球磨机毕业设计

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论文题目：矿用固定式带式输送机的设计

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2013年10月30 日

目录

摘要............................................................................................................................. IV 插图或附表清单................................................................................................................... V 引言. (1)

1 磨机概述 (2)

1.1 粉磨的意义 (2)

1.2 磨机的分类及工作特点 (2)

1.2.1 磨机的种类 (2)

1.2.2 磨机工作的特点 (3)

1.2.3 磨机粉磨系统 (3)

1.3 球磨机的分类及性能 (4)

1.3.1 球磨机的种类 (4)

1.3.2 球磨机的优缺点 (6)

1.4 球磨机的主要构造 (7)

1.4.1 球磨机的基本结构 (7)

1.4.2 球磨机的主要部件 (9)

2 球磨机进料装置的优化设计 (15)

2.1 磨机的进料形式 (15)

2.2 磨机进料口的改进设计 (17)

2.2.1 磨机进料口存在的问题 (17)

2.2.2 对进料口的改进 (18)

2.2.3 进料端材质的选择 (19)

2.3 合理选取磨机进料点 (19)

2.3.1 球磨机的工作原理 (19)

2.3.2 实际生产中的进料方式 (20)

2.3.3 研磨体的运动轨迹 (22)

2.3.4 研磨体及物料的受力分析 (24)

2.3.5 影响研磨的原因 (28)

2.3.6 对进料点的选取 (28)

2.3.7 球磨机进料方式的改进 (30)

3 进料装置相关参数及计算 (31)

3.1 磨机作业的技术条件和工艺技术指标 (32)

3.2 主要参数 (34)

3.3 磨机填充率 (35)

3.4 磨机的适应转速 (36)

3.5 磨机功率计算 (39)

4 结论 (42)

致谢 (43)

参考文献 (44)

摘要

摘要

球磨机是通过圆筒内的钢球在材料之上作用来碾磨材料的，是一种能有效的碾磨多种材料的工具。其被广泛地被用于建材、化工、选矿等行业。

球磨机的能量利用率很低，这和物料在磨内分布情况有极大的关系。越靠近筒体的外层运动轨迹，研磨作用越大。而磨机实际生产时，物料进入筒体就直接落入内层，内层的物料要经过较长时间才能进入外层充分碾磨，从而损失了大量能量。

为了使物料合理地分布，对磨机进料部分进行改进。将旧式的直角下料溜改为倾角式下料溜，使物料溜角大于休止角，物料顺畅进给。合理的选取进料点，使物料直接进入筒体外层。最后通过计算和一些经验数据，确定进料装置的材质，物料填充率，筒体适应转速和磨机功率等相关参数。

关键词：球磨机；进料装置；进料口；进料点

插图或附附表清单

插图或附表清单

图1[]1磨机的分类方式 (3)

图2 球磨机按筒体形状及卸料方式分类 (4)

图3 磨机按传动装置分类 (5)

图4[]1中心传动和边缘传动球磨机 (8)

图5 球磨机的构造 (8)

图6[]1球磨机筒体断面 (9)

图7 衬板的主要类型 (10)

图8 中心传动中心卸料装置 (11)

图9 中心传动边缘卸料装置 (12)

图10 边缘传动磨机的卸料端 (12)

图11 调心球面在壳体外的主轴承 (13)

图12 调心球面在壳体内的主轴承 (14)

图13 截头圆锥漏斗进料端 (15)

图14 螺旋叶片进料端 (16)

图15 加料螺旋进料端 (16)

图16 原进料口设计方式 (17)

图17 改进后的进料口下料溜子 (18)

图 18 磨机磨碎物料的作用 (20)

图19 磨机转速对粉磨工作的影响 (20)

图 20 N区域内富集大量粗颗粒物料 (21)

图21 锥体进料方式和螺旋进料方式 (21)

图22 滑履磨进料方式 (22)

图23[]3研磨体运动轨迹 (23)

图24 研磨体运动轨迹内的受力情况 (25)

图25 粗颗粒物料运动轨迹 (29)

图26 滑履磨进料方式的改进简视图 (29)

表 1[]1不同品种水泥的细度要求 (33)

表 2[]1各种物料的含水量 (33)

表3 磨机主要性能参数 (35)

图27 研磨体填充率 (35)

图28 球的运动轨迹 (37)

引言

引言

随着现代科技发展，提高生产效率成了机械行业追求的目标。因此对机械设备的改进优化就相当重要。

本文主要研究的是球磨机进料装置，并对其进行优化改进。进料装置是球磨机中一个不可缺少的部分，进料部分的设计结构直接影响着磨机的生产效率，因此它的结构设计对磨机整体十分重要。

