大型球磨机的研发理论与前景

1 概述

球磨机大型化发展是技术发展的方向，直径4M 以上的球磨机，一般称作大型球磨机，80 年以来，红星机器通过与国外著名公司使用引进制造，自行设计开发整套供货并出口国外，使大型球磨机的设计制造和成套能力达到一个新水平。近年来制造并投产的球磨机中溢流型球磨机效益显著。

2 技术参数

球磨机分干式和湿式，格子型和溢流型，开路和闭路等不同类型，处理物料的性质和籴粜注度各异，因此其结构和技术参数都会有所变化。

3 结构特点

以5.03*6.4m球磨机为例，分析球磨机的结构特点。

3.1 筒体部件

(1)筒体由钢板焊接而成，为便于运输，长度方向分为两段，为保证铸造质量，铸钢的端盖和空心轴也是分为两段，中小型球磨机为整体，靠法兰止口定位，用高强螺栓配液压扭矩搬手，将它们联接成一个整体，由于加工过程中严格控制加工精度，保证了两端空心国心轴的同心度。

(2)筒体是球磨机的关键部件，对其强度和钢度进行了计算机有限元分析，按照应力分页状况，确定合理的壁厚，确定剖分部位和人孔位置，避开应力高峰区，对于应力集中采取加强措施，使结构紧凑，合理，制造方便。

(3)单个筒体包括两端法兰，最大为5500mmX3300mm，重29t，法兰采用L型结构，使得焊缝避开应力高峰区。

(4)大型球磨机衬板应该具有耐磨，使用寿命长及良好磨矿性能，目前采用波形金属衬板。波形襻有单波及双波形两种，对于中，小型球磨机用于一段磨矿，多采用单波形襻。但是大型球磨机实践证明，不管是铜矿石，铁矿石，也不管用于一段或二段，多采用双波衬板。衬板采用新研制的低合金耐磨材料，代替传统高锰钢，延长了使用寿命。

3.2 主轴承部件

大型球磨机的轴承系统应能随巨大的负载，其设计应遵循下列准则：无故障寿命运转；低维护要求；易高速；易检查与监控。 主轴承采用高低压滑动轴承（或称静动压轴 承)，配置高低压润滑装置。 磨机启动和停车时，高压 （静压）举升，正常运转时，低压(动压)工作，高低压自动切换，磨机在任何工况下，中空轴轴颈和轴瓦间 都保持0.1-0.2mm油膜，使转动部件，包括钢球和物 料，总重约550t)运转平衡，轴承工作正常。 油腔尺寸 和油流参数(压力)、流量、油膜厚度等由专用计算程 序计算和设计。 严格控制中空轴和轴瓦的加工精度，装配时不刮瓦，确保静压油膜的形成和节省装 配工作量。 轴瓦为巴氏合金钢，下埋冷却水管，通水冷却。中空轴温度，由rtd金属温度检测器直接测量，数据准确，与电控系统联锁，有效防止轴瓦过热引起烧瓦事故。两个轴承，一侧固定，一侧游动，轴瓦和瓦座的支承面采用新结构，轴瓦腰鼓面，瓦座圆柱面，工作时呈窄带状接触面，加工简便，工作可靠（传统球面结构制造复杂，一旦缺油调心性能差）。因此筒体由于温度、载荷变化，安装误差等引起的变形（伸缩和弯曲）轴承能自动调正，保证工作正常。扁宽型轴瓦结构，安装检修方便，只需要用千斤顶将筒体顶起10mm，即可将轴瓦从一侧抽出。该装置可提供非常可靠的润滑，且保证轴承运转的安全性"在供电突然停止时"它们能提供临时的动压润滑，还备有手动高压油泵，在紧急情况下可人工临时浮动。

3.3 传动部件

驱动大型球磨机设备需要东路下列要求，同时还应考虑投资成本以及特殊操作条件下各种速度的选择方案。高操作可靠性；高产率；低维护要求；低投资成本。 球磨机采用开式齿轮边缘驱动，大齿轮和筒体连接，小齿轮通常有两种传动型式。低速同步电动机直接传动或异步电动机经减速器传动。前者为避免同步电动机启动电流对电网的冲击，一般要配置空气离合器，实现分队段启动。后者结构稍微复杂，一般采用平等轴硬齿减速器，也可采用行星减速器，投资略低于前者，两者各有其优缺点。 大、小齿轮的结构尺寸啮合参数、齿轮按最新的AGMA2001标准设计每个细节，进行计算机优化设计。大齿轮、小齿轮为球磨机的关键件，按照美国AGMA6004强度计算标准设计大小齿轮。实际弯曲强度服务系数SF>2.25，选用最佳的材质和成熟的热处理加工工序，确保轮啮合精度和使用寿命。 设计选用斜齿 轮，增加啮合平稳性和使用寿命， 大齿轮材料选用CR_NI_MO 合金钢( 小齿轮选用低碳CR_NI_MO合金锻钢，采用渗碳淬火+磨齿工艺，齿面硬度)HRC57-61，精度等级7级。确保小齿轮使用寿命至少5年。 可减少用户更换备件的费用和停机检修时间!达到零库存的目标。大小齿轮采用喷雾润滑装置" 压气将沥青齿轮油雾化!定时定量喷射至啮合表面。 小齿轮轴的滚动轴承， 采用稀油润滑装置。一般球磨机为干油润滑齿轮罩采用半封闭八角形结构，刚性大，造型美观，防尘性能好。

