φ2.4X10m球磨機筒體部分設計（含CAD圖紙和說明書）

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Φ2.4×10m球磨機筒體部分設計 摘要: 為了提高粉磨效率，滿足生產工藝要求，設計了用于粉磨水泥生料的Φ2.4×10m球磨機的筒體部分。設計了一種開流形式能實現(xiàn)圈流工藝的粉磨工藝系統(tǒng)，選定了具有選粉作用的雙層隔倉板，物料通過篦板進入雙隔倉中間的空間，由揚料板收集到導料錐上，合乎要求的物料進入下一倉，粗料返回一倉繼續(xù)粉磨，實現(xiàn)磨內自選粉的工藝過程。設計了筒體、中空軸、端蓋的結構，并進行了強度校核計算，確保其長期安全可靠。對磨內襯板進行了選型設計，同時合理地選擇了磨內研磨體的級配，以保證整個粉磨系統(tǒng)的正常生產。 關鍵詞：球磨機；粉磨效率；粉磨系統(tǒng)；雙層隔倉板 The design of the Φ2.4×10m ball mill (cylinder part) Abstract: In order to improve grinding efficiency and meet the demands of production technology,the cylinder part of the Φ2.4×10m ball mill used in grinding the raw material of cement is designed. The open-current grinding system which can achieve closed-current is designed, the double-deck separter storehouse board used to choose the balls is chose,when material passes the lean into the double-deck separate storehouse,it is collected by the cone body,partial material which is qualified enters into the next storehouse,while big material retures back till it is qualified,then the system comes ture the process of free choosing technology in the mill.The cylinder,empty axle and overlay are designed,the intensity is checked,to guarantee it is safe and reliable for a long time.The liner of the mill is designed,proper grading the grinding media, so as to ensure the whole grinding system to product normally. Key words: boll mill; grinding efficiency ; grinding system; double-deck separate storehouse board 目 錄 35 1 前言 …………………………………………………………………………………… 1 2 粉磨工藝系統(tǒng) ………………………………………………………………………… 2 2.1 粉碎 ………………………………………………………………………………… 2 2.2 粉磨系統(tǒng)流程 ……………………………………………………………………… 3 3 球磨機的總體設計 …………………………………………………………………… 5 3.1 球磨機的工作原理 ………………………………………………………………… 5 3.2 球磨機的主要參數(shù)計算 …………………………………………………………… 5 4 球磨機回轉部分設計 ………………………………………………………………… 9 4.1 筒體部分設計 ……………………………………………………………………… 9 4.2 磨頭部分設計 ………………………………………………………………………16 4.3 襯板類型設計 ………………………………………………………………………22 4.4 隔倉板的選型設計 …………………………………………………………………23 5 研磨體的確定 …………………………………………………………………………27 5.1 研磨體的運動分析 …………………………………………………………………27 5.2 研磨體運動基本方程 ………………………………………………………………27 5.3 研磨體級配 …………………………………………………………………………28 6 結論 ……………………………………………………………………………………32 致謝 ………………………………………………………………………………………33 參考文獻 …………………………………………………………………………………34 附錄 ………………………………………………………………………………………35  1 前言 建材產品的生產,從原料,燃料到半成品都需要進行破碎和粉磨,其目的是使物料的比表面積增加,以提高物理作用的效果及化學反應的速度,如促進均勻混合 ,提高物料的流動性,便于貯存和運輸,提高產量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最終產品,其磨碎的粒度越細,比表面積越大,則水泥的標號就越高。