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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)翻譯） 第12頁(yè)
機(jī)床冷卻器的容量控制方案和系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)研究
摘要：在機(jī)械加工行業(yè)中，高度精確的制造只能獲得精確的溫度控制冷卻液（油或水）。穩(wěn)定和先進(jìn)的工作組件的精密機(jī)床工具需要適當(dāng)?shù)睦鋮s。然而，機(jī)床冷卻器所面臨的冷卻溫度控制和戲劇性的變化在于高精度加工中的熱負(fù)荷。本研究的主要目的是評(píng)估的熱氣體的影響，調(diào)節(jié)機(jī)床冷卻系統(tǒng)的控制能力。在這項(xiàng)研究中，實(shí)驗(yàn)研究都已提出計(jì)劃和控制調(diào)節(jié)容量的控制閥。毛細(xì)管和熱力膨脹的影響隨著不同容量的控制的閥門(mén)在環(huán)境試驗(yàn)室已被廣泛研究。冷卻系統(tǒng)的性能和功耗消費(fèi)的測(cè)量分析，已經(jīng)比較出不同的冷卻液溫度調(diào)節(jié)閥的百分比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，功耗將減少使用熱氣旁路計(jì)劃控制能力，但整個(gè)系統(tǒng)的性能系數(shù)（COP）會(huì)減少。冷卻液溫度較低，將導(dǎo)致更高的壓縮機(jī)功耗。在進(jìn)行吸氣閥調(diào)節(jié)容量控制在10％-12％的范圍內(nèi)，可以得到不同條件下熱力膨脹閥蒸發(fā)器的負(fù)荷。它還表明，吸氣可以提供足夠的熱力膨脹。閥門(mén)調(diào)節(jié)穩(wěn)定的能力和節(jié)能效果已經(jīng)得到確認(rèn)。建議用不同容量的控制冷卻器系統(tǒng)計(jì)劃，不僅不超過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本效益，而且還可以執(zhí)行節(jié)能和精確的溫度控制和特定的高精度機(jī)床冷卻。
關(guān)鍵詞：機(jī)床冷卻器，熱氣體通過(guò)PAS，吸力調(diào)節(jié)，控制能力
1. 引言
在啟閉軸承和齒輪產(chǎn)生的熱量高速加工機(jī)床的情況下，預(yù)熱機(jī)床主軸和主軸從列的中心偏離，從而導(dǎo)致精度差。此外，在機(jī)冷卻器的應(yīng)用中，可能因超過(guò)負(fù)荷，加工負(fù)荷或裝卸，周?chē)奶鞖庾兓蚱渌蛩?，?huì)影響一些控制計(jì)劃可取油（或水）溫度的準(zhǔn)確性。此外，機(jī)冷卻器最好的管理者是冷卻液溫度，所以應(yīng)避免偏離主軸中心線。但是，機(jī)器面臨的冷卻控制溫度和熱負(fù)荷的急劇變化會(huì)影響高精度的加工。容量調(diào)節(jié)可以減少壓縮機(jī)循環(huán)，降低起動(dòng)負(fù)荷，避免溫度波動(dòng)。因此，機(jī)冷卻器適當(dāng)?shù)娜萘靠刂剖潜夭豢缮俚?。高度精確的處理，可以得到如切削油，冷卻液溫度控制，磨油和純凈水。熱氣旁通計(jì)劃是廣泛被接受在小型制冷系統(tǒng)的容量控制。研究蒸汽的容量控制，注入熱氣體至壓縮制冷系統(tǒng)，制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的吸管，這樣可以減少蒸發(fā)器的負(fù)荷。對(duì)比研究還提出了不同系統(tǒng)的性能系數(shù)（COP）和經(jīng)營(yíng)溫度。此外，還采用了熱氣旁通技術(shù)，以減少容量制冷系統(tǒng)的損耗?；谛阅芊治鰺崃W(xué)第一定律和第二定律的全面討論，提出展示制冷性能在循環(huán)測(cè)試的系統(tǒng)有三個(gè)蒸發(fā)器可以熱氣除霜。它還表明，熱氣體旁路方法提出了更高的制冷能力和甚至循環(huán)溫度波動(dòng)小于它需要的壓縮機(jī)功耗等。用調(diào)查的可行性和通熱氣體性能的方法來(lái)延緩熱泵系統(tǒng)結(jié)霜的速度。從結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱氣旁通方法不僅有阻礙霜凍的形成的功能，還有可提高COP的能力。抽吸氣體節(jié)流是另一種能力制冷系統(tǒng)的控制方法。它可以調(diào)整和減少通過(guò)壓縮機(jī)的制冷流量。提出了蒸發(fā)壓力的實(shí)驗(yàn)性能在開(kāi)放式的調(diào)節(jié)閥中運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，蒸發(fā)器壓力調(diào)節(jié)閥方案是可行的。這種方法能改善內(nèi)閣溫度和減少結(jié)霜。此外，熱氣旁通和吸入閥的比較反映了調(diào)節(jié)控制能力是可以變化的。這表明，吸調(diào)方法被證明是更節(jié)能，特別是在低蒸發(fā)器負(fù)載條件的情況下。選型成本效益高的節(jié)流裝置對(duì)制冷系統(tǒng)的控制至關(guān)重要。毛細(xì)管作為一個(gè)小的擴(kuò)展設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于制冷和空調(diào)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本低。實(shí)證的相關(guān)性和評(píng)級(jí)圖表明絕熱毛細(xì)管替代制冷劑已經(jīng)研制成功。并且已經(jīng)制定了數(shù)值模型來(lái)模擬一個(gè)短暫的恒溫控制的冷卻水蒸發(fā)膨脹閥（TEV）。結(jié)果表明：蒸發(fā)器和TEV系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴(lài)TEV的特色和輸入性質(zhì)。在蒸發(fā)器中的突然變化對(duì)性能的影響是不言而喻的。分析表明，突然改變可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至在一段時(shí)間不能穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)使用改進(jìn)的空氣冷水機(jī)組輔助毛細(xì)管，并且有了廣泛的應(yīng)用環(huán)境。在這項(xiàng)研究中，同時(shí)使用熱氣旁通計(jì)劃和吸氣閥調(diào)節(jié)的控制能力進(jìn)行評(píng)估一個(gè)HFC-407C機(jī)床冷卻器的性能。毛細(xì)管和熱力膨脹閥隨著不同容量的控制而改變。冷卻性能和功耗冷卻系統(tǒng)也將被測(cè)量和分析比較，不同的節(jié)流開(kāi)口比例根據(jù)特定的冷卻水溫度的閥門(mén)而確定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以提供有價(jià)值的信息，對(duì)與機(jī)床冷卻器系統(tǒng)，機(jī)床成本效益的高低是最重要的。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)置和測(cè)試
被廣泛用于防止機(jī)床冷卻器主軸熱變形的溫度已經(jīng)升高。典型機(jī)床冷卻器系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，風(fēng)冷翅片式冷凝器，膨脹設(shè)備外殼和線圈冷卻器（蒸發(fā)器）。次要冷凍冷卻劑（水或油）被抽入機(jī)刀具時(shí)冷卻系統(tǒng)降溫，蒸發(fā)器負(fù)荷發(fā)電儲(chǔ)存在水箱加工過(guò)程中。機(jī)床冷卻系統(tǒng)的框圖如圖1。
