２００８．Ｎｏ．１０ 陶瓷 ・ ３９ ・ 陶瓷工业连续式球磨机设计制造时应注意的问题 蔡祖光 （湖南湘潭五菱机械股份有限公司 湖南湘潭４１１ １０２） 摘 要 介绍了陶瓷工业连续式球磨机的主要结构及其工作原理，详细论述了陶瓷工业连续式球磨机设计制造时应注意 的问题。 关键词 连续式球磨机 主要结构 工作原理 设计制造应注意的问题 Ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｄｅｓｉｎｇｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃａｉ Ｚｕｇｕａｎｇ（Ｈｕｎａｎ Ｘｉａｎｇ￣ｎ Ｗｕｌｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈｕｎａｎ，Ｘｉａｎ￣ａｎ，４１ ｌ１０２） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｔｈｅｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｔｈｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｉｎ ｄｅｓｉｎｇｎｉｎｇ ａｎｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｉｎｄｕｓｔｙ．ｒ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｒｉｎｄｉｎｇ；Ｍａｉｎ ｓｔｕｃｔｕｒｅ；Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｒｎｃｉｐｌｅ；Ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｉｎ ｄｅｓｉｎｇｎｉｎｇ ａｎｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ 设计制造了ＭＴＣ系列陶瓷工业连续式球磨机及意大 前言 长期以来，建筑卫生陶瓷企业普遍采用间歇式球 磨机研磨陶瓷原料这种细碎原料的方式容易造成物料 利的纳塞堤（Ｎａｓｓｅｔｔｉ）公司等也设计制造了陶瓷工业连 续式球磨机。我国湖南湘潭五菱机械股份有限公司与 咸阳陶瓷研究设计院于２０世纪９０年代末期合作设计 制造了ＴＣＬＭ系列陶瓷工业连续式球磨机，现在已经 的过度研磨，所需要的研磨时间较长，研磨效率较低， 单位产品功率消耗较大，难于实现各生产工序的自动 化等。所以，随着科学技术的发展及企业生产规模的 扩大，特别是电子数字控制技术的快速发展，间歇式球 批量出口至土耳其、印度及伊朗等国家和地区，为我国 陶瓷机械装备的出口创汇立下了不可磨灭的功勋，极 大地促进了我国陶瓷机械设备制造工业的大力发展。 为此，笔者根据本人的工作经验及有关文献对陶 瓷工业连续式球磨机设计制造时应注意的问题加以论 述，并提出自己的观点，供同行们批评指正。 磨机的弊病已暴露无遗，并且严重地阻碍了建筑卫生 陶瓷工业的快速发展。这就促使人们去研制研磨效率 高、产量大、能耗低并能实现加料、加水、研磨及卸料等 生产全过程自动控制的球磨机——陶瓷工业连续式球 磨机。 １主要构造及工作原理 陶瓷工业连续式球磨机的结构示意图如图ｌ所 示。 事实上，早在１９８２年意大利的Ｉ．Ｃ．Ｆ公司就设计 制造了世界上第一台陶瓷工业连续式球磨机…，经过 多次修改完善，终于在２０世纪８０年代末设计制造了 ＣＢＭ系列陶瓷工业连续式球磨机。将其投入实际生 陶瓷工业连续式球磨机主要由传动装置、简体装 置、加料装置、卸料装置及电气控制装置（图中未画出） 产中取得了令人瞩目的成就，促进了建筑卫生陶瓷工 业的快速发展。