改善和提高產品的質量和數(shù)量,減少動力消耗,降低生產成本,即達到優(yōu)質、高產、低能耗具有重要意義。 球磨機不但在建材工業(yè)中廣泛應用，而且在冶金、選礦、化工、電力等工業(yè)中也廣泛采用。它的優(yōu)點是∶物料適應性強；粉碎比大；適應強；結構簡單、堅固、操作可靠，維護管理方便，能長期連續(xù)運轉。缺點是∶工作效率低；體形笨重；磨機轉速低；研磨體和襯板的消耗量大；操作時噪聲大。 本課題是結合市場上所使用的各類型號的球磨機及由廠家在使用過程中所反饋的信息,分析其問題的來源,并相互比較綜合各類球磨機的優(yōu)點,經師生討論而確定的。 設計要求:a、進料粒度：20～25mm；b、出料粒度：4900孔/篩篩余量為8～10%；c、生產能力: 24t/h。 技術要求：機械設計應保證其功能良好、使用可靠、維護方便；零件結構設計要選擇合理的毛坯型式和材料，并盡可能的采用標準件和通用件，并具有良好的工藝性。 本課題著重解決的問題是正確選擇粉磨工藝系統(tǒng)，合理地設計磨機回轉部分，提高粉磨效率，最大幅度達到高細、高產和低能耗運轉。 總體設計思路∶ 設計應用雙層隔倉板進行磨內自選粉,使開流形式的粉磨裝置系統(tǒng)，實現(xiàn)圈流工藝，各倉研磨體尺寸、級配不同，各零部件盡可能選用通用件和新型材料，以提高粉磨效率，最大幅度達到高產、高細和低能耗運轉. 本設計具有很大的實用價值。因為采用了很多新的結構，大大降低了制造和維護的費用，減少了機器調整的次數(shù)，保證了生產的連續(xù)性,降低了生產成本，改善了產品性能，提高了企業(yè)的經濟效益. 2 粉磨工藝系統(tǒng) 2.1粉磨 2.1.1 粉碎的意義及分類 用機械方法或非機械方法克服固體物料內部的內聚力而將其分裂的過程稱為粉碎。粉碎包括破碎和粉磨，大塊物料破碎成小塊物料稱為破碎：小塊物料磨成細粉稱為粉磨。相應地完成這些作業(yè)的機械，稱為破碎機械和粉磨機械，或統(tǒng)稱為粉碎機械。粉碎作業(yè)的分類見表2-1。 表2-1 粉碎作業(yè)的分類 粉 碎 破 碎 破 碎 碎至100mm 中 碎 碎至100～30mm 細 碎 碎至30～3mm 粉 磨 粗 磨 碎至3～0.1mm 細 磨 碎至0.1～0.06mm 超細磨 碎至20～5μm 物料經粉碎后，比表面積增加，可提高化學反應速度和物理作用效果；幾種不同固體物料的混合，在細粉狀態(tài)下易達到均勻的效果；物料經粉碎后，便于干燥、傳熱、貯存和運輸；物料經粉碎后，還可用于材料科學，環(huán)境保護和選礦等部門。 在建筑材料生產中，粉磨作業(yè)是很重要的過程。粉磨作業(yè)的情況直接關系著產品質量和產品成本。 2.1.2 粉碎比及粒度表示 粉碎比是指粉碎前后物料的平均粒徑之比。它表示物料粒徑在粉碎過程中的縮小程度，是評價粉碎過程的技術指標之一。對破碎而言，稱為破碎比，它是確定破碎系統(tǒng)和設備選型的重要依據(jù)。由于各種粉碎設備的粉碎比各有一定的范圍，若要求物料的粉碎比較大，一臺粉碎機難以滿足要求時，就要用幾臺粉碎機串聯(lián)粉碎，這種粉碎過程稱為多級粉碎。第一級的進料平均粒徑與最后一級的出料平均粒徑之比稱為總破碎比。等于各級破碎比的乘積,由[5] =··… (2-1) 粉碎過程中，各種粒徑的物料組成了混合體，這種混合體稱為顆粒群。顆粒群的平均粒徑，通常用質量平均法測算。步驟如下： 首先，取有代表性的試樣，用套篩以篩分法把物料分成若干粒級，并用以下方法分別求出各粒級物料的平均粒徑；設相鄰兩級篩子的孔徑為 (大孔篩)和（小孔篩）,則該兩級篩之間顆粒群（既小于且大于的顆粒群）可用算術平均粒徑表示為=( + )/2,得到、、、。其次，分別稱出物料的質量，得到、、、。最后，求出顆粒群的平均粒徑。由[5] （2-2） 篩分所得的粒度級數(shù)越多，算得的顆粒群平均粒徑越準確。 2.1.3 物料的易碎性和易磨性 易碎性是表示物料被破碎難易程度的特性。它與其強度、硬度、密度、結構均勻性、含水率、粘性、裂痕、表面形狀等有關。易碎性通常用易碎性系數(shù)表示，又稱相對易碎性系數(shù)。某物料的易碎性系數(shù)是指用同一臺粉碎機械在同一物料尺寸變化條件下，粉碎標準物料的單位產品電耗與粉碎該物料的單位產品電耗之比，由[5] （2-3） 水泥工業(yè)一般以中等易碎的回轉窯熟料作為標準易碎性物料，并令其易碎性系數(shù)為1。易碎性系數(shù)大的物料易于粉碎。 易磨性是表示物料本身被粉磨難易程度的特性。它與物料的種類和性能有關。