圖1 機(jī)床冷卻系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)設(shè)施用于測(cè)試計(jì)劃和兩個(gè)容量控制方案的比較，即熱氣體通計(jì)劃和吸氣閥調(diào)節(jié)分別控制。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的上部由四個(gè)主要部件（包括壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹裝置和蒸發(fā)器）組成典型的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。環(huán)保HFC-407C制冷劑被用來(lái)作為工作液。有兩個(gè)分別安裝在節(jié)流裝置，以便比較系統(tǒng)的變化性能。在所有主要入口和出口，截止閥，溫度傳感器和組裝件安裝妥當(dāng)以便于更換部件和測(cè)量。二循環(huán)包括熱氣體通線和容量控制吸氣閥調(diào)節(jié)線的設(shè)計(jì)和調(diào)制一個(gè)PID（比例-積分-微分）控制比例閥。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的下部（見(jiàn)圖1）是冷卻液循環(huán)，產(chǎn)生冷凍水（或冷凍油）從而加工降溫產(chǎn)生的熱量。它由冷卻水箱，水泵，散熱器和硅控整流器（SCR）調(diào)制加熱器。可控硅負(fù)載模擬器是用于生成精確的熱負(fù)荷，一般模擬范圍從0千瓦到1千瓦。安裝調(diào)節(jié)閥流量計(jì)以便穩(wěn)定冷卻劑的流速。體積流率在20L / min內(nèi)，設(shè)置相匹配的商業(yè)流量可用機(jī)床冷卻器。冷卻水箱，加熱器和所有管道循環(huán)以及絕緣，熱損失可以忽略。在整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試直到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的條件下，模擬器熱功率計(jì)可以測(cè)量負(fù)載對(duì)應(yīng)在蒸發(fā)器的冷負(fù)荷。這樣可提供精確的冷卻液溫度，控制精度為0.2℃，一個(gè)高品質(zhì)的RTD（PT-100Ω）傳感器與不確定性0.1℃的使用蒸發(fā)器出口。反饋控制通過(guò)PID控制器進(jìn)行不斷調(diào)整比例，熱氣旁路閥或吸氣調(diào)節(jié)閥可以在不同的操作模式下進(jìn)行。根據(jù)PID控制算法，我們可以實(shí)現(xiàn)精確的冷卻液溫度控制在固定蒸發(fā)器負(fù)荷下。圖2表示快實(shí)驗(yàn)設(shè)施。
圖2 實(shí)驗(yàn)設(shè)施快照
熱氣旁通回路組成一個(gè)比例閥，這是由一個(gè)PID控制器驅(qū)動(dòng)。它可以提供額外的負(fù)載，從壓縮機(jī)排出線，以彌補(bǔ)減少蒸發(fā)器的負(fù)荷，使冷卻液溫度能保持穩(wěn)定。如果蒸發(fā)器負(fù)荷閥門(mén)開(kāi)啟的百分比下降，就會(huì)增加提供額外的熱氣體，以保持恒定的冷卻劑溫度，反之亦然。一個(gè)測(cè)試長(zhǎng)度為1.0毫米毛細(xì)管，我們可以初步研究HFC-407冷卻系統(tǒng)的不確定性，也可以估計(jì)他的最佳性能，所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被記錄在穩(wěn)定狀態(tài)。功耗壓縮機(jī)能衡量一個(gè)具有功率計(jì)滿(mǎn)刻度的0.01％的不確定性。此外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)熱氣旁通閥可以由4-20毫安的Visual Basic編程的PID電流信號(hào)控制器控制。從電腦中比例閥的開(kāi)度很容易被記錄。性能分析冷卻系統(tǒng)可以收集和比較不同蒸發(fā)器負(fù)荷和冷卻液溫度?？刂颇芰Φ牧硪环N選擇是吸氣閥調(diào)節(jié)方案，正如圖所示。同一比例閥被安裝在吸線壓縮機(jī)上，當(dāng)蒸發(fā)器負(fù)荷下降時(shí)，開(kāi)放吸氣閥的百分比將減少，制冷劑質(zhì)量流量下降到一定值以便匹配冷負(fù)荷。不同的節(jié)流裝置，包括毛細(xì)管管和TEV進(jìn)行審查變異散熱時(shí)，功耗表現(xiàn)都能從冷卻系統(tǒng)中看出。此外，控制算法以及PID控制器的吸氣閥調(diào)控能用相同的熱氣體方案。所有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行都在環(huán)境試驗(yàn)室（圖3所示），以確保環(huán)境條件的影響最小。測(cè)試房間溫度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范范圍從至45℃到0.5℃。不確定性PID控制器的相對(duì)濕度范圍控制從30％-90％RH。鹽水冷卻器是用來(lái)提供冷卻效果的，而SCR熱水器則是用來(lái)控制相對(duì)濕度環(huán)境試驗(yàn)室的。
圖3 環(huán)境實(shí)驗(yàn)室
3.結(jié)論
為了確定最佳毛細(xì)管長(zhǎng)度HFC-407C的冷卻系統(tǒng)，我們應(yīng)該嘗試進(jìn)行固定冷卻液溫度為20℃，精度為0.2℃的條件。（TCW）毛細(xì)管的直徑約為0.75毫米。測(cè)試進(jìn)行中環(huán)境試驗(yàn)室環(huán)境溫度為27℃（CT）。功耗壓縮機(jī)隨長(zhǎng)度的增加毛細(xì)管長(zhǎng)度也增加（從L=100厘米L為120厘米）。功耗的增加而長(zhǎng)度增加從L=120厘米至L=140厘米這樣有不斷冷卻的能力。此后，將毛細(xì)管長(zhǎng)度與其他系統(tǒng)相比，固定在L=120厘米的參數(shù)。此外，熱氣體的變化，旁通閥打開(kāi)壓縮機(jī)功耗的百分比不同的蒸發(fā)器負(fù)載條件下也說(shuō)明這種情況。隨著蒸發(fā)器負(fù)荷的下降，熱氣旁通閥的比例將增加，這樣能提供裝載保持恒定冷卻液的蒸發(fā)溫度。這將導(dǎo)致功率下降壓縮機(jī)的消費(fèi)或多或少能影響著熱氣體的能力控制方案。
圖4 旁通閥開(kāi)啟后熱氣體的變化
通閥門(mén)開(kāi)度變化的熱氣體在不同的冷卻液溫度20℃和26℃的比例下，提出了不同的蒸發(fā)器負(fù)荷如圖4。這樣會(huì)導(dǎo)致冷卻液溫度較低（TCW= 20℃）。因?yàn)樵谳^高的壓縮機(jī)功耗的情況下能降低蒸發(fā)溫度。此外，由于蒸發(fā)器負(fù)載降低，不斷的冷卻液溫度將影響著蒸發(fā)負(fù)載。不同的冷卻液溫度下降的趨勢(shì)是類(lèi)似（TCW=20℃和TCW=26℃）時(shí)的情況。它變得更加明顯，冷卻液溫度較低的情況下，減少冷卻的能力超過(guò)了降低功耗消費(fèi)。雖然功耗稍微減少但是由于容量控制，它將從2.1減少到1.0，因?yàn)槔鋮s能力急劇退化。
圖5 旁通閥在不同的冷卻液溫度下熱氣體的變化
圖6 比較在不同的冷卻液溫度下蒸發(fā)器負(fù)荷的變化
圖7描繪了吸氣閥調(diào)節(jié)的變化。電力的消耗和冷卻水溫度將毛細(xì)管作為節(jié)流裝置的管。電源壓縮機(jī)消耗的降低反而使開(kāi)放吸力調(diào)節(jié)的百分比下降，不斷使蒸發(fā)器得負(fù)荷增加。它還表明，節(jié)能可通過(guò)吸調(diào)控能力控制，但它可能會(huì)導(dǎo)致增加冷卻液溫度升高。在進(jìn)行吸氣閥調(diào)節(jié)控制能力時(shí)，可以減少消費(fèi)從3％（在100％開(kāi)放）至5％不等（在20％的開(kāi)口），但是不能那么明顯。這些數(shù)據(jù)表明，仍然存在一些限制改善系統(tǒng)的性能，可以用毛細(xì)管作為節(jié)流裝置。另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行使用TEV的冷卻系統(tǒng)可以改善系統(tǒng)的性能。測(cè)試結(jié)果如圖。所有的工作條件和除了使用TEV參數(shù)都是相同的。節(jié)能10％-12％可以得到不同蒸發(fā)器的負(fù)荷。它似乎在節(jié)能方面因?yàn)椴煌恼{(diào)節(jié)閥開(kāi)口比例能更好地為T(mén)EV控制，比如毛細(xì)管。此外，它可以讓更大范圍的偏差對(duì)冷卻液溫度同時(shí)吸力調(diào)節(jié)，開(kāi)啟的百分比變得更小（如20％開(kāi)放的情況下）。
圖7 毛細(xì)管吸閥調(diào)節(jié)的變化
圖8 吸氣閥調(diào)節(jié)與變異功耗的變化
正如圖9所示，不同的吸氣閥開(kāi)放的百分比不同，吸氣閥的性能在不同的冷卻液調(diào)節(jié)下毛細(xì)管溫度不同。在固定的冷卻液溫度TCW=20℃下，蒸發(fā)器的能力將降低，當(dāng)打開(kāi)閥門(mén)的百分比下降時(shí)，它允許較少量的制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器。趨勢(shì)更加明顯，超過(guò)40％急劇上升，這可能造成成為在壓降和非線性特性比例調(diào)節(jié)閥。此外，較低的冷卻液溫度TCW=15℃下將導(dǎo)致較低的冷卻蒸發(fā)器，壓縮機(jī)的功率和更高的能力消費(fèi)。圖10描繪了吸性能調(diào)節(jié)閥在不同的冷卻液溫度與TEV的情況下的發(fā)展趨勢(shì)。減少蒸發(fā)器的能力，可以改善開(kāi)放的比例。低于40％的情況下使用毛細(xì)管。