随后意大利的萨克米（Ｓａｃｍｉ）公司也 等组成（见图】）。 ・４０・ 陶瓷 ２００８．Ｎｏ．１Ｏ Ｌ ＼ １。 一 利浆液面 ｒ ＿ Ｉｔ． ‘ 一疑ｌ ｌ 辕础 －．一＾’． ’ ‘一：。一 一±． ：ｉ。 ’一一 。： ． Ｉ Ｉ ・。・。。。’。１・。 ●‘． ．．．．●．’ － ・ 。 － ．●一一 － ‘＿ ．．。一．一． 。： ’。 －－７￣，Ｉ ｌ『 一 ．＇Ｈ ＾’十’ － 础 １一出浆管 ２、１３一主轴承及轴承座 ３一出料端盖４、５一卸料筛板及卸料叶片 ６、７一简体壁及内衬８、９一筛板及扬料叶片 ｌＯ一事故处理 Ｌ １ １一三角传动带 ｌ２一进料端盖 １４、１５一喂料螺旋及输料筒 １６、ｌ７一齿轮电机减速及联轴器 ｌ８、ｌ９一辅助电 机及联轴器２０一蜗轮减速器２１一齿轮减速器２２一液力偶合器２３一主电机２４一小带轮２５一联轴器２６一离合器 图１ 陶瓷工业连续式球磨机的结构示意图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｅｒ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙ １．１传动装置 陶瓷工业连续式球磨机产量大，装载量大，所需动 力消耗特别大（如ＣＢＭ２００连续式球磨机产量高达３２ ０００ ｋｇ／ｈ，装机功率高达２×６５０ ｋＷ）。为了降低超大功 率电动机的设计制造成本和采购周期，目前陶瓷工业 １．２简体装置 陶瓷工业连续式球磨机的筒体装置通常由筒体、 进料端盖、出料端盖及主轴承等组成。其筒体长度与 其直径之比为４～５ ，比间歇式球磨机的简体长度与 直径之比（１～１．５）。 大很多，因此，陶瓷工业连续式球 连续式球磨机通常采用２台大功率电动机通过液力偶 合器共同驱动硬齿面圆柱齿轮减速机，再经齿轮传动 驱动简体旋转；或采用大功率电动机通过液力偶合器 磨机的筒体结构及其受力非常复杂。筒体通常采用低 合金高强度钢板滚弯后焊接而成，并在其内腔焊有２ ～３块圆环形隔板，通过螺栓等将料浆过筛板（筛孔大 驱动硬齿面圆柱齿轮减速机，最后经一级胶带传 动共同驱动筒体旋转，达到研磨物料的作用。事实上， 陶瓷工业连续式球磨机除主传动装置外，通常还配备 了辅助传动装置，便于球磨机的检修和维护等。因为 在球磨机的停、转和添加研磨体及检修等过程中，通常 小依料浆的流动方向逐渐缩小）、扬料叶片及卸料锥体 等牢固地安装在隔板的内缘部分，结果就将筒体分成 １～４个研磨腔，每个研磨腔又开有人孔，便于安装和 更换橡胶内衬，加入研磨体及检修研磨腔等。简体两 端焊有法兰，以便进料端盖和出料端盖的对中定位，并 要求简体上的人孑Ｌ位于某一特定的方位，由于主传动 通过高强度螺栓与筒体可靠地联成一体，确保进出料 的速度较快，同时考虑到简体惯性大的缘故，筒体停止 方位的对正通常是非常困难的，有时需要多次反复操． 作才能对正，这样连续短暂的起动，不仅给传动装置带 来一定的冲击，而且还会使电网电压产生很大的波动， 严重危害邻近用电设备的安全。所以说，辅助传动装 置就是为了便于简体停止方位的快速对正，从而提高 生产效率。 端盖与简体的同轴度要求，减少筒体的附加动载荷及 改善筒体的受力状态，延长其使用寿命。与间歇式球 磨机简体一样，为了保护简体和进出料端盖等金属表 面避免遭受磨损等破坏，所有与物料接触的表面（包括 简体、进出料端盖等内表面）都应覆盖耐磨橡胶衬板。 １．３加料装置 如图１所示，在进料端盖的中空轴内装有输料筒 ２００８．Ｎｏ．１０ 陶瓷 则进入喷雾干燥制粉工序，从而达到连续研磨物料的 作用。 以上就是陶瓷工业连续式球磨机的工作原理。 