礦渣比熟料難磨、熟料比石灰石難磨，是由它們的種類不同；種類相同時，脆性大的物料比脆性小的易磨，因此。水淬快冷礦渣比自然慢冷礦渣易磨，高飽和比熟料比低飽和比熟料易磨、地質年代短的石灰石比地質年代長的石灰石易磨。 國家標準GB9964-88《水泥原料易磨性試驗方法》規(guī)定了球磨機易磨性的試驗方法。該法原理：物料經規(guī)定的球磨機研磨至平衡狀態(tài)后，以磨機每轉生成的成品量計算粉磨功指數(shù)，此指數(shù)定量地表明物料粉磨的難易程度。輥式磨易磨性一般用小型試驗磨進行。 易碎性和易磨性之間沒有規(guī)律性的關系。 2.2 粉磨系統(tǒng)流程 按一定粉磨流程配量的主機及輔機組成的系統(tǒng)稱作粉磨系統(tǒng)。粉磨系統(tǒng)可根據(jù)入磨物料的性能、產品種類、產品細度、產量、電耗、投資以及是否便于操作與維護等因素，通過比較選擇適當?shù)姆勰ハ到y(tǒng)。水泥廠的粉磨作業(yè)有生料、水泥和煤粉三部分。 2.2.1 開路流程及其特點 在粉磨過程中，物料一次通過磨機后即為成品的流程為開路流程，如圖2-1所示。其優(yōu)點是：流程簡單，設備少，投資省，操作簡便。其缺點是：由于物料 全部到達細度要求后才能出磨，已被磨好的物料會出現(xiàn)過粉磨現(xiàn)象，并形成緩沖大墊層，妨礙粗料進一步磨細，有時甚至出現(xiàn)細粉包球現(xiàn)象，從而降低了粉磨效率，增加了電耗。 圖2-1 粉磨系統(tǒng)流程 2.2.2 圈路流程及其特點 物料出磨后經過分級設備選出成品，合格的細粉為成品，而使粗粒返回磨內再粉磨的流程為圈路流程如圖2-1。其優(yōu)點是：可以及時將細粉排出、減少了過粉現(xiàn)象，使磨機產量提高，同時產品粒度均勻，并且可以用調節(jié)分級設備的方法改變的粒度。其缺點是：圈路流程復雜、設備多、投資大、廠房高、操作麻煩、維修工作量大。 本課題選用的是開路流程。 3 球磨機的總體設計 3.1 球磨機的工作原理 球磨機的主要工作部分是一個裝在兩個大型軸承上水平放置的回轉筒體，筒體用隔倉板分為幾個倉室，在各倉內裝有一定形狀和大小的研磨體。研磨體一般為鋼球、鋼段、鋼棒、卵石、礫石和瓷球等。為了防止筒體被磨損，在筒體內壁裝有襯板。 當磨機回轉時，研磨體在離心力和與筒體內壁的襯板面產生的摩擦力的作用下，貼附在筒體內壁的襯板面上，隨筒體一起回轉，并被帶到一定高度，在重力作用下自由下落，下落時研磨體像拋射體一樣，沖擊底部的物料把物料擊碎。研磨體上升、下落的循環(huán)運動是周而復始的。此外，在磨機回轉的過程中，研磨體還產生滑動和滾動，因而研磨體、襯板與物料之間發(fā)生研磨作用，使物料磨細。由于進料端不斷喂入新物料，使進料與出料端物料之間存在著能強制物料流動，并且研磨體下落時沖擊物料產生軸向推力迫使物料流動，另磨內氣流運動也幫助物料流動。因此，磨機筒體雖然是水平放置，但物料卻可以由進料端緩慢流向出料端，完成粉磨作業(yè)。 3.2 球磨機的主要參數(shù)計算 3.2.1 球磨機的臨界轉速 當磨機筒體的轉速達到摸某一數(shù)值時，研磨體產生的離心力等于它本身的重力，因而使研磨體升至脫離角=0°，即研磨體將緊貼附在筒體上，隨筒體一起回轉而不會降落下來，這個轉速就稱為臨界轉速。當研磨體處于極限位置時，脫離角=0°，將此值代入研磨體運動基本方程式，可得臨界轉速,由[11] （3-1） 式中：——臨界轉速，r/min； ——筒體有效半徑，m； ——磨機筒體有效直徑, m。 代入公式（3-1） 以上公式是在幾個假定的基礎上推導出來的，事實上，研磨體與研磨體、研磨與筒體之間是存在相對滑動的，而且物料對研磨體也是有影響的。因此，實際的臨界轉速比計算的理論轉速要高，且與磨機結構、襯板形狀、研磨體填充率等 因素有關。 3.2.2 球磨機的理論適宜轉速 使研磨體產生最大粉碎功時的筒體轉速稱作球磨機的理論適宜轉速。當靠近筒壁的最外層研磨體的的脫離角=54°44′時,研磨體具有最大的降落高度,對物料產生粉碎功最大。將=54°44′代入式cos≥，可得理論適宜轉速,由[11] （3-2） 代入公式（3-2） 3.2.3 轉速比 球磨機的理論適宜轉速與臨界轉速之比，簡稱為轉速比,由[11] （3-3） 上式說明理論適宜轉速為臨界轉速的76%。一般磨機的實際轉速為臨界轉速的70～80%。 3.2.4 磨機的實際工作轉速 磨機理論適宜轉速是根據(jù)最外層研磨體能夠產生最大粉碎功觀點推導出來的。這個觀點沒有考慮到研磨體隨筒體內壁上升過程中，部分研磨體有下滑和滾動現(xiàn)象。根據(jù)水泥生產中磨機運轉的經驗及相關統(tǒng)計資料來確定磨機的實際工作轉速。下面幾個經驗公式是對干法磨機的實際工作轉速的確定方法,由[11] 當m時 （3-4） 當1.8m<≤2.0m時 （3-5） 當≤1.8m （3-6） 式中: ——磨機的實際工作轉速，r/min； ——磨機的有效內徑，m； ——磨機規(guī)格直徑，m。 代入公式（3-4） r/min 3.2.5 磨機的功率 影響磨機需用功率的因素很多，如磨機的直徑、長度、轉速、裝載量、填充率、內部裝置、粉磨方式以及傳動形式等。