圖9 在不同的冷卻液溫度下吸氣閥的調(diào)節(jié)性能變化
圖10 吸氣閥調(diào)節(jié)性能熱力膨脹閥在不同的冷卻液溫度
圖11代表整體性能的變化毛細(xì)管和TEV機(jī)床冷卻系統(tǒng)。雖然可以減少功耗，但是蒸發(fā)器負(fù)荷降低更為顯著，比如有功耗系統(tǒng)的，即使在不同的吸入閥開(kāi)口比例也不盡相同。然而，下降的制冷量和COP可以提高，特別是在應(yīng)用的TEV的比例低于40％的情況下，因?yàn)門(mén)EV可以提供更穩(wěn)定調(diào)控過(guò)熱的控制。它還表明隨著吸氣閥調(diào)節(jié)TEV足夠的選擇，可以提供另類(lèi)選擇穩(wěn)定的能力控制。
圖11 不同節(jié)流裝置下吸氣閥的性能變化
4.結(jié)論
隨著蒸發(fā)器負(fù)荷下降，（1）熱氣旁通閥的比例將增加，提供更裝載保持恒定冷卻液的蒸發(fā)溫度。這將導(dǎo)致功率下降壓縮機(jī)的消費(fèi)或多或少在進(jìn)行熱氣體通過(guò)能力控制計(jì)劃。（2）冷卻液溫度下，將導(dǎo)致更高的壓縮機(jī)產(chǎn)生負(fù)荷，因?yàn)檩^低的功耗蒸發(fā)溫度比較低。此外，蒸發(fā)器負(fù)荷跌幅不斷冷卻液溫度的情況下，打開(kāi)旁通閥的熱氣體的比例將增加，以補(bǔ)償蒸發(fā)器的負(fù)荷。（3）雖然耗電量將略有減少，由于控制能力，整個(gè)系統(tǒng)的性能將急劇退化，從2.1下降到1.0。（4）毛細(xì)管作為節(jié)流設(shè)備，壓縮機(jī)功耗降低反而使開(kāi)放的吸百分比不斷降低。它也揭示了，節(jié)能可通過(guò)吸調(diào)控能力控制計(jì)劃，但它可能會(huì)導(dǎo)致冷卻水溫度的提高。進(jìn)行吸氣閥調(diào)節(jié)容量控制，從3％至5％，但是不能如此的明顯。（5）節(jié)能10％-12％，可以得到不同蒸發(fā)器負(fù)荷，利用吸氣閥調(diào)節(jié)計(jì)劃，可以更好的控制使用TEVTEV，比如毛細(xì)管......（6）從溫度控制的角度來(lái)看，這項(xiàng)研究的結(jié)果可以提供有價(jià)值的信息，以確定成本效益的方式的可行性，以便在機(jī)床冷卻器或其它小容量的情況下控制制冷系統(tǒng)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
周威威
指導(dǎo)教師
閆存富
2012年 03 月 10 日
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 任務(wù)書(shū)
工 學(xué)院 機(jī)械 系 機(jī)械制造及自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 08 級(jí) 3 班
學(xué)號(hào) 080105613 學(xué)生 周威威 指導(dǎo)教師 閆存富
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目
?900×900溢流型球磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）（紙張不夠可加頁(yè)）
一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）
1、設(shè)計(jì)要求：主要是主傳動(dòng)系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)為主線，以理論計(jì)算及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為輔的綜合性題目。
2、原始資料：（1）電機(jī)采用Y225S－8型電機(jī)；功率18.5KW。
（2）球磨機(jī)轉(zhuǎn)速：39.2r /min；
（3）球磨機(jī)直徑為Φ900mm，長(zhǎng)度900mm；有效容積0.45；最大裝球量0.96t；
3、參考文獻(xiàn)：機(jī)械設(shè)計(jì),金屬工藝學(xué)及熱處理、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、機(jī)械工程手冊(cè)等資料。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)
1、查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；編寫(xiě)文獻(xiàn)綜述（不少于3000字）。
2、翻譯外文科技資料，不少于3000字。
3. 完成開(kāi)題報(bào)告。
4、完成球磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖、部件圖和零件圖，折合A1圖紙3張以上。
5、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，不少于8000漢字。
三、時(shí)間安排
1——3周 完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述等
4——11周 完成總體設(shè)計(jì)、撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)等
12——13周 修改論文、資格審查等
14周 畢業(yè)答辯
畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日
計(jì)劃答辯時(shí)間： 2012 年 5 月 19 日
專(zhuān)業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)： 審批人簽名：
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告表
課題名稱(chēng)
Φ900×900溢流型球磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
教師擬訂
課題類(lèi)型
AX
指導(dǎo)教師
閆存富
學(xué)生姓名
周威威
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
080105613
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關(guān)的資料有：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)等以及與設(shè)計(jì)相關(guān)的手冊(cè)。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)該設(shè)計(jì)過(guò)程，可以檢驗(yàn)學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生處理工程中實(shí)際問(wèn)題的能力，因此意義特別重大。
編制傳動(dòng)系統(tǒng)的規(guī)程，根據(jù)所確定的工藝規(guī)程進(jìn)行相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)及其主要零部件設(shè)計(jì)，繪制球磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總裝圖及主要零部件圖等圖紙。
三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路
此設(shè)計(jì)要求的較為簡(jiǎn)單，考慮到中心傳動(dòng)設(shè)計(jì)較為昂貴并且不容易維修。決定采用邊緣傳動(dòng)設(shè)計(jì)。采用電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接到減速器，然后通過(guò)單級(jí)齒輪傳動(dòng)使球磨機(jī)得以工作，最后進(jìn)行整型，制造出符合要求工件。
2、預(yù)期的成果
（1）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字。
（2）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
