，最好使用聯(lián)合給礦器給礦，既能解決細篩，又可同時解決分級機返砂。（a）鼓型給礦器1-給礦的筒體；2-蓋子；3-帶扇形孔的隔板（b）勺型給礦器1-勺頭；2-勺體（c）聯(lián)合給礦器1-筒體； 2-勺子；3-勺頭；4-蓋子圖 3-5 三種給礦器（2）端蓋端蓋的結構對球磨機的使用壽命和整體性能來說影響很大。考慮到主軸承的配置和軸徑的抗彎能力，端蓋是呈圓錐形的，大中型球磨機的端蓋的材料普遍使用鑄鋼，小型球磨機使用球墨鑄鐵。只要把端蓋和軸徑鑄成一體，就可確保端蓋軸線和筒體軸線的同心度。有時因為冶煉和澆注設備技能的缺乏，也能夠分開鑄造，加工后再緊固在一起。（3）中空軸中空軸的材料為 ZG230-450，其性能如表 3-3 所示。（4）進、排料管的選擇進料管普遍有如圖 3-5（a）、（b）所示的兩種方式。（ b）種可促進給礦，但是其螺旋的旋向需要與球磨機的筒體的回轉(zhuǎn)方向一樣，制作難，其優(yōu)越性在濕式球磨機上不明顯。（a）種在第二段球磨機上的使用較好，制造也容易。所以選（a）種進料管。溢流型球磨機的排料管的普遍方式如圖 3-6 所示。在中空軸徑的內(nèi)表面裝與球磨機轉(zhuǎn)向相反的螺旋葉片，可以將礦漿中的鋼球和粗礦返入球磨機。表 3-3 中空軸材料牌號 抗拉強度(Mpa)????屈服強度(Mpa)????伸長率 %?? 正火回火硬度 HBS應用 舉例ZG230-450 450 230 22 131 ≥制造平坦的零件，如機座，機蓋，箱體等焊接性能良好（a） 無螺旋葉片（b）有螺旋葉片圖 3-6 進料管圖 3-7 出料管3.3 軸承部的設計軸承部的組成：主軸承、軸瓦、軸承座以及潤滑系統(tǒng)。球磨機的主軸承是支承回轉(zhuǎn)部分總重量的重要部分，需要承受低速重載沖擊載荷，故選用調(diào)心滾子軸承，其兩列的滾子，主要可承受徑向載荷，同時也可承受任一方向的軸向載荷，并且調(diào)心性能好，可補償同軸度的誤差。潤滑對主軸承來說是至關重要的，潤滑效果不好可導致磨機的損壞。可采用兩種潤滑方式：（1）在中空軸和軸瓦間使用高壓油泵加入高壓油潤滑，在中空軸和軸瓦間產(chǎn)生一層油膜，產(chǎn)生潤滑的效果。（2）在軸承上面加低壓油，進行淋油潤滑。3.4 傳動部的設計3.4.1 傳動形式采用邊緣傳動的形式，電動機驅(qū)動減速器，再由小齒輪帶動筒體邊沿的大齒圈，驅(qū)使球磨機運轉(zhuǎn)，如圖 3-7 所示。圖 3-8 傳動部結構示意圖1-電動機；2-聯(lián)軸器； 3-減速器；4-聯(lián)軸器； 5-小齒輪；6-大齒圈3.4.2 齒輪結構的設計（1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)按圖 3-7 所示的傳動形式，選擇直齒圓柱齒輪。球磨機的工作速度不高，所以選 8 級的精度（GB/10095-88）。小齒輪材料選 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，HB=220~250；大齒圈材料選 ZG45，調(diào)質(zhì)處理，HB=173~200。球磨機的運轉(zhuǎn)速度低，開式重載的齒輪傳動，磨損較重，所以較大的齒輪模數(shù)會延長其使用壽命，選擇模數(shù)為 32。（2）初步確定主要參數(shù)齒形角：20 (3-9) ??= °齒頂高系數(shù)：1 (3-10) ????= 頂隙系數(shù)：0.25 (3-11) ???=初步選定： 3500mm??2=由 得 109.375 取 109??2=????2 ??2= ??2=初步選定 7.68，則有 14.19 取 14??= ??1= ??1=由 1968mm??=??(??1+??2)/2=得 123??1+??2=2??/??=因為 ，所以 ，可得 14.17， ??=??2/??1 ??1+??2=??1(1+??) ??1=(??1+??2)/(1+??)=取 14， 123 14=109??1= ??2= ?109 14=7.78，誤差為 1.3%，可用。??2/??1= /分度圓直徑：32 14=488mm (3-12) ??1=????1= ×=32 109=3488mm (3-13) ??2=????2 ×齒頂高：32mm (3-14) ???1=???2=???? ??=齒根高：40mm (3-15) ???1=???2=(????+???)??= 齒全高：72mm (3-16) ?1+?2=(2????+???)??=齒頂圓直徑：512mm (3-17) ????1=(??1+2????)??= 3552mm (3-18) ????2=(??2+2????)??=齒根圓直徑：368mm (3-19) ????1=(??1?2?????2???)??=3408mm (3-20) ????2=(??1?2?????2???)??=基圓直徑：420.98