这里通过对磨机整体的深入理解和探索，总结出进料部分对整体的影响因素，通过对以前图纸的分析和现场的观察记录，确定以前磨机进料部分存在的问题。最终结合相关文献资料和计算参数，完成磨机进料部分的改进设计。

磨机进料部分的改进将大大提高进料速率，从而提高生产效率。

1 磨机概述

1.1 粉磨的意义

磨机是发电、选矿、化工和建材等许多工业部门广泛采用的粉磨机械。磨机能粉碎各种硬度的材料，在选矿场中被广泛的用来细磨各种矿石；在发电厂用来制备煤粉；在水泥厂经过破碎的原料、熟料和其它混合材料都需要在磨机中进行粉碎。归纳起来，粉碎的目的是：

1.增加物料的暴露面积。

保证生料在窑中得到充分的化学反应，使能够充分完成燃烧，水泥完全水化，产生较高的强度。为此目的，对水泥生料的细度应控制在0.08毫米方孔筛的筛余为10%以下，水泥应控制在8%以下，煤粉应控制在14%以下。

2.使用各种物料混合均匀。

水泥生料里的石灰石、粘土和铁粉，水泥中的矿渣、石膏和熟料等经过磨机粉磨以后不但能将其粉碎，还能使之混合均匀，以保证水泥的质量。

1.2 磨机的分类及工作特点

1.2.1 磨机的种类

由于物料被磨碎的方式不同，是否采用研磨介质，磨机运动方式以及磨机结构等不同，粉磨设备也就有各种形式，有的彼此差别也很大。

建材工业中一般能见到的磨机有球磨机、棒磨、环辊磨（中速磨）、自磨磨机（无介质磨）等。有时候生产和科研工作中还使用振动磨，气力磨等超细磨设备。

就上述的几种磨机设备归类如图1。

图1中a、b、c、d类磨是靠允许磨介质的冲击和压研作用磨碎；e则靠压研粉碎；f、g借锤与料，料与料间撞击摩擦来粉碎。同时a、b、c类磨装有研磨介质，d则无研磨介质，称自磨机。在结构上，a、b、c为圆筒形。

建材工业中以球磨（包括棒磨）应用最多，最普通、环辊式中速磨也常用粉碎煤，这两种磨的历史较长，其他型式磨机都是生产中逐步发展起来的。

图1[]1磨机的分类方式

1.2.2 磨机工作的特点

在建筑材料、冶金和化工生产中有大量经过破碎到一定粒度的物料：如水泥原料里的石灰石、矿渣、石膏等，选矿场里的矿石颗粒，根据工艺要求，都还要进行细磨作业。

但是细磨作业的工作量是相当大的，这项繁重的工作，目前都是在磨机里进行的。可是磨机的工作效率非常低（15%～30%），所以耗用的电能比较多，能量损失严重，碾磨中金属的消耗量也比较大。为了降低生产成本，就必须在了解磨机这些作业特点的前提下，根据物料的性质（硬度、含水分多少），如物料粒度和出磨成品的细度要求，合理选择粉磨工艺流程和细磨设备。而且对现有的设备进行与生产相适应的改进。

1.2.3 磨机粉磨系统

粉磨系统有开流和圈流两种。

开流在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品；而圈流是物料出磨后经过分级设备选出成品，而使粗料返回磨内再磨。

开流系统的优点是：流程简单，设备少，投资省，操作简单；但物料必须达到产品细度要求后才能出磨。因此要求产品较细时，以被磨细的物料将会产生过粉碎现象，并在磨内形成缓冲垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效果，增加了电损耗。采用圈流系统，可以及时将细粉排出，消除了过分碎现象，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产品细度。

1.3 球磨机的分类及性能

1.3.1 球磨机的种类

球磨机主要的工作部分是回转圆筒，一般是两端支承，一端出料并由电动机经过传动装置变速后带动，另一端喂料。筒中装有球、段、棒等研磨介质，与物料一起被回转筒体不断带起抛落冲击、研磨将物料磨碎。

球磨机具体类型很多，其差别在于所装载的研磨介质、进出料方法、传动与支承方式的不同。各种型式球磨机，现归纳如下：

(一)按所装研磨介质的不同来分:

1.球磨机：筒体内装钢球或钢段，这种磨机使用最普通。

2.棒磨机：简体内装钢棒作为粗磨机介质，这种磨机产品粒度均匀。

3.砾磨机：用砾石、卵石、瓷球为研磨介质，花岗岩、瓷料等衬板，用于生产白色或色彩水泥以及陶瓷工业用。

(二)按筒体的形状分:

1.短筒形磨机：筒体长度与直径之比L/D≤1.0～1.5（图2中a、c），一般用于粗磨或一级磨。

2.长筒形磨机：筒体长度和直径之比L/D>1.5(图2中b、d)，当L/D之值增加至3～7则称为管磨机,管磨机内部分隔为几个仓，称为仓式管磨机，这种磨机在水泥厂用的较多。

3.圆锥形磨机。筒体仍为圆筒形，两端盖成圆锥形，其L/D=0.25～1.0，如图2中（c）所示。

图 2 球磨机按筒体形状及卸料方式分类

(三)按卸料方式分

1.中心卸料。这种磨机出料口是在磨机中心轴孔，其中又分为：

(1)溢流式中心卸料：如图2中a、c，这种磨机在粉磨时，磨内料面必须高出卸料口，而使物料溢流而出，工作时料球装的多，磨内结构简单，而操作不灵活，粉磨过程不宜调整。

(2)格子式卸料磨机：为克服上述缺陷在磨尾装有格子式提升板以帮助卸料，如图2中b,这类磨机在水泥厂最多。

2.周边卸料。

这种磨机的卸料是在筒体的周壁，如图表2中d，实际上它相当于两台端部周边卸料磨机的合体，而使设备紧凑，材料省，单位动力产量高，为新的一种磨机，多用于有选粉机的圈流系统。

（四）按传动方式分

1.中心传动。由卸料端经空心轴直接与减速机出轴联接，由电动机带动，传动轴的中心与简体中心线一致（图3.a）。

2边缘传动磨机。这种磨机的传动装置是将电动机的动力经过减速机后，传到与磨机筒体中心线相平行的传动轴上，在经过这根轴上的齿轮带动装在磨机筒体上的大齿轮，使磨机回转（图3.b）。

3.摩擦传动。仍属于边缘传动磨机，它是由安装在筒体上的轮带与主动轴上的拖轮相摩擦而传动(图3.c)。

(a)

(b)(c)

图 3 磨机按传动装置分类

（五）其他分类

其他还可以按支承方式分为轴承支承与托锟支承，或两者混合支承等。按工艺和操作又分为干法磨和湿法磨，间歇磨和连续式磨，其中间歇磨多作为化验室的试验磨，工业生产都用大型连续式磨。

1.3.2 球磨机的优缺点

由于球磨机有许多优点，所以在许多部门中受到重现，得到了广泛的应用，它的主要特点如下：

（一）优点

1.对于各种物料都能适应，能连续生产，生产能力大，可满足较大规模生产的需要。

2.粉碎比大，可达到300以上，并易于调整产品的细度。

3.可适度各种不同情况下工作，能干法生产，也可湿法生产，还可以把干燥的粉磨工序合并在一起同时进行。

4.设备本身操作可靠，能够长时间连续运转。

5.维护管理简单易进行。

6.有很好的密封装置，防止粉尘飞扬。

(二)缺点

1.工作效率低：

在生产水泥的过程中，用于粉碎作业的电量约占全厂的2/3，据统计，每生产一吨水泥的耗电量不低于70千瓦小时，但这部分电能的有效利用率却很低，据分析，磨机输入的功率用于粉碎物料(做有用功)的功率消耗只占一小部分，约5%～7%，而绝大部分电能消耗于其他方面，主要是转变为热能和声能而消失掉，这是一项很大的浪费。

2.体型笨重：大型磨机的总重量可大几百吨以上，这样一次性投资必然很大。

3.配置昂贵：由于磨机筒体转速和很低(每分钟15～25转)，如用普通电动机驱动，则需配置昂贵的减速装置。

4.生产成本高：

研磨体在冲击和研磨物料的同时，本身也要受到磨剥，筒体内的衬板等零件也被磨剥，因此在整个水泥生产过程中，粉碎作业（生料制备、磨水泥）所消耗的铁板量是很多的，据分析，大约每生产一吨水泥的钢铁消耗为1公斤左右。