（3）繪制裝配圖，部分零件圖。
（4）刻錄包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤(pán)一張。
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
1周——2周 收集設(shè)計(jì)資料并完成開(kāi)題報(bào)告
3周——4周 完成英文資料翻譯并寫(xiě)出文獻(xiàn)綜述
5周——6周 進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和部分零部件的選擇與設(shè)計(jì)
7周——10周 繪制裝配圖和部分零件圖、編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
11周 修改整理，準(zhǔn)備答辯
五、完成設(shè)計(jì)所具備的條件因素
本人已修完機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、液壓與氣壓傳動(dòng)、金屬工藝學(xué)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)指導(dǎo)等課程，借助圖書(shū)館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類(lèi)型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告
（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 IV 頁(yè)
Φ900×900溢流型球磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
球磨機(jī)是通過(guò)圓筒內(nèi)的鋼球在材料之上作用來(lái)碾磨材料的，是一種能有效的碾磨多種材料的工具。其被廣泛地被用于建材、化工、選礦等行業(yè)。
球磨機(jī)的能量利用率很低，這和物料在磨內(nèi)分布情況有極大的關(guān)系。越靠近筒體的外層運(yùn)動(dòng)軌跡，研磨作用越大。而磨機(jī)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，物料進(jìn)入筒體就直接落入內(nèi)層，內(nèi)層的物料要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入外層充分碾磨，從而損失了大量能量。
我根據(jù)一些原始的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算來(lái)完成傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先計(jì)算總傳動(dòng)比確定傳動(dòng)方案，然后根據(jù)傳動(dòng)方案的參數(shù)，選擇齒輪的齒數(shù)，模數(shù)等來(lái)完成減速器的設(shè)計(jì)，最后再完成邊緣傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)各軸的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行校核，以完成傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：球磨機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)，校核
The Design of Φ900×900 Grid board type
Ball Mill Main Driving System
Author:Zhou Weiwei
Tutor:Yan Cunfu
Abstract
Ball mill winch grinds material by rotating a cylinder with steel grinding balls, is an efficient tool for grinding many materials into fine powder. It is widely used in building material, chemical industry, etc.
The ball mill energy use factor is low, the distribution situation has the enormous relations with the material in grinding. Therefore discovered more approached the grinding machine outer layer, the abrasive action is bigger. When grinding machine actual production, the materials entered the mill to fall directly the inner layer, the process dynamics analysis, the inner layer material had to through the long time to enter the outer layer, reduced the production efficiency greatly.
I according to the number of original data through calculation to design the drive system, first calculate the total transmission ratio to determine the transmission scheme, then according to the parameter selection scheme of transmission, the gear teeth, modulus to complete the design of speed reducer, finally finished edge transmission design, and the axial stiffness and strength check, to complete the design of transmission system. I according to the number of original data through calculation to design the drive system, first calculate the total transmission ratio to determine the transmission scheme, then according to the parameter selection scheme of transmission, the gear teeth, modulus to complete the design of speed reducer, finally finished edge transmission design, and the axial stiffness and strength check, to complete the design of transmission system.
Key words: ball mill, drive system, check
目 錄
1緒論 1
1.1課題的背景及研究目的 1
1.2國(guó)內(nèi)外球磨機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 2
2傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 3
2.1確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及分配級(jí)傳動(dòng)比 3
2.2傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 3
3減速器的設(shè)計(jì) 4
3.1齒輪齒數(shù)的確定 4
3.2確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 4
3.3計(jì)算 4
3.4幾何尺寸計(jì)算 7
4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 8
4.1基本參數(shù)計(jì)算 8
4.2軸的材料選擇及最小直徑估算 8
4.2.1高速軸最小直徑的確定 8
4.2.2低速軸最小直徑的確定 9