和螺旋叶片等，但输料筒与端盖空心轴内圆表面及螺 旋叶片的外缘表面具有一定的间隙。因此，齿轮减速 电机经联轴器驱动螺旋叶片旋转时，可迫使料斗中的 物料、水和助磨剂等连续地加入到运转中的筒体研磨 腔中去。同样为了减少磨损和便于更换输料筒及料斗 等，所有与物料接触的金属零件（螺旋叶片除外）表面 ２ 设计制造应注意的问题 都应覆盖耐磨橡胶衬板。 １．４卸料装置 如图１所示，卸料筛板、卸料叶片与卸料锥体等联 成一体，并通过高强度螺栓固定在出料端盖上。工作 时，出浆卸料筛板、卸料叶片与卸料锥体等随简体一同 旋转，因此筒体研磨腔内达到粒度要求的物料经出浆 卸料筛板过筛后，流入出浆卸料筛板、卸料叶片与卸料 锥体之间的空间，立即被卸料叶片与卸料锥体带起并 提升到筒体的上部后，在重力的作用下，达到粒度要求 的料浆沿卸料锥体跌入出料端盖的中空轴内而排出机 外。与加料装置及筒体装置一样，所有与物料接触的 金属表面（如出浆卸料筛板、卸料叶片与卸料锥体等） 都应覆盖耐磨橡胶衬板，以提高其使用寿命。 １．５电气控制装置 陶瓷工业连续式球磨机属于低速重载设备，装载 量特别大，起动力矩非常大，因此陶瓷工业连续式球磨 机通常应采用变频器或软起动器平稳地起动，以减少 对电网的冲击。并通过ＰＬＣ控制系统对加料、加水、 研磨及卸料等生产全过程进行自动控制和参数显示， 同时在电控面板上还可清晰地显示出球磨机的工作状 态，有利于监控陶瓷工业连续式球磨机的运行状态以 及便于判断和处理其设备故障等。 ‘ 由此可见，陶瓷工业连续式球磨机具有一个水平 放置的筒体，简体被隔板（隔板上安装筛板、扬料叶片 及锥体等）分成１ ４个研磨腔，每个研磨腔内填充有 一定形状尺寸的研磨体。与间歇式球磨机一样，筒体 旋转时，物料和研磨体等在摩擦力和离心力的作用下 被简体提升到一定高度，然后在重力的作用下沿近似 抛物线轨迹落下来冲击和研磨简体底部的另一部分物 料，促使物料研磨和混合均匀。由于筒体内从进料端 至出料端隔板筛孔尺寸的逐渐减少，因此由进料端连 续加入的物料，破碎后，依次通过各隔板筛孔逐渐移向 出料端，最后由出料端排出机外，经过筛后，筛上料通 过胶带输送机返回进料端再次进入研磨作业，筛下料 陶瓷工业连续式球磨机研磨物料的基本原理与间 歇式球磨机大致相同，只是进出料的方式及装载量的 多少不同而已。正是由于进出料方式的改变及装载量 的变化导致陶瓷工业连续式球磨机的设计制造与间歇 式球磨机相比具有许多特殊性，现论述如下： ２．１设计计算 ２．１．１功率消耗 陶瓷工业连续式球磨机的主要优势是能实现加 料、加水、研磨及卸料等生产全过程的自动控制，能连 续式生产，并且筒体尺寸大，产量大，装载量特别大，功 率消耗也特别大。同时考虑到陶瓷工业连续式球磨机 正常工作时（如图１所示），筒体内研磨的料浆液位高 度也低于筒体轴心线，为了简化陶瓷工业连续式球磨 机功率消耗的设计计算，我们可近似地认为筒体内研 磨的料浆液位高度低于简体轴心线位置（如图２所 示），同时也可近似地认为筒体内的料浆（包括待磨物 料、研磨体、水和助磨剂等）组成一个均质半圆柱体，它 绕其质心轴的转动惯量和质心的位置可通过理论力学 和材料力学的相关知识求得。 —１ 一 图２简体（装载后）的工作示意图 ｎｇ．２ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ（１ｏａｄｉｎｇ｝ｉｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ２．１．１．１半圆柱体的质心位置 如图２所示，设简体（安装橡胶衬板后）的净空直 径为Ｄ，那么半圆柱体的质心位置ｙｃ为（如图３所示）： ・ ４２ ・ 陶瓷 ２００８．Ｎｏ．