計算功率的方法也很多，常用的計算磨機需用功率的計算式有以下三種,由[5] （3-7） （3-8） （3-9） 式中: ——磨機需用功率，kW； ——磨機有效容積，m； ——磨機有效內徑，m； ——磨機的適宜轉速，r/min； ——研磨體裝載量， t； ——磨機填充率（以小數(shù)表示）。 選用公式（3-7）計算： kW 磨機配套電動機功率計算 =1.3×1.1×442=632kW 式中: ——與磨機結構、傳動效率有關的系數(shù)，見表3-1； ——電動機儲備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。 表3-1 與磨機結構、傳動效率有關的系數(shù) 磨機形式 干法磨 中卸磨 邊緣傳動 1.3 1.4 中心傳動 1.25 1.35 3.2.6 磨機的生產能力 A.磨機小時生產能力的計算 影響磨機需用功率的因素很多，主要有以下幾個方面：粉磨物料的種類、物理性質和產品細度；生產方法和流程；磨機及主要部件的性能；研磨體的填充率和級配；磨機的操作等。常用磨機生產能力經驗計算式為,由[5] （3-10） 式中: ——磨機生產能力，t/h； ——磨機所需功率，kg/kW； ——單位功率生產能力，kg/kW； ——流程系數(shù)，開路取1.0；閉路1.15～1.5。 代入公式（3-10） = 24 t/h 將一起考慮，干法開路長磨粉磨系統(tǒng)，值為55～60。 B. 球磨機的年生產能力,由[5] =8760 （3-11） 式中: ——磨機的年生產能力，； ——磨機臺時生產能力，； ——磨機的年利用率，生料開路磨<80%，生料閉路磨<78%，水泥開路磨<85%,水泥閉路磨<82%。所有系統(tǒng)的年利用率不得低于70%。 代入公式（3-11） =8760=8760×80%×24=168192 t/y 4 球磨機的回轉部分設計 4.1 筒體部分設計 4.1.1 筒體的結構設計 A．筒體的結構形式 一般筒體都設計成整體式結構，因為整體式結構的制造綜合偏差相對較小。且加工費用相對也低一些。 大規(guī)格的筒體則往往會受運輸條件和制造加工能力的限制，而不得不將筒體設計成“分段式” 結構。筒體段節(jié)之間一般采用帶定位止口的法蘭聯(lián)接結構。筒體分段的另一種辦法是現(xiàn)場焊接：筒體在制造廠按運輸條件分段，然后準確地加工出帶止口的特殊焊縫坡口，連同專用的全套施焊設備運到現(xiàn)場，由制造廠的焊接技師在現(xiàn)場進行焊接和消除焊接應力。這種方法只有在該地區(qū)有幾臺磨機的筒體需要在現(xiàn)場焊接才比較合算，否則是不經濟的。 B．筒體與端蓋的聯(lián)接形式 筒體與磨頭端蓋的聯(lián)接形式有以下三種： a.外接型法蘭聯(lián)接 在磨機規(guī)格大型化之前，筒體采用外接型法蘭與端蓋相聯(lián)接的結構被廣泛應用，其特點是與磨頭組裝比較方便，但筒體外形直徑大，切削加工面和材料消耗也比較大。 b.內接型法蘭聯(lián)接 內接型法蘭聯(lián)接是大中型磨體廣泛采用的結構。其特點是原材料的利用率相當高，結構設計比較合理。 c.無法蘭聯(lián)接 無法蘭聯(lián)接實際上是將筒體和磨頭端蓋直接焊為一體的結構形式，焊接接頭都是對接焊結構。從端蓋結構的發(fā)展趨勢來看，這種無法蘭對接焊聯(lián)接的 形式，將通用于各種規(guī)格和各種類型的磨體，因為它具有結構合理、制造簡便和使用可靠等特點。 本磨機選用的是內接法蘭聯(lián)接。 4.1.2磨門與人孔 磨門是為封閉人孔設置的，要求裝卸方便、固定牢固。 人孔的主要作用是：檢修和更換磨體內的各種易損件，裝卸研磨體以及對磨內物料的采樣。 A.磨門 磨門分“內提式”和“外蓋式”兩種結構類型。 a.內提式磨門 內提式磨門有兩種結構形式：一種是把磨門和磨門襯板鑄造成一整體這種結構只適用于韌性高的耐磨材料，因為造型大而復雜，脆性材料容易斷裂。 另一種結構是把磨門和磨門襯板分開制造。磨門襯板用螺栓固定在型鋼或鑄鋼制造的磨門上，然后用弓形架再把磨門固定在筒體上。 b.外蓋式磨門 外蓋式磨門的突出優(yōu)點是磨門襯板和筒體襯板完全一樣。 本磨機選用的是外蓋式磨門。 B．人孔 a.內提式磨門的人孔 內提式磨門的人孔有帶補強板和不帶補強板之分。 b.外蓋式磨門的人孔 外蓋式磨門的人孔，均須設置固定磨門的“人孔框”。人孔框同時也起到補強板的作用，與筒體的聯(lián)接均采用鉚釘鉚接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四個孔角的圓角半徑等，基本要求和內提式磨門的人孔相同。 4.1.3筒體的基本要求和規(guī)定 A.鋼板材質和厚度的選擇 筒體屬于不更換的零件，要保證工作中安全可靠，并能長期連續(xù)使用。所以要求制造筒體的材料的金屬材料的強度要高，塑性要好，且應具有一定的抗沖擊性能。筒體是由鋼板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒體的材料是普通結構鋼板Q235，它的強度、塑性、可焊性都能滿足這些要求，且易購到。鋼板厚度采用40mm。 B.筒體的有效內徑和有效長度,由[5] a.