4.3高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
4.3.1各軸段的直徑的確定 9
4.3.2各軸段長(zhǎng)度的確定 10
4.3.3高速軸的校核 10
4.3.4軸承的校核 13
4.3.5 鍵的設(shè)計(jì)與校核 13
4.4低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
4.4.1各軸段的直徑的確定 14
4.4.2各軸段長(zhǎng)度的確定 15
4.4.3校核低速軸 15
4.4.4 軸承的校核 18
4.4.5鍵的選擇與校核 19
5 聯(lián)軸器的選擇 20
5.1聯(lián)軸器的功用 20
5.2聯(lián)軸器的類(lèi)型特點(diǎn) 20
5.3 聯(lián)軸器的選用 20
5.4聯(lián)軸器材料 21
6邊緣傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 22
6.1球磨機(jī)邊緣齒數(shù)的確定 22
6.2輪齒數(shù)的確定 22
6.3尺寸的計(jì)算 22
結(jié) 論 23
致 謝 24
參考文獻(xiàn) 25
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述） 第 7 頁(yè)
溢流型球磨機(jī)
摘要：球磨機(jī)規(guī)格存在大型化發(fā)展趨勢(shì)，本文介紹了球磨機(jī)的發(fā)展、制造現(xiàn)狀，主要生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)等，闡述了球磨機(jī)的齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、國(guó)內(nèi)外溢流型球磨機(jī)的傳動(dòng)方式等，并且對(duì)無(wú)齒輪磨機(jī)驅(qū)動(dòng)作了重點(diǎn)介紹。
關(guān)鍵詞：球磨機(jī)，齒輪驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式
引言：
溢流型球磨機(jī)廣泛應(yīng)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)，特別是在選礦行業(yè)中應(yīng)用最為普遍的粉磨機(jī)械。
溢流型球磨機(jī)由給料部、出料部、回轉(zhuǎn)部、傳動(dòng)部（減速機(jī)，小傳動(dòng)齒輪，電機(jī)，電控）等主要部分組成。中空軸采用鑄鋼件，內(nèi)襯可拆換，回轉(zhuǎn)大齒輪采用鑄件滾齒加工，筒體內(nèi)鑲有耐磨襯板，具有良好的耐磨性。本機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠。
溢流型球磨機(jī)為臥式筒形旋轉(zhuǎn)裝置，外沿齒輪傳動(dòng)，兩倉(cāng)，格子型溢流型球磨機(jī)。物料由進(jìn)料裝置經(jīng)入料中空軸螺旋均勻地進(jìn)入磨機(jī)第一倉(cāng)，該倉(cāng)內(nèi)有階梯襯板或波紋襯板，內(nèi)裝不同規(guī)格鋼球，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力將鋼球帶到一定高度后落下，對(duì)物料產(chǎn)生重?fù)艉脱心プ饔谩Ｎ锪显诘谝粋}(cāng)達(dá)到粗磨后，經(jīng)單層隔倉(cāng)板進(jìn)入第二倉(cāng)，該倉(cāng)內(nèi)鑲有平襯板，內(nèi)有鋼球，將物料進(jìn)一步研磨。粉狀物通過(guò)卸料箅板排出，完成粉磨作業(yè)。
溢流型球磨機(jī)是在物料濕水狀態(tài)下工作的磨機(jī)，與干式球磨機(jī)最大區(qū)別在于端蓋為錐形，端蓋上只有一個(gè)波峰襯板，采用優(yōu)質(zhì)的高錳鋼作襯板，耐磨，噪音小，工作效率高。最大優(yōu)點(diǎn)是可以高精度選取低品位磁性鐵礦石，可以選取任一粒度，隨時(shí)可以丟棄粗粒尾礦。該設(shè)備投資低，見(jiàn)效快。
近20多年來(lái)發(fā)展最快的碎磨工藝是半自磨—球磨工藝，目前，有很多大中型選礦廠采用此種碎磨工藝 (粗碎除外)。球磨機(jī)是利用鋼球作為磨礦介質(zhì)進(jìn)行磨礦的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、破碎比大(3～100)，既可濕磨又可干磨，可用于處理各種礦物原料，適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。所以，在選礦、建材、化工、冶金及材料等工業(yè)部門(mén)中，球磨機(jī)都是最普遍、最通用的粉磨設(shè)備，在礦物粉碎和超細(xì)粉碎加工中占有重要地位，倍受人們青睞。因?yàn)榍蚰C(jī)處理能力和產(chǎn)物粒度對(duì)后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產(chǎn)流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響顯著，所以，有關(guān)球磨機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)外一直受到廣泛關(guān)注和高度重視。近年來(lái)，隨著礦山規(guī)模的擴(kuò)大，在開(kāi)采大規(guī)模、低品位礦床時(shí)短工廠流程配置、提高處理能力以減少基本投資和生產(chǎn)成本，一直是眾多礦廠追求的目標(biāo)。
1. 球磨機(jī)的發(fā)展
我國(guó)于1965年研制的第一臺(tái)球磨機(jī)，首創(chuàng)了三筒體串聯(lián)結(jié)構(gòu)，容積為30L，功率3kw。國(guó)內(nèi)球磨機(jī)的制造和應(yīng)用在1985年前后進(jìn)人高潮，球磨機(jī)制造企業(yè)已達(dá)20多家，最大容積達(dá)到1500L，兩筒體并聯(lián)和三筒體串聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)并存。浙江溫州礦山機(jī)械廠、洛陽(yáng)礦山機(jī)械研究所、河南新鄉(xiāng)、陜西西安等地的球磨機(jī)都占據(jù)了各自的市場(chǎng)份額。
河南金昌礦山設(shè)備廠生產(chǎn)的球磨機(jī)廣泛應(yīng)用于硅咳鹽、耐火材料、建樹(shù)、藥物、化工、無(wú)線電、粉末冶金、鎢業(yè)、磁性材料、輕工等工業(yè)部門(mén)粉磨石英、石墨、蠟石、高嶺土、涂料、玻璃料及其他礦物料和非金屬材料等，是一種高效率細(xì)磨和超細(xì)磨設(shè)備。它不僅能用于粉磨物料，而且還能杏效地做混合機(jī)使用。特別是MZ—200、MZ—840球磨機(jī)對(duì)物料的超細(xì)粉磨與易氧化物料采用惰性氣體保護(hù)尤能顯示優(yōu)點(diǎn)。單簡(jiǎn)式球磨機(jī)為間歇式球磨機(jī)，可用于濕法和干法粉磨。雙簡(jiǎn)式扳動(dòng)磨主要用于連續(xù)粉磨場(chǎng)合，可用于濕法和干法粉磨。筒體內(nèi)壁可直接襯貼橡膠，也可以加襯金屬或其他材質(zhì)材扳。根據(jù)需要可采用合金鋼質(zhì)、瓷質(zhì)或其他襯質(zhì)的磨介。
粉磨能力特性根據(jù)進(jìn)、出料粒度的要求不同，粉磨工藝過(guò)程區(qū)分為細(xì)磨與超細(xì)磨段。所謂細(xì)磨是指進(jìn)料粒度為1—2mm，以處理得到200-300目料體為目的的粉磨過(guò)程。超細(xì)粉磨是指進(jìn)料粒度小于0.85mm，以處理得到小于28μm酚體產(chǎn)物為目的的粉磨過(guò)程。
河南省鞏義市金昌礦山設(shè)備廠是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的選礦設(shè)備制造、供應(yīng)商，我們專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)高品質(zhì)的選礦設(shè)備、破碎設(shè)備、回轉(zhuǎn)窯設(shè)備以及烘干機(jī)設(shè)備。選礦設(shè)備主要產(chǎn)品包括：球磨機(jī)、節(jié)能球磨機(jī)、圓錐球磨機(jī)、溢流型球磨機(jī)、格子型球磨機(jī)、水泥球磨機(jī)、棒球磨機(jī)、破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)，復(fù)合破碎機(jī)，反擊式破碎機(jī)，新型破碎機(jī)，烘干機(jī)、新型烘干機(jī)、煤泥烘干機(jī)、粉煤灰烘干機(jī)、褐煤烘干機(jī)、脫硫石膏烘干機(jī)、蒙煤烘干機(jī)、洗礦機(jī)，螺旋洗礦機(jī)，分級(jí)機(jī)、浮選機(jī)、磁選機(jī)等?；剞D(zhuǎn)窯設(shè)備有，炭素回轉(zhuǎn)窯，陶粒砂回轉(zhuǎn)窯，褐鐵礦回轉(zhuǎn)窯，赤鐵礦回轉(zhuǎn)窯，高嶺土回轉(zhuǎn)窯，水泥回轉(zhuǎn)窯，還原鐵回轉(zhuǎn)窯。這些產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、電力、公路、鐵路、水利、建材等領(lǐng)域。