1.4 球磨机的主要构造

1.4.1 球磨机的基本结构

球磨机是一种重要的细磨设备，这种设备在水泥工业中应用很广泛。这种磨机，由于筒体较长，可使物料在磨机中被粉磨的时间较长，得到成品的细度和品质也较高。

球磨机的规格是以筒体的内径和筒体的长度的乘式来表示的，如Φ2.2×13m磨机。

如图4中(a)、(b)分别是Φ2.2×13m中心传动中心卸料和边缘传动中心卸料球磨机的构造图，这两种磨机除传动装置外，其他部分的构造基本相同。

如图5所示是中心传动的球磨机。出料端盖与带有出料孔的传动接管相联接。出料端部设有格子板、扬料板和出料螺旋。螺旋线的方向与磨机的转向相同，在传动接管上装有一个圆筒筛。筛内装有振打装置，防止筛孔堵塞。这些装置都被密封在出料罩内。出料罩上部用管路通向收尘器，下部通过成品输送设备将物料运走。

传动接管的另一端从出料罩伸出来通过齿形联轴节与减速机出来的低速轴相连接。在传动系统中还设有慢速驱动装置，以备检修时可用它将筒体上的人孔门随时转到所需要的位置，以及在启动磨机时应用。

图4中心传动和边缘传动球磨机

（a）中心传动磨机；（b）边缘传动磨机

图 5 球磨机的构造

在多仓室的球磨机内，各仓室之间用隔仓板将它们隔开避免不同规格的研磨体互相串通。整个磨机筒体部分的重量由两端的主轴承支撑，并在其上转动。

图6是球磨机筒体的断面。为了更好地适应粉磨工作的需要，各仓室要安装一定形状的衬板：一般在一、二仓铺设阶梯衬板或压条衬板，后面的细磨仓铺设波形衬板。

图6[]1球磨机筒体断面

1－Ⅰ仓室衬板；2－Ⅱ仓室衬板；3—Ⅰ、Ⅱ仓室隔仓板；4－扬料板

1.4.2 球磨机的主要部件

（一）筒体

磨机筒体是用钢板卷制焊接而成的圆筒形薄壁壳体，筒体内装设有不同形状的衬板和隔仓板，在筒体本身还开有人孔，以便检修和装填研磨体。筒体是一种承受交变动载荷并处于低速而长期运转的构件，而且又是磨机的主体。因此在设计中必须考虑它是不是更换零件，即要保证工作中安全可靠，长期使用。在制造中的关键就是保证筒体的圆度和焊接质量。（球磨机筒体断面如图6）

筒体的设计原则有：

1．钢板材质的选择；

2．排列筒体钢板的原则；

3．对于直径比较大的球磨机筒体，在其中部如有环向焊缝，可按等强度理论，把中部的钢板选的适当厚些，但筒体的内表面应保证光滑。

4．筒体上固定衬板和隔仓板的螺栓孔应根据衬板尺寸等距离开设，纵横成行，

以便于加工。

5．筒体上的人孔应开在各仓的中部位置，各仓的人孔还要沿筒体母线对称错

开，这样对调整仓板位置有较大的余度，对筒体强度也有好处，也便于装卸研磨体。

6．人孔的规格。人孔也叫磨门，它的作用就是为了使筒体内的零件和人能自由

进出，便于检修，所以其尺寸不宜太小，但也不宜过大，若人孔开的过大，对筒体的断面强度消弱严重。

（二）衬板

衬板是铺设在筒体内的一种保护筒体和起研磨作用的重要辅助部件。其对材质要求较高，在粗磨仓中要靠研磨体的冲击作用，所以要求材料有足够抗冲击的韧性，在受到冲击后，其表面能够冷作硬化，变得十分坚硬耐磨。在细磨仓中主要靠研磨体的研磨作用，对衬板材质要求是坚硬而耐磨。

衬板表面形状不同对研磨体的牵制能力也不一样，可根据磨机特性和粉磨物料粗细不同选择衬板的表面形状。衬板的主要类型如图：

(a)(b)(c)(d)(e)

(f)

图 7 衬板的主要类型

a.压条衬板

b.凸棱衬板

c.波形衬板

d.阶梯衬板

e.平衬板

f.波纹衬板

（三）磨头

磨头是磨机主要零件之一，它承受整个磨机的动载荷，在使用中要长期安全可靠，所以设计应考虑为不更换件。

（四）隔仓板

磨机根据筒体长度与直径比值的不同，在筒体内用隔板仓分隔成不同数目的仓室。一般是：L/D〈2.0为单仓磨；L/D=2.0～3.0为双仓磨；L/D〉3.0为三仓或四仓磨。