筒體的有效內徑 （4-1） 式中:——筒體的規(guī)格直徑，m； ——筒體的有效直徑，m； ——襯板平均厚度，m；一般取=0.05m。 代入公式（4-1） m b.筒體的有效長度 （4-2） 式中: ——筒體的規(guī)定長度，m； ——筒體的有效長度，m； 、、——分別為隔倉板、端蓋襯板、揚料裝置的厚度,m；取0.32m。 代入公式(4-2) m C.筒體鋼板的排列原則 a.充分利用鋼板的規(guī)格尺寸和卷板機的最大能力，使筒體的焊縫總長達到最短為原則來排列鋼板，厚鋼板與薄鋼板對接焊的過渡斜率不大于1：10為宜。當筒體縱、環(huán)焊縫在排列中發(fā)生矛盾時，應以減少縱焊縫為主來處理，這是基于焊接應力場的矢向都平行于筒體素線，避免形成應力疊加來考慮的。筒體段節(jié)間的縱向焊縫，應按100πmm的整倍數(shù)錯開，這是基于筒體上的襯板螺栓孔的周向節(jié)距是按100πmm考慮的，這樣可使各段節(jié)筒體上的螺栓孔，得到距焊縫最大的距離。 b.焊縫距各種孔邊的最小距離 焊縫不許通過筒體上的任何開孔。焊縫坡口邊至孔邊的最小距離為筒體厚度的2倍且不小于75mm為宜。當焊縫必須通過人孔加強板下面時，該焊縫必須全長磨平，磨平表面的粗糙度不應低于鋼板表面的相應值。 4.1.4筒體的計算 A．作用于筒體的總載荷Q,由[11] 磨機運轉時，作用于筒體的總載荷Q包括兩部分，一部分是磨機回轉部分的重力，另一部分是動態(tài)研磨體（包括物料）所產生的力P。 a.磨機回轉部分的重力 （4-3） 式中: ——磨機回轉部分的重力，N； ——磨機筒體的重力，N； ——磨機磨頭的重力，N； ——磨機磨尾的重力，N； ——磨機襯板的重力，N； ——磨機隔倉板的重力，N； ——磨機大齒圈的重力，N. (4-4) 代入公式(4-4) 代入公式(4-3) b.動態(tài)研磨體所產生的力P 磨機內研磨體在拋落狀態(tài)運轉時,研磨體所產生的力,主要有瀉落部分面積的重力及部分的離心力和拋落部分面積的沖擊力等三部分.一般情況下,動態(tài)研磨體由上述三部分力所產生的合力,只比靜態(tài)研磨體的自重G大2%,即: P=1.02G (4-5) 式中： P—— 動態(tài)研磨體產生的力,N. 代入公式(4-5) P=1.02×51.3××9.8=5.13×N c.粉磨物料的重力 粉磨時研磨體和物料是混合在一起的,這部分物料重量約為研磨體重量的14%。即: =1.14G (4-6) 式中: ——粉磨物料的重力,N. 代入公式(4-6) =1.14×51.3××9.8=5.73×N d.磨機運轉時,作用于筒體上的總載荷Q Q=+1.14P (4-7) 代入公式(4-7) Q=9.63×+1.14×5.13×=1.548×N B.邊緣傳動時大齒圈的圓周力,由[11] (4-8) 式中: ——圓周力,N; N——磨機需要的功率,kW; n——磨機筒體的轉速,r/min; ——大齒圈的節(jié)圓半徑;m. 代入公式(4-8) N C.筒體作用力的分布,由[11] 計算作用在筒體上的彎矩時,筒體上的作用力分布如圖4-1所示。 a. (4-9) 式中: ——單位長度上受力,; ——筒體長度,. 代入公式(4-9) =9.2 b.動態(tài)研磨體所產生的作用力1.14P,也是沿筒體長度均勻分布.由于各倉平均球徑和研磨體裝載量不同,產生的作用力大小也不一樣,所以應該分倉計算。 一倉單位長度上受的力為: (4-10) 二倉單位長度上受的力為: (4-11) 式中: 、——分別為一、二倉單位長度上受的力,; 、——分別為一、二倉動態(tài)研磨體的作用力,N; 、——分別為一、二倉的長度,. P=G= （4-12） 代入公式（4-12） 根據(jù)生產實踐，一般干法開流生產磨機：雙倉磨時，第一倉倉長為全長的30%～40%，第二倉倉長為全長的60%～70%。 代入公式（4-10） = = c.邊緣傳動大齒輪的重力作為集中載荷。磨頭重力和磨尾重力也作為集中載荷，其作用點在磨頭（或磨尾）和筒體接觸面至支座（主軸承）支反力作用點距離的1/3處。 D.筒體彎曲強度,由[11] a.進料端主軸承處的支反力 （4-13） 代入公式（4-13） 圖4-1 磨機筒體作用力的分布 b.出料端主軸承處的支反力 （4-14） 代入公式（3-14） d.磨機筒體所受的最大彎矩 （4-15） 令 代入公式（4-15） e.磨機筒體所受的扭矩 （4-16） 將式（4-8）代入（4-16）中得 （4-17） 代入公式（4-17） f.磨機筒體所受當量彎矩M （4-18） 代入公式（4-18） 式中: ——筒體所受當量彎矩，； ——筒體所受最大彎矩，； ——筒體所受扭矩，； ——折合系數(shù)，一般取為0.5～0.6。 g.磨機筒體抗彎斷面模數(shù)W （4-19） 式中: ——筒體抗彎斷面模數(shù)，； ——磨機筒體的外半徑，； ——磨機筒體的內半徑，。 代入公式（4-19） h.磨機筒體所受的彎曲應力 （4-20） 式中: ——筒體所受的彎曲應力，； ——筒體所受的當量彎矩，； ——筒體抗彎斷面模數(shù)，； ——筒體斷面消弱系數(shù)，是由人孔和襯板螺栓孔所引起的，一般取C=0.8～0.9。 代入公式（4-20） i.