2. 主要生產(chǎn)企業(yè)和技術(shù)參數(shù)
目前，世界上生產(chǎn)大型球磨機(jī)的主要生產(chǎn)廠家有丹麥F.L.Smidth集團(tuán)旗下的FFE Minerals公司(由其子公司FLS Minerals和原美國(guó) Fuller公司重組形成的)、澳大利亞 Outokumpu公司和ANI公司、芬蘭Metso Minerals公司(1988 年并購(gòu)了原美國(guó)AC公司)、德國(guó)Krupp公司和日本的川崎重工等。磨機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要制造商有瑞士ABB公司，其在無(wú)齒輪磨機(jī)驅(qū)動(dòng)(GMD－Gearless Mill Drive) 方面尤為擅長(zhǎng)。
下面簡(jiǎn)要介紹一些公司的產(chǎn)品及主要技術(shù)參數(shù)。
1998 年末，澳大利亞Outokumpu公司為本國(guó)的Cadia Hill銅金礦選礦廠制造的二臺(tái)f 6.71×11.13m、裝機(jī)容量2×4500 kW/ 臺(tái)的球磨機(jī)(鋼球介質(zhì)直徑為65mm，采用雙邊齒輪嚙合傳動(dòng)) 投入運(yùn)行。它們與一臺(tái)f 12.2 m×6.71m、裝機(jī)容量20000kW的當(dāng)時(shí)世界上最大的半自磨機(jī)配套，處理能力為2065t/ h，碎磨礦物粒度可達(dá)0.1mm。FFE Minerals公司和瑞士ABB公司合作，為秘魯?shù)腁ntamina銅鋅礦制造的三臺(tái)f 7.32×11.0m球磨機(jī)(GMD－Gearless Mill Drive，以下所提到的磨機(jī)驅(qū)動(dòng)方式均采用GMD)于2001年6月投入運(yùn)行，其裝機(jī)容量11200 kW/臺(tái)，筒體轉(zhuǎn)速為11.8r/ min 。
智利 Esc-dida 銅礦制造的3臺(tái)f 7.62×11.58m球磨機(jī)于2002年12月投運(yùn)行，其裝機(jī)容量 13430kW/ 臺(tái)，筒體轉(zhuǎn)速為11.5r/ min，該系統(tǒng)處理能力為4583t/ h。其為世界第四大銅礦——智利的Collahuasi銅礦制造的兩臺(tái)f 7.9211.58 m、裝機(jī)容量為15500 kW/ 臺(tái)、筒體轉(zhuǎn)速為11.42 r/ min 的球磨機(jī)，已在2004 年11月交工試運(yùn)轉(zhuǎn)，它們與一臺(tái)f 12.2×7.31 m、裝機(jī)容量21000kW的迄今世界上最大的半自磨機(jī)配套，處理能力達(dá)65000t／d。據(jù)報(bào)道，Metso Minerals公司將向西澳大利亞Boddington金礦公司(BGM) 提供破碎和研磨設(shè)備，該訂單包括提供4臺(tái)14500kW的球磨機(jī)，將于2007年第四季度交貨。FFE Minerals 公司為世界最大的鉑礦——南非的Anglo Platinum 鉑礦制造的兩臺(tái)f 7.92×12.2 m、裝機(jī)容量為17500kW/ 臺(tái)的球磨機(jī)預(yù)計(jì)于2007年底交付使用，這是迄今世界上裝機(jī)容量最大的球磨機(jī)。
3. 結(jié)構(gòu)工藝及關(guān)鍵技術(shù)
球磨機(jī)規(guī)格的不斷增大，一方面對(duì)磨機(jī)結(jié)構(gòu) (中空軸、端蓋、磨機(jī)筒體斷面和這些部分之間的聯(lián)接)及軸承和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (包括動(dòng)力源和傳動(dòng)系統(tǒng)) 中的部分組件結(jié)構(gòu)形式提出了新的要求，以提高設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度和局部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特性。另一方面也增大了制造強(qiáng)度，同時(shí)，由于其基本投資很大，要求的利潤(rùn)率高和工廠多余設(shè)施少，這又對(duì)其使用壽命、精確性和可靠性等方面都提出了更高的要求。下面對(duì)大型球磨機(jī)部分組件的結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)作一簡(jiǎn)要介紹。
3.1 磨機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
3.1.1 齒輪傳動(dòng)
目前，大型磨機(jī)很多是通過(guò)斜齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)的，即通過(guò)由螺栓固聯(lián)在其筒體上的大齒圈與一個(gè)或兩個(gè)(雙邊齒輪傳動(dòng))小齒輪嚙合，而小齒輪則由低速同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣就將動(dòng)力由電機(jī)傳到筒體上，從而帶動(dòng)筒體旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)采用油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)保證潤(rùn)滑，大小齒輪均被密封在齒輪防護(hù)罩內(nèi)，以防止外界粉塵顆粒對(duì)齒輪的磨損，采用雙邊齒輪傳動(dòng)是為了在采用同種電機(jī)的情況下能使系統(tǒng)的輸出功率提高一倍，從而滿(mǎn)足更大規(guī)格磨機(jī)的功率需求。以齒輪驅(qū)動(dòng)的球磨機(jī)大齒圈的輸入載荷非常大，其對(duì)磨機(jī)主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響明顯，因此，齒輪設(shè)計(jì)需要作為磨機(jī)主體分析的一部分來(lái)處理要詳細(xì)地了解齒輪及其負(fù)荷對(duì)磨機(jī)主體結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)，對(duì)齒輪也要單獨(dú)進(jìn)行分析。
隨著球磨機(jī)規(guī)格的增大，其齒輪尺寸也在增加,為了保證在滿(mǎn)載運(yùn)轉(zhuǎn)條件下小齒輪與大齒輪能正確嚙合，有些公司開(kāi)發(fā)了在線齒輪非接觸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將三個(gè)或更多個(gè)紅外線測(cè)溫儀準(zhǔn)確地安裝在齒輪罩觀察門(mén)上，監(jiān)測(cè)齒面接觸壓力變化引起的齒溫變化，提供早期位置偏差問(wèn)題和潤(rùn)滑問(wèn)題報(bào)警。
3.1.2 無(wú)齒輪磨機(jī)驅(qū)動(dòng) (GMD－Gearless Mill Drive)
上世紀(jì) 60 年代，世界各地都掀起了一股建筑熱潮，對(duì)水泥的需求量驟增，市場(chǎng)需要水泥制造商迅速提高生產(chǎn)能力，考慮到自身的經(jīng)濟(jì)利益，各水泥制造商對(duì)大功率的磨機(jī)系統(tǒng)需求尤為迫切，但憑當(dāng)時(shí)的制造水平無(wú)法制造出適應(yīng)更大功率磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪。在這種情況下，當(dāng)時(shí)的瑞士ABB公司創(chuàng)造性地提出了無(wú)齒輪磨機(jī)驅(qū)動(dòng)的概念，并于1969年為法國(guó)拉法基集團(tuán)制造的世界上第一臺(tái)GMD(裝機(jī)容量6400kW/ 臺(tái))投入運(yùn)轉(zhuǎn)，直今仍在使用中。1985年，該公司制造的世界上一臺(tái)礦用GMD在巴布亞新幾內(nèi)亞投入運(yùn)行。