１Ｏ ＩＹ ｄＡ Ｙｃ — 式中：Ａ——半圆柱体的面积，ｎｆ； Ｆ——半圆柱体的截面图形区域； ｙ——微元面的纵坐标，ｍ； ｄＡ一微元面的面积，ｎｆ。 所以，我们求得： ２・』 ・√（ ｙ２・ｄｙ ２Ｄ Ｙ ＝ （ ）…（ ） 一３ 式中：Ｄ——简体（安装橡胶衬板后）的净空直径； Ⅱ——圆周率，常取３．１４。 ２．１．１．２半圆柱体绕其中心轴的转动惯量 （一Ｄ／２－Ｏ） ０ （Ｄ／２，Ｏ） ｌ ｅ 入／ ／、】【Ｉ＋ｙｌ． （Ｄ （０，Ｉ）／２） Ｙ 图３均质半圆柱体（装载后）的质心位置及转动惯量求解示意图 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｅｎｔｒｏｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｏｍｏｇｅ— ｎｏｕｓ ｓｅｍｉ—ｃｙｌｉｎｄｅｒ（１ｏａｄｉｎｇ） 如图３所示，半圆柱体绕其中心轴的转动惯量Ｊ 为： ．，＝ｌ（ ＋Ｙ。）・ｄｍ 士 式中：ｘ——微元面的横坐标，ｍ； ｙ——微元面的纵坐标，ｍ； ｄｍ——微元面的质量，ｋ９。 若设半圆柱体的长度及密度分别为Ｌ和ｐ，那么 其重量：Ｇ：ＰＬ（ ）ｚ丌ｇ／２ 所以Ｊ＝｝（ ＋ｙ ）・ｄｍ＝｝（ ＋）， ）ｐＬｄＡ ；・ －如果采用极坐标系统，即 ＝ＦＣＯＳＯ，Ｙ＝ｒｓｉｎＯ，ｄＡ＝ ｒｄｒｄ８那么，我们求得： Ｊ：ｆ ｒ ｃｏｓ２ Ｏ）ｐＬｒｄｒ ＝ （ ） １ Ｇ（Ｄ＝ ２‘） ｇ式中：广重力加速度，常取９．８ ｍ／ｓ ，其余同前述。 ２．１．１．３半圆柱体作平面运动的质心速度及其角速 度 如图２所示，如果简体装置（不包括待磨物料、水、 研磨体及助磨剂）通过传动装置以角速度∞旋转，由 于橡胶衬板的摩擦力等作用，那么待磨物料、水、研磨 体及助磨剂所组成的半圆柱体可近似地认为以质心点 为速度瞬心以∞．为角速度的平面运动（即半圆柱体在 筒体下部来回晃动）。如果忽略筒体橡胶衬板与待磨 物料、水、研磨体及助磨剂所组成的半圆柱体之问的相 对滑动，按理论力学的相关知识可求得： ．（ ）：∞。．（ 一 ） 将Ｙ ＝ 代入以上两式得：∞。＝ ’＿ 众所周知，欲使筒体由静止至额定转速运动必须 克服筒体装置（包括橡胶衬板等）的惯性阻力、待磨物 料、水、研磨体和助磨剂等惯性阻力（即使正常起动时 研磨腔内仅有研磨体，但考虑到运行过程中突然停电 后的再次起动等）、筒体装置主轴承及传动装置的机械 摩擦阻力等 】。所以陶瓷工业连续式球磨机的功率消 耗主要由以下４部分组成，第一是克服筒体装置（包括 橡胶衬板等）的惯性阻力所消耗的功率Ｎ。，第二是克 服待磨物料、水、研磨体和助磨剂等所组成的半圆柱体 的惯性阻力所消耗的功率Ｎ。，第三是克服筒体装置主 轴承的机械摩擦阻力所消耗的功率Ｎ１，第四是克服传 动装置的机械摩擦阻力所消耗的功率，这部分功率消 耗的设计计算非常复杂，通常采用传动装置（主轴承除 外）的总机械效率来弥补。 ２．１．１．４功率消耗Ｎ 筒体装置由静止至额定转速ｎ运转时，其能量增 量为：｛ ２ ４＿Ｇ２ ・（ ） ・（ ） ，若球磨机的起动 时间为ｔ，那么克服筒体装置（包括橡胶衬板等）的惯性 阻力所消耗的功率Ⅳ．为： Ｎ．＝ Ｇ９・（ （ ）。 式中：Ｇ，——筒体装置（未包括浆料研磨物）的重量， Ｎ： ２００８．Ｎｏ．１０ 陶瓷 ０．８５。 ・４３・ Ｄ——筒体（安装橡胶衬板后）的净空直径，ｍ； ｇ——重力加速度，常取９．８ ｍＺ／ｓ； ～２．１．２简体的强度和刚度 ７【——圆周率，常取３．１４。 ｔ——磨机的起动时间，ｓ，即筒体装置由静止至 达到额定转速运转所需的时间，通常由实验确定。 ２．１．１．