磨機筒體的許用彎曲應力 磨機筒體是在變載荷作用下長期連續(xù)工作，因此，筒體斷面許用應力應按筒體材料的疲勞極限來確定。 （4-21）[11] （4-22）[11] 式中: ——許用彎曲應力，； ——筒體材料的疲勞極限，； ——筒體材料的屈服極限，； ——筒體材料的抗拉強度極限，； ——安全系數(shù)，。 代入公式（4-22） 代入公式（4-21） j.驗算磨機筒體的彎曲強度 E．筒體徑向剛度的計算 磨機筒體是一個大直徑的薄壁圓筒，容易產生徑向變形。徑向變形如果超過一定數(shù)植將會影響磨機正常運轉，必須對筒體徑向變形加以限制。對于圓柱形的客體，一般用來控制，是經驗值。在磨機筒體上，根據(jù)目前的經驗一般取=150。 筒體縱向撓度，一般控制在0.3/1000以內，而這樣小的撓度反映到具有球面支承的主軸承上，是不足為慮的。 4.2磨頭部分設計 4.2.1磨頭的結構設計 磨頭是筒體端蓋和中空軸的統(tǒng)稱。它承受著整個磨體及研磨體的運轉動載荷，在交變應力的作用下連續(xù)運行，是磨機本體最薄弱的環(huán)節(jié)，也是最難控制制造質量的機件，使用中要求長期安全可靠，所以在設計中應該考慮是不更換的零件 磨頭的結構形式有兩種：一種是端蓋與中空軸鑄成一整體式，這種形式結構簡單，安裝較方便，適用于中小型磨機。對于較大直徑的磨機，易產生鑄造缺陷，因磨頭端蓋占有較大的平展面積且又較薄，即使采用較多的澆冒口澆鑄，其冷卻收縮也是不均勻的，從而使中空軸與端蓋的過渡曲面產生較大的應力和組織疏松，這種缺陷有時在切削加工到一定程度才會發(fā)現(xiàn)，造成不應有的返工浪費，有時這種缺陷處于隱蔽狀態(tài)，不能及時發(fā)現(xiàn)，由于該部位在磨機運轉時，承受著交變應力，并且有較大的應力集中，在運轉一段時間后便產生斷裂，這時造成的損失就更大；另一種磨頭是將端蓋和中空軸分成兩部分再組合在一起，把端蓋和中空軸分別鑄造，加工后用螺栓組裝到一起，這種結構，避免了上述的鑄造缺陷。這樣雖可解決一些問題，但在原材料消耗和加工工作量上都比較多，并增加了安裝工作量；端蓋采用鋼板焊接結構，其優(yōu)點是機件制造工藝程序簡單，切削加工程序和切削加工面較少，原材料消耗少，端蓋質量可得到保證，不存在鑄件的鑄造缺陷。端蓋與筒體焊接在一起，連接牢靠省工，避免了要求較高的螺栓或鉚釘連接。此種中空軸是鑄件與端蓋止口圓定位用螺栓連接成磨頭整體。 焊接端蓋，其鋼板厚度一般為筒體鋼板厚度的1.5～2.5倍，且焊接端蓋的焊縫不宜與筒體焊縫重合，也要避免與筒體上襯板螺栓孔重合。從“等強度”觀點出發(fā)，端蓋也應設置中部增強板，其厚度在滿足強度和結構需要的原則下，盡量使端蓋鋼板厚度減小。端蓋與中心軸對心配合止口，一般設在端蓋增強板上，即用中心軸法蘭外圓對心定位，此種多用于大型磨機。 筒體兩端的法蘭止口圓與磨頭要同心，端蓋與筒體結合面要精加工，兩端法蘭止口要彼此平行，并與筒體縱向中心線垂直。磨頭和法蘭螺栓孔要精確重合，并有不少于15%的絞孔螺栓起定位作用。螺栓要用一種牌號的鋼制造，螺栓要均勻擰緊，若達不到上述要求，則在磨機運轉中可能發(fā)生螺栓斷裂，引起停車事故。 一般大中型磨機中空軸多采用ZG270～500，而小型磨機因受力較小，考慮到成本和取材容易，一般采用鑄鐵或球墨鑄鐵。 本磨機選用的是鋼板焊接端蓋，，中空軸與端蓋止口圓用螺栓連接。 4.2.2中空軸的結構設計 參考文獻[5]，中空軸的結構和相關尺寸如圖4-2所示： d0 — 中空軸軸頸部位的直徑，根據(jù)磨筒體內研磨體的最大裝載量來確定必須滿足研磨體不能進入中空軸的要求。一般水泥磨φ = 0.30～0.36，取d0 = （0.4～0.5）D (筒體規(guī)格尺寸)； 已知 D = 2400mm ，則mm ,取d0 = 1100 mm 。 b0 — 中空軸軸頸寬，根據(jù)支座反力R、主軸瓦的許用壓力[p]和軸瓦包角θ通過計算確定： mm （4-23） 圖4-2 中空軸的結構及相關尺寸 式中 ，θ一般多取120°，0.2d0是為了保持主軸瓦有必要的穩(wěn)定性和油膜的形成。 取進料中空軸=345mm，出料中空軸mm，初定中空軸內徑=925mm d1 = d0+3～4cm,d1 — 中空軸的軸肩直徑,取d1 = 1130 mm 。 r =(0.05～0.10)d0 ,r — 軸根圓角半徑,取 r = 100mm 。 當а=90°時，+1.0～1.5cm Lt — 由主軸承中心至法蘭端面的距離，取 Lt = 408 mm 。 ，則 — 法蘭外徑,取=1700mm。 hf — 法蘭厚度，一般不應小于端蓋法蘭部位的厚度，hf ＝70 mm 。 db — 螺栓孔直徑，由螺栓直徑決定，應使db≤0.7hf ,db = 36 mm ，則=15561613.6mm; 取dt = 1600mm ,df —螺栓分布圓直徑. 4.2.3磨頭的計算 參考文獻[5]，磨頭的結構形式和尺寸如圖4-3所示 支座反力N,筒體轉速n=20r/min,傳動需用功率, 支承中心至法蘭端面的距離mm. 筒體材料為Q235，當鋼板厚度為16～40mm時，其，，，=0.28。端蓋材料應與筒體相同。 