一方面，實(shí)踐證明現(xiàn)在的技術(shù)水平制造出來(lái)的一對(duì)嚙合齒輪，其所能傳遞的最大負(fù)荷為7500kW左右，即使磨機(jī)采用雙邊齒輪嚙合傳動(dòng)，其功率極限也被限制在15000kW/ 臺(tái)。另一方面，雖然采用 GMD前期的一次性投入很大，但長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)表明GMD的使用維護(hù)成本是非常低的，并且在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中呈現(xiàn)出良好的可控性和可靠性；因?yàn)镚MD屬于非接觸傳動(dòng)，其磨損量接近于0，使用壽命很長(zhǎng)，所以其綜合經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于齒輪嚙合傳動(dòng)磨機(jī)。綜合上述兩方面原因，為了提高磨機(jī)生產(chǎn)效率，現(xiàn)在制造的裝機(jī)容量超過(guò)10000kW/ 臺(tái)的大型球磨機(jī)多采用GMD，并且其裝機(jī)容量可以滿(mǎn)足目前任何功率需求。
下面簡(jiǎn)要介紹GMD的結(jié)構(gòu)：
GMD 是采用同步電機(jī)的原理，將轉(zhuǎn)子鐵心、線繞式轉(zhuǎn)子繞組等壓裝在轉(zhuǎn)子支撐法蘭上，再用螺栓將轉(zhuǎn)子支撐法蘭固結(jié)在筒體法蘭上。將整個(gè)轉(zhuǎn)子單元嵌套在固定在磨機(jī)基座上的定子內(nèi)，兩者之間留有一定的空氣隙，這樣就構(gòu)成了電機(jī)基本結(jié)構(gòu)，磨機(jī)筒體即成為其轉(zhuǎn)子單元的一部分。通過(guò)一頻率轉(zhuǎn)換器將通往電機(jī)的電流頻率從50Hz轉(zhuǎn)換為1Hz左右，磨機(jī)轉(zhuǎn)速變化即通過(guò)調(diào)節(jié)電流頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。空氣隙大小的選擇對(duì)電機(jī)性能及電機(jī)制造的工藝影響非常大，可以說(shuō)是GMD中最重要的尺寸。設(shè)計(jì)時(shí)其值可以先根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式初步估算一下，之后再根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、要求作精確確定。
轉(zhuǎn)子和定子的圓度和同心度對(duì)空氣隙大小有很大的影響，而由于受加工精度、發(fā)熱、載荷影響產(chǎn)生的空氣隙偏差和偏心，會(huì)引起電機(jī)系統(tǒng)的磁力不平衡和動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。所以對(duì) GMD 來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：
(1) 分析整個(gè)系統(tǒng)的剛度。必須確保轉(zhuǎn)子/ 磨機(jī)/軸承系統(tǒng)相對(duì)于定子/ 軸承座/ 基礎(chǔ)系統(tǒng)有足夠大的剛度，能有效防止由于電機(jī)空氣隙偏差和偏心造成的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定；
(2) 磨機(jī)本身結(jié)構(gòu)必須能承受由裝在磨機(jī)上的轉(zhuǎn)子電極重量和空氣隙偏差產(chǎn)生的徑向負(fù)荷所引起的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高負(fù)荷。GMD結(jié)構(gòu)中，螺栓與兩段分別固裝在轉(zhuǎn)子支撐法蘭和筒體法蘭上的套筒間隙配合，可以通過(guò)其相互間的左右擺動(dòng)和上下錯(cuò)動(dòng)來(lái)校正電機(jī)的空氣隙偏差和偏心。為了保證GMD的工作狀態(tài)，提供早期的問(wèn)題報(bào)警，有些公司開(kāi)發(fā)了在線GMD非接觸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其原理是在定子內(nèi)側(cè)裝有多個(gè)電容式傳感器，輸入值經(jīng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后從電路的另一端輸出，通過(guò)觀察其輸出值，可以監(jiān)測(cè)空氣隙的大小有無(wú)變化
3.2 軸承系統(tǒng)
隨著球磨機(jī)規(guī)格的增大，磨機(jī)負(fù)荷及軸頸直徑隨之增大，其共同產(chǎn)生的軸頸變形也增大，從而要求必須研制可承受極高負(fù)荷和大軸頸變形的經(jīng)濟(jì)有效而可靠的軸承系統(tǒng)。實(shí)踐證明，液體靜壓軸承或靜動(dòng)壓混合軸承可以滿(mǎn)足此需求。這些軸承的液壓系統(tǒng)必須是高可靠性的、易于維護(hù)的， 具有向軸承提供充足以便在發(fā)生電源故障時(shí)使磨機(jī)安全停車(chē)。為了保證加工和裝配精度，提高軸承系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)在大型磨機(jī)多采用多軸瓦軸承支撐。隨著磨機(jī)規(guī)格的增大，每端可分別采用2塊、4塊或6塊軸瓦進(jìn)行支撐。同時(shí)，為了校正球磨機(jī)軸承支承處的軸線偏轉(zhuǎn)和熱變形，保證軸瓦和軸頸間的完全液體潤(rùn)滑狀態(tài)，對(duì)每塊軸瓦又采用輥?zhàn)幼蚯蛐妥c液壓千斤頂組合進(jìn)行支撐。這樣做也可以方便對(duì)軸瓦進(jìn)行維護(hù)及更換。軸瓦支撐座上還可以裝配負(fù)荷傳感器，以測(cè)得磨機(jī)、介質(zhì)及物料的重量。潤(rùn)滑油供油系統(tǒng)可采用等壓力或等流量供給，業(yè)內(nèi)多采用同軸多聯(lián)泵進(jìn)行等流供油。
3.3 磨礦過(guò)程的模擬分析技術(shù)
磨機(jī)規(guī)格的增大，使其造價(jià)十分昂貴，要求其設(shè)計(jì)方案具有足夠的準(zhǔn)確性和可靠性，以在制造過(guò)程中減少成本損失。磨礦過(guò)程的模擬研究是磨礦過(guò)程優(yōu)化控制的基礎(chǔ)，也是磨礦從實(shí)驗(yàn)研究走向理論研究的關(guān)鍵步驟。磨機(jī)結(jié)構(gòu)分析的關(guān)鍵是要有一個(gè)明確的設(shè)計(jì)思想，這就需要將磨機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)荷和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與可能的磨機(jī)操作設(shè)計(jì)條件緊密結(jié)合起來(lái)。同時(shí)還要考慮實(shí)際上能夠達(dá)到的分析精度和制造質(zhì)量。
實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，有限單元法是20世紀(jì)中葉在電子計(jì)算機(jī)誕生之后，在計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算力學(xué)和計(jì)算工程科學(xué)領(lǐng)域里誕生的最有效的計(jì)算方法。隨著有限元分析軟件的功能不斷增強(qiáng)和完善，使得其能對(duì)球磨機(jī)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確而可靠的分析，并且利用有限元分析軟件豐富的前、后處理功能，特別是有限元后處理中的計(jì)算結(jié)果可視化，可直觀觀察變圖，各種相關(guān)應(yīng)力的彩色云圖等。而且模型一旦建立，可比較方便地修改局部結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)逐步達(dá)到最優(yōu)，從而保證設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和可靠性。在對(duì)磨機(jī)進(jìn)行有限元模擬分析過(guò)程中，需要注意區(qū)分工況及確定相應(yīng)工況的載荷，并且必須以簡(jiǎn)化方法，對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的作用建立模型。