隔板仓的主要作用有：

1．分隔研磨体；

2．防止大颗粒物料窜向出料端；

3．控制物料的移动速度。

(五)磨机的出料装置

中心传动磨机的出料端，有以下三种结构形式。

1．如图8所示的中心传动中心卸料端。它的卸料篦子1用螺栓5与磨头2连结在一起，在卸料篦子与磨头之间有叶板4，在叶板中间装有卸料锥3。物料由卸料篦子1的孔排出后，被叶板4带起。当物料被带到上部时，便由叶板上滑下，经卸料锥3滑到轴颈内的截头漏斗6内，最后从中间接管7上的椭圆孔落到控制筛8上。筛8用螺钉固定到中间接管7的法兰盘上，随法兰盘旋转。9为卸料罩子，物料成品由罩子底部卸出，落入运输机中，没有通过筛子的粗粒物料，沿筛子滑下来从孔10卸出。

图8 中心传动中心卸料装置

2．图9是一种中心传动边缘卸料的装置。在磨机端盖内表面和卸料篦板3之间，形成一个环行空间，在端盖壁上等距切割椭圆形孔2，物料从此孔卸出，落到外罩下部（图中外罩未画出）。

图9 中心传动边缘卸料装置

3．边缘传动磨机的卸料端（图10）。卸料篦子1和磨头2间有叶片3，在篦子的中部装有螺旋叶片4，叶片3能将物料带起并撒在螺旋叶片4上。通过螺旋叶片4和装在套筒5里的螺旋叶片6使物料顺畅地从轴颈中卸出。7为漏斗，用螺钉固定在轴颈的端面上，物料沿着漏斗落到控制筛8上，9为机罩，10为通风管道与排风机和收尘系统相联结。

图10 边缘传动磨机的卸料端

1－卸料篦子；2－磨头；3－叶片；4－螺旋叶片；5－套筒；

6－螺旋叶片；7－漏斗；8－控制筛；9－机罩；10－通风管道

（六）主轴承

主轴承是磨机的支承部件，磨机的全部重量和研磨体与物料的重量及离心力等都由主轴承承受。

磨机是以空心轴支承于主轴承上的，由于物料是由空心轴内出入磨机，所以空心轴的外径和主轴承轴瓦直径都比较大，管磨机的主轴承轴瓦内径为600~1400毫米。磨机回转时各作用力的合力方向近似垂直向下，因此主轴承只需要下轴瓦。

磨机主轴承采用滑动轴承结构（滑动轴承都设计成自位调心的）的有两大类：一种是把自动调心的球面置于壳体之外如图11；还有一种是把球面置于壳体之内如图12。

图11 调心球面在壳体外的主轴承

1－轴承上盖；2－联结螺栓；3－进水管；4－主轴承瓦；5－冷却水管道；6－轴承座；

7－冷却水管道；8－出水管；9－油管；10－螺栓；11－密封圈；12－排油管13－圆柱销图11主轴承的轴瓦4支承在凹形球面的轴承面6上，轴瓦下面具有凸形球面，而上部浇注轴承合金，轴承座和轴瓦的接触球面要精加工。这样磨机工作时，可灵活地自动调位，可消除轴瓦局部过负荷的可能性。由于轴承上盖不承受载荷，为了减轻制造工作量，减轻重量，它可采用钢板焊接的结构，用螺栓2与瓦座刚性联结。为了防止轴瓦从轴承座内滑出，利用圆柱形销13稳定在轴承座上。为了防止灰尘由轴瓦侧边和中空轴之间缝隙进入轴承内，并防止润滑油流出，在轴瓦两侧用螺栓固定密封圈11，每一个密封圈都由两半组成，用毛毡10密封。当中空轴回转时,

在环行槽内充满了润滑油则同样起密封作用。润滑油沿着油管9进入轴承，油管一端封闭，下部壁上分布许多小孔，润滑油通过这些小孔，沿着回转中空轴均匀分布。用过的油，由轴瓦下部接管12和与其相连的集油管而流入循环油系统的过滤装置。

图12磨机主轴承球面瓦6支承在底座1上，球面瓦只有120°，由于中空轴在球面瓦上接触面夹角小于90°缘故。轴承上盖以钢板焊接结构。为了防止球面瓦从轴承座内滑出，用两个定位螺钉7和压板8是为了把中空轴上的油刮下，防止流到外面，对环境卫生有利。

这两种主轴承比较起来：金属用量方面“外球面”的比较省；轴承密封，“外球面”的比较优，因为轴承两侧的密封圈有可能随调心球面瓦一起自动调整，减小缝隙。但这种“外球面”轴承储油量较少，有时需要另外的油池或油箱，使系统复杂化。另外“外球面”的球瓦比较形大体重，则在机械加工和浇注轴承衬时比较麻烦。

图12 调心球面在壳体内的主轴承

1－轴承座；2－轴承上盖；3－挂油器；4－架板；

5－挂油刷；6－钨金瓦；7－顶块；8－挂油板