端蓋外徑D=2400mm,補強板外徑=1930mm,端蓋法蘭直徑d=1700mm, 端蓋鋼板厚度h=40mm,補強板厚度=35mm. A．端蓋的計算 a.系數(shù)k的計算: ,,. b. 端蓋軸線轉角的計算: （4-24） 代入公式（4-24） 0.0038°,此值為滿載運轉時的全轉角。 c.端蓋外徑D處的應力計算: (4-25) 代入公式(4-25) 圖4-3磨頭的結構形式及相關尺寸 d.端蓋內徑d處的應力計算: (4-26) 代入公式(4-26) 此處是法蘭止口,應考慮1.5倍的應力集中系數(shù),即 <. e.補強板外徑處的應力 （4-27） 代入公式（4-27） 此處是補強板與端蓋的過渡交接部位，周邊的焊縫應考慮1.5倍的應力集中系數(shù)，即1.5。 B．中空軸計算 參考文獻[11]，中空軸材料是ZG270,其σ-1= 270 Mpa. a.中空軸所受的彎矩MW MW = RA （N·m） （4-28） 式中: RA— 進料端主軸承處的支點反力,N； — 主軸承中心線到軸頸由小到大過渡區(qū)的長度,m 。 代入公式（4-28） N·m b.中空軸的當量彎矩M （4-29） 式中:α—— 折合系數(shù),一般取0.5～0.6. （4-30） 式中: N—球磨機所需要的功率,KW; n—筒體轉速,r/min。 代入公式（4-30） 代入公式（4-29） c.中空軸環(huán)狀斷面模數(shù)W為： （4-31） 式中：d1— 中空軸外徑，m； d2—中空軸內徑，m。 代入公式（4-31）得 =0.036 d.中空軸所受彎曲應力σ σ= （4-32） 代入公式（4-32） σ==24.6MPa 式中：K—應力集中系數(shù)，可查表（4-1）。 表4-1 應力集中系數(shù) r/ d1 0.3 0.2 0.1 0.05 K 1.5 2.0 2.25 3.0 注：表中r為交接面處的過渡圓半徑（m）。 r/ d1 = 95/1130≈ 0.1 取K=2.25 e.驗算中空軸的彎曲強度 σ〔σ〕 〔σ〕=σ-1/n （4-33） 式中: 〔σ〕— 中空軸的許用彎曲應力，Pa; σ-1 — 中空軸材料的疲勞極限， Pa; n — 安全系數(shù)，一般取5-8。取n=8。 代入公式（4-33） ,故材料足夠. C．法蘭聯(lián)接螺栓的計算 螺栓規(guī)格為M36×130，材料為Q235，其，許用應力，許用剪切應力= 。 a.抗拉強度計算 （4-34） 式中: ——法蘭外徑，=1700mm； ——外圈螺栓分布圓直徑，=1600mm； ——內圈螺栓分布圓直徑，=1470mm； ——外圈分布的螺栓數(shù)量，=28； ——內圈分布的螺栓數(shù)量，=14； ——螺栓的有效截面積，=10.17。 代入公式（4-34） b.抗剪接強度計算 （4-35） 式中: ——螺栓抗剪截面積, =; ——外圈分布圓上的鉸孔螺栓數(shù), =8; ——內圈分布圓上的鉸孔螺栓數(shù), =4. 代入公式(4-35) c.擠壓強度計算 (4-36) 式中: ——螺栓伸入鉸孔的有效配合長度,=60mm; ——鉸孔螺栓的配合直徑, =38mm. 代入公式(4-36) ,ZG270的=， =,. 4.3 襯板的選型設計 4.3.1 襯板的作用 襯板的作用是保護筒體使其免受研磨體和襯板的作用是保護筒體使其免受研磨體和物料的直接沖擊和研磨，同時也可調整研磨體的運動狀態(tài)。一倉裝有提升能力強的襯板，以增強沖擊能量，細磨倉裝有波紋或平襯板，以增強研磨作用。 4.3.2 襯板的材料 球磨機襯板大多數(shù)用金屬材料制造，也有少量用非金屬材料制造。由于各倉內研磨體運動狀態(tài)不同，為適應這種工作狀態(tài)的要求，制造各倉襯板材料就不同。 在粉碎倉，研磨體以沖擊作用為主，要求襯板應具有抗沖擊和耐磨特性。普遍采用高錳鋼（ZGMn13）作襯板材料。它具有一定的抗沖擊韌性，并且在受到一定的沖擊時，它的表面產生冷作硬化，表面變得堅硬耐磨，一般硬度在HB300～350，韌性相當高，沖擊值可達700。但在使用中，容易過早反凸彎曲變形，拉斷固定螺栓，造成襯板脫落，使之壽命降低，一般平均壽命在5000～6000。 高烙鑄鐵，耐磨性好，在耐磨材料中居首。硬度高，所以是一種脆性材料。但經過適當?shù)奶幚?，可以制作粗磨倉襯板。磨機上結構復雜及薄壁大件不宜采用高烙鑄鐵，如隔倉篦板，磨頭襯板等?，F(xiàn)在高烙鑄鐵已發(fā)展了四種牌號，為了提高韌性隨之而來的出現(xiàn)了高烙鑄鋼等材料。 目前耐磨材料還可選用低烙鑄鐵、12硅錳烙鉬鋼、低碳硅錳合金鋼、低合金高強度鋼等耐磨材料。 4.3.3 襯板的種類 襯板的種類按工作表面形狀分類比較直觀，有以下類型： A. 平襯板 工作表面平整或鑄有花紋的襯板均稱平襯板。它對研磨體的摩擦力小，研磨體在它上面產生的滑動現(xiàn)象較大，對物料的研磨作用強，通常多與波紋襯板配合用于用于細磨倉。 B. 壓條襯板 由平襯板和壓條襯班組成。壓條上有螺栓孔，螺栓穿過螺孔將壓條和襯板（襯板上無孔）固定在筒體內壁上。壓條高出襯板，可增大對研磨體的提升作用，使研磨體具有較大的沖擊研磨力。適用于一倉，特別是入磨物料粒度大的一倉。 C. 