同時(shí)，由于襯板之間和襯板與磨機(jī)間存在大量的不連續(xù)性，建模過(guò)程中需對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化在施加重力載荷時(shí)，再將其按等效密度加到相應(yīng)部位上。有限元法等數(shù)值方法適合于解決連續(xù)介質(zhì)問(wèn)題，而為了提高球磨機(jī)的性能，對(duì)球磨機(jī)中多相混合材料介質(zhì)在復(fù)雜物理場(chǎng)作用下的動(dòng)力學(xué)行為的研究成了必然。而自1990年Mishra和 Rajamani 創(chuàng)造性地將離散單元法用于此領(lǐng)域的研究后，其就在此應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮了其它數(shù)值算法不可替代的作用。離散單元法的本思想是把不連續(xù)體分離為剛性元素的集合，使各個(gè)剛性元素滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)方程，用時(shí)步迭代的方法求解各剛性元素的運(yùn)動(dòng)方程，繼而求得不連續(xù)體的整體運(yùn)動(dòng)形態(tài)。其對(duì)計(jì)算和模擬材料具體的破壞形式和破壞的整個(gè)過(guò)程等方面具有十分科學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。最后，磨機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)階段，還必須對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，以確保將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的實(shí)際應(yīng)力范圍與分析模型預(yù)測(cè)值對(duì)比，從而證實(shí)負(fù)荷影響和襯板影響假設(shè)的合理性和準(zhǔn)確性。
4. 國(guó)內(nèi)溢流型球磨機(jī)的傳動(dòng)方式
國(guó)內(nèi)球磨機(jī)的傳動(dòng)方式根據(jù)磨機(jī)規(guī)格不同有如下幾種：（1）同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。大型球磨機(jī)采用低速同步電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)球磨機(jī)的小齒輪，小齒輪再帶動(dòng)大齒圈使球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高、占地面積小、維修方便和改善電網(wǎng)的功率因數(shù)， 但同步電動(dòng)機(jī)售價(jià)較高，而且需直流電源。（2）異步電機(jī)齒輪減速器傳動(dòng)。大、中型球磨機(jī)采用異步傳動(dòng)，齒輪減速器帶動(dòng)小齒輪、大齒圈而驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是異步電動(dòng)機(jī)價(jià)格便宜，但多用了一大套大型減速器。（3）異步電機(jī)三角皮帶傳動(dòng)。小型球磨機(jī)采用異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角皮帶帶動(dòng)小齒輪，大齒圈而驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)。其缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率低，占地面積大，維修復(fù)雜。
5.國(guó)外溢流型球磨機(jī)的傳動(dòng)方式
國(guó)外生產(chǎn)的球磨機(jī)傳動(dòng)方式有下述三種
（1）電動(dòng)機(jī)通過(guò)小齒輪和大齒圈傳動(dòng)。
（2）中心傳動(dòng)，即電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)中空軸頸的延長(zhǎng)部分。
（3）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接裝在筒體或中空軸頸的延長(zhǎng)部分上，定子固定于地基上，構(gòu)成所謂“無(wú)齒輪傳動(dòng)”。此時(shí)，采用超低速同步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速等于球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速，適用于傳動(dòng)功率7500kw以上。球磨機(jī)的給料是由給礦器完成的。給礦器固定于球磨機(jī)的中空軸頸上并隨中空軸頸一起傳動(dòng)。常用的給礦器有鼓形、蝸形和聯(lián)合給礦器三種。球磨機(jī)的筒體、端蓋、中空軸頸等處都敷有襯板。筒體襯板除保護(hù)筒體外，還對(duì)磨礦介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和磨礦效率有影響，當(dāng)襯板較平滑時(shí)，對(duì)磨礦介質(zhì)的提升作用較弱，沖擊作用較小，而研磨作用較強(qiáng)。襯板還要求耐磨損。由于介質(zhì)和礦漿的沖擊、研磨和沖刷腐蝕造成了襯板的磨損，除了襯板的材質(zhì)和形狀外，磨損還與給礦粒度、礦石可磨性、鋼球大小、筒體直徑、球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速以及礦漿的腐蝕性等因素有關(guān)。襯板的材質(zhì)有高錳鋼、高鉻（白口）鑄鐵、橡膠等。中錳球墨鑄鐵（含Mn7%-9%,Si3.4%-4%,C3.2%-3.6%）的壽命不低于高錳鋼，但成本低得多。襯板厚度一般為50-130mm,與筒殼之間有10-14mm的間隙，用膠合板、石棉墊、塑料板或橡膠鋪在其中，用來(lái)緩沖鋼球?qū)ν搀w的沖擊。襯板用螺栓固定在筒體上，螺帽下面有橡膠環(huán)和金屬墊圈，以防止礦漿漏出。襯板的形狀多種多樣。按其表面形狀可分為平滑和不平滑兩類(lèi)。不平滑襯板可使磨礦介質(zhì)提升到較高的高度再落下，并且對(duì)鋼球和礦石較強(qiáng)的攪動(dòng)，因而適用于粗磨。平滑襯板由于鋼球與襯板之間的相對(duì)滑動(dòng)較大，因而產(chǎn)生較多的研磨作用而適用于細(xì)磨。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)小齒輪和大齒輪將筒體帶動(dòng)時(shí)，物料經(jīng)給料器通過(guò)中空軸頸從左端給入筒體。筒體內(nèi)裝有一定質(zhì)量的鋼球作為磨礦介質(zhì)。物料受到鋼球的作用而磨碎，然后經(jīng)排礦端的中空軸頸排出機(jī)外。由于磨碎產(chǎn)品經(jīng)中空軸頸溢流排出，故這種球磨機(jī)稱(chēng)為溢流型球磨機(jī)，是一種廣泛應(yīng)用的球磨機(jī)。
6. 球磨機(jī)的安裝與維護(hù)
機(jī)器的維護(hù)保養(yǎng)是一項(xiàng)極其重要的經(jīng)常性的工作，它應(yīng)與極其的操作和檢修等密切配合，應(yīng)有專(zhuān)職人員進(jìn)行值班檢查。
1、軸承擔(dān)負(fù)機(jī)器的全部負(fù)荷，所以良好的潤(rùn)滑對(duì)軸承壽命有很大的關(guān)系，它直接影響到機(jī)器的使用壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)率，因而要求注入的潤(rùn)滑油必須清潔，密封必須良好，本機(jī)器的主要注油處（1）轉(zhuǎn)動(dòng)軸承（2）軋輥軸承（3）所有齒輪（4）活動(dòng)軸承、滑動(dòng)平面。
2、新安裝的輪箍容易發(fā)生松動(dòng)必須經(jīng)常進(jìn)行檢查。
3、注意機(jī)器各部位的工作是否正常。
4、注意檢查易磨損件的磨損程度，隨時(shí)注意更換被磨損的零件。
5、放活動(dòng)裝置的底架平面，應(yīng)出去灰塵等物以免機(jī)器遇到不能破碎的物料時(shí)活動(dòng)。
6、軸承不能在底架上移動(dòng)，以致發(fā)生嚴(yán)重事故。
7、軸承油溫升高，應(yīng)立即停車(chē)檢查原因加以消除。
8、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)若有沖擊聲應(yīng)立即停車(chē)檢查，并消除。
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