3.4 配套部件

(1)主电机采用无刷励磁低速同步机，为加拿大通用电气公司，(012产品)低速同步机简化传动系统，改善电网功率因素，无刷励磁提高了电机的可靠性， 按巴基斯坦山达克铜矿地理气侯条件，修改了电机某些参数.温度，过载系数，控制参数等。使保护措施更加完善， 转子采用长轴式，定子就地定移，不必吊起，即可检修，操作简便。

(2)与主电机配套的高压启动器.高压柜，配有3-4 多功能继电器， 设有5纵联差动，过载，单相接地低电压非同期 冲击、失步、欠励、定子绕组过热，轴承过热故障等十多项保护。

(3)空气离合器及配气装置，若没有空气离合器!球磨机直接启动(同步电机的启动转矩为额定转矩的7 倍，启动电流为额定电流的， 对电网冲击很大， 本磨机采用空气离合器(实现分段启动，启动转矩为额定转矩的879 倍， 启动电流为额定电流的9 倍，大大减少电网的电压降和机械损伤。 正常 运转还能起到超负载保护作用。

(4)主轴承高低压润滑装置，小齿轮轴承润滑装置， 大小齿轮喷雾润滑装置以及机旁控制柜。这些装置具有下列功 能5与主电机，空气离合器电气连锁，启动停车时间自动控制!温度、压力、流量自动控制，故障声光报警等。

(5)必须配备微拖动装置，千斤顶装置，衬板机械手等辅助设备， 这是缩短维修时间，提高磨机运转率，发挥大型 球磨机磨矿回路效率及经济效益的必要措施，微拖动装置用于磨机更换衬板和检修时慢速转动及长期停车后先行慢速转动，松动钢球与矿浆的固结状态，保证主电机安全启动， 微拖动装置可以数台磨机共用一套， 微拖动时筒体转速在873不宜更高，衬板机械手用于搬运衬板进入磨机及在磨机内部拆卸与安装衬板， 由于大型球磨机衬板多重量大，采用衬板机械手可以大大缩短更换时间和节省劳动力。液压千斤顶装置用于磨机主轴承， 中空轴检修，顶起磨机筒体， 慢速转动!消除钢球偏载，松动，钢球与矿浆固结，保证安全启动。避免空气离合器过载，起到保护作用。

4 质量保证措施

为了保证球磨机的质量，进行下列检测和测定。

(1)筒体：筒体钢板和焊接材料的检验；制造前100%超声波探伤； 所有焊缝磁粉和超声波探伤结构的焊接图要指明哪些焊接需有资格的焊工完成；按图检查尺寸；所有圆周形法兰表面要用超声波检查，并记录检查结果。

(2)带中空轴的端盖：对每个做件毛坯进行超声波检查，机械性能分析、化学性能分析、显微结构分析，磁粉检查；加工后最终超声波检查；按图标枪尺寸。

(3)齿圈：对铸件毛坯的超声波检查、铸件的显微结构检查、铸件的机械性能检查、铸件的化学性能检查；加工齿后的磁粉检查；齿面的硬度检查；按图检查尺寸；齿形检查（周节距，齿形公差）；与小齿轮啮合试验。

(4)小齿轮：锻件材料化学性能和机械性能分析结果；锻件加工齿面之前的超声波检查；加工齿面之后磁粉检查；按图检查尺寸；齿形检查（周节、齿形公差）；与齿圈啮合试验。

(5)动静压主轴承、轴承座、给料溜槽小车、安装底架、基础板；材料证书，提交焊接工艺和质量，合格证书；所有焊缝10%磁粉和超声波探伤；按图检查尺寸。

5 特大件的运输

大型球磨机的筒体的特大件，运输成为关键之一，近年来随着产品大型化，特大件增多，除了铁路特种车运输外，采用公路运输或水陆联运，事先对沿途板梁，立交桥，进行实地考察，由专用拖车将特大件成功运到全国各地及各港口。

6 安装调试

球磨机出厂前在厂内总装和空负荷试车，检查齿轮啮合、轴承温度、轴承浮升量等，完全达到设计要求，保证在现场安装后，一次试车成功。

7 结语

公司具有设计制造和成套大型球磨机的能力经验，大型球磨机制造难度大周期长，但由于采取有力措施订单完成及时有效，获得客户一致好评。