階梯襯板 它的工作表面呈一傾角，安裝后出現(xiàn)很多階梯，可以加大對研磨體的推力。對同一層鋼球的提升高度均勻一致，襯板表面磨損均勻，即磨損后表面形狀改變不明顯。適用于管磨機的一倉。 D. 小波紋襯板 小波紋襯板具有較小的波峰和節(jié)距，提升系數(shù)小，開有錐形孔，適用于細磨倉。 E. 端蓋襯板 襯板表面是光滑的，用螺栓固定在磨機端蓋上，以保護端蓋免受研磨體和物料的磨損。 F. 錐面分級襯板 襯板斷面形狀和在磨倉內的鋪設所示。錐面分級襯板形狀的主要特點是沿軸向具有斜度。在磨內安裝方向是大端向著磨尾，也就是靠近料端直徑大，出料端直徑小。因分級襯板沿軸向具有斜度，能自動的使磨內鋼球在粉磨過程中按物料粉磨規(guī)律發(fā)揮其作用。因而可減少磨機倉數(shù)，增加有效容積，減少通風阻力，提高產量，降低電耗。 G. 角螺旋襯板 一般是由平襯板、圓角襯班和金屬襯架組合而成。在磨內安裝后，使磨機的有效斷面呈圓角正方形。相鄰兩圈襯板的方圓角互相錯開一個角度，四個圓角分別構成斷續(xù)內螺旋。使研磨體在磨內的循環(huán)次數(shù)增加，脫離角和降落區(qū)域得以改變，加強了研磨體和物料之間的沖擊效能，提高了粉磨效率。 H. 溝槽襯板 普通式襯板從宏觀上看是一個大弧面，其半徑與該磨機內空間的半徑等值，從微觀上看是一個平面。它與磨球及物料的接觸為點接觸。溝槽式襯板的工作表面，是由許多等弧面組成，頭倉（粗磨倉）為直弧面。這些弧面半徑不依磨機直徑的大小而變化，而是與磨球的直徑有關，約R25～55mm不等。磨球與襯板為弧線甚至弧面接觸。接觸的弧線長度可為整個磨球圓周長的1/4～1/3，弧度可達120°。與點接觸相比，其接觸面積即研磨面積增加了幾十倍。因此，整個磨機內的研磨空間就擴大了數(shù)倍乃至數(shù)十倍。另外，鋼球在襯板上的排列為六方結構堆積，該結構配位數(shù)大，致密度高,球與球間的有效碰撞機會多。上述這一切為提高了粉磨效率,并節(jié)省電能奠定了基礎。 本設計中，一倉選用階梯襯板，二倉選用小波紋襯板。 4.3.4 襯板的安裝 A. 螺栓固定法 如圖4-4所示，在固定襯板時，螺栓應加雙螺母或防松墊圈，以防磨機在運轉過程中因研磨體沖擊使螺栓松動。在筒體和墊圈之間配有帶錐形面的墊圈，錐形面內填塞麻絲，以防物料從螺栓孔流出。這種固定方法抗沖擊、耐振動。大型磨機和中小型磨機的一、二倉的襯板一般都用螺栓固定。 B. 鑲砌法 鑲砌時襯板和筒體之間家一層1∶2的的水泥砂漿或石棉水泥，在襯板的環(huán)向縫隙中用鐵板楔緊，再灌以1∶2的水泥砂漿。將襯板互相交錯地鑲砌在筒體內。一般用于細磨倉的襯板固定。 4.4 隔倉板的選型設計 4.4.1 隔倉板的作用 A. 分隔研磨體 使各倉研磨體的平均尺寸保持由粗磨倉向細磨逐步縮小，以適應物料粉磨過程中粗粒級用大球，細粒級用小球的合理原則。 B. 篩析物料 隔倉板的篦縫可把較大顆粒的物料阻留于粗磨倉內，使其繼續(xù)受到沖擊粉碎。 C. 控制物料和氣流在磨內的流速 隔倉板的篦縫寬度、長度、面積、開縫最低位置及篦縫排列方式，對磨內物料填充程度、物料和氣流在磨內的流速及球料比有較大影響。隔倉板應盡量消除 圖4-4 金屬襯板的固定方式 （a）角錐形 （b）圓錐形 （c）橢圓錐形 對通風的不利影響。 4.4.2 隔倉板的類型 A. 單層隔倉板 一般由若干塊扇形篦板組成。單隔倉一般由若干扇型篦板組成。大端用螺栓固定在磨機筒體上，小端用中心圓板與其他篦板連接在一起。已磨至小于篦孔的物料，在新喂入物料的推動下，穿過篦縫進入下一倉。 B. 雙層隔倉板 一般由前篦板和后盲板組成，中間設有提升揚料裝置。物料通過篦板進入兩板中間，由提升揚料裝置將物料提到中心圓錐上，進入下一倉。系強制排料，流速較快，不受隔倉板前后填充率的影響，便于填充率和配球，適于一倉。雙層隔倉板種類有過渡式雙隔倉、提升式雙隔倉和選粉式雙隔倉。 本課題設計了選粉式雙層隔倉板如圖4-5所示. 選粉式的雙層隔倉裝置在進料端和出料端均裝帶有孔眼的篦板，在篦板中心位置裝有帶隙孔的雙向倒料錐。 一倉內已磨好的物料通過雙層隔倉裝置進料端篦板的篦孔進入兩個篦板之間的空間，被收集到螺旋形的導料板上，然后隨著磨機的回轉便被導料板提升導向。合乎要求的部分物料被導料板導向雙層隔倉裝置出料端篦板，再經過篦板的篦孔流入第二倉；另一部分物料從導料板落到導料錐帶有孔隙的外錐上，其中較細的物料通過外錐上的孔隙落到導料錐的內錐上，靠內錐上的斜面作用進入第二倉；其中較粗的物料通不過外錐上的孔隙，因此只有沿著外錐表面返流回第一倉內，進行重新粉磨?？梢娺@種雙層隔倉裝置除了有加快磨內物料流速的作用以外，還有篩析選粉作用。 圖4-5 選粉式雙層隔倉板 4.4.3 篦孔 A. 篦孔排列 篦孔的排列主要可分為同心圓狀和放射狀，當然也有介于兩者之間的如圖4-6所示。同心圓狀排列的篦孔是平行于研磨體物料的運動路線。物料容易通過，但也易返回，不易堵塞；放射狀與其相反。 B. 篦孔形狀 干法生料磨和水泥磨的篦孔形狀和幾何尺寸如圖4-6所示。篦孔的幾何形狀有放射形如圖4-7和切線形如圖4-7, 篦孔寬度b有8、10、12、14、16等幾種，間距為40mm，a為5mm。篦板厚度有40、50mm兩種。隔倉板上所有篦孔總面積（指小孔面積）與隔倉