５ 功率消耗Ｎ， 筒体装置由静止至达到额定转速ｎ（对应的角速 球磨机工作时，通常可近似地认为筒体是承受均 布载荷的梁，根据理论力学及材料力学的相关知识可 求得筒体在中断面产生最大弯矩，并获得最大弯曲应 力；同时，简体旋转又须克服简体装置的惯性力矩及主 轴承等机械摩擦阻力等，由此可见，筒体承受弯矩和扭 度为∞）运转时，由于橡胶衬板摩擦力等作用，待磨物 矩的复合作用，通常可按第四强度理论对简体的强度 料、水、研磨体及助磨剂所组成的半圆柱体可近似地认 为以质心点为速度瞬心以ｃｏ 为角速度的平面运动（即 半圆柱体在筒体下部来回晃动），其能量增量为： 丢ＪＪ．。－∞ ｌ ２：鑫 ．－ ２：丢（ ＿二 ・ ‘ （ ，若球磨 有 Ｊ君 机的起动时间为ｔ，那么克服待磨物料、水、研磨体和助 磨剂等所组成的半圆柱体的惯性阻力所消耗的功率 Ｎ２为： Ⅳ ＝ ・（ 式中：Ｇ ——半圆柱体装置（待磨物料、水、研磨体和助 磨剂等所组成）的重量，Ｎ。其余同前述。 ’ ２．１．１．６功率消耗 克服筒体装置主轴承的机械摩擦阻力所消耗的功 率Ｎ，为： Ｎ３＝ （ＧＩ＋Ｇ２） 式中：Ｖ——简体装置主轴承的线速度，ｍ／ｓ。 ——简体装置主轴承的摩擦系数。 其余同前述。 即使陶瓷工业连续式球磨机通常采用滚动轴承支 承以及采用稀油润滑站对主轴承进行自动润滑和冷 却，但考虑到研磨腔内的待磨物料、水、研磨体和助磨 剂等所组成的半圆柱体并不是匀质半圆柱体等因素， 可取简体装置主轴承的摩擦系数为：０．１８～０．２５ ］。 ２．１．１．７球磨机的功率消耗 由前述可知，球磨机的功率消耗由四部分组成，第 一、第二和第三部分即Ｎ 、Ｎ 和Ｎ３已经求出，至于第 四是克服传动装置的机械摩擦阻力所消耗的功率，其 设计计算非常复杂，通常可采用传动装置（主轴承除 外）的总机械效率来弥补。考虑到液力偶合器的柔性 连接、减速器的润滑不充分及传动带的张紧不及时等 因素，陶瓷工业连续式球磨机的总机械效率可取０．７５ 进行设计计算和校核。同时根据梁的弯矩与变形之间 的关系，通过求解微分方程可求得筒体在中断面产生 最大弯曲变形（即挠度），即可对筒体的刚度进行设计 计算和校核。 但实践生产经验表明，按上述筒体的强度和刚度 的设计计算方法所得的计算值与实测值相差较大，不 便于正确地指导生产实践。事实上，无论是间歇式球 磨机还是连续式球磨机，其筒体长度与其直径之比约 为１：（１～５），显然简体的截面尺寸（简体直径）与其轴 向长度相差较小，因而将球磨机简体简化为梁（轴向尺 寸远大于截面尺寸的构件 ）必将产生较大的误差，所 以说上述简体强度和刚度的设计计算方法很难准确地 反映筒体强度和刚度的影响因素。 ２．１．２．１强度 无论是间歇式球磨机还是连续式球磨机，其简体 都是开有人孑Ｌ的薄壁筒体，由于人孔的尺寸与筒体的 直径及长度尺寸相比较小，因而球磨机工作时，我们可 近似地认为简体是一个承受均匀分布内压力作用的壳 体 】——圆柱简体。由于壳体的受力及其变形与传统 的梁的受力及其变形有很大的区别，为此根据板壳力 学的相关知识可知，圆柱简体的横截面承受环向应 力 、弯曲应力和扭转剪切应力的共同作用。 根据陶瓷工业球磨机简体的设计计算一文 ，得 筒体中断面的承受的最大弯曲应力 为： ３（Ｇ。＋Ｇ２）Ｚ ３（Ｇ ＋Ｇ２）Ｚ “ 一一４８ｉ Ｒ（２８１ ｆ＋４ ２尺） ８ ． Ｒ 式中：８。——简体金属层的壁厚，ｍ； ６ ——进、出料端盖的壁厚（不包括橡胶衬板，通 常是一致的），ｍ Ｒ——金属简体（不包括橡胶衬板）的净空半径 （Ｒ＞Ｄ／２），ｍ。其余同前述。 简体中断面的环向应力 为： ・ ４４ ・ 陶瓷 ２００８．Ｎｏ．１０ Ｉ（Ｇ．＋Ｇ２） 一２３ｌ ｌ＋４Ｒ３２） 式中备代号Ｉ司前述。 筒体中断面的扭转剪切应力ｒ为： Ｍ 酉 式中：Ｍ ——筒体承受的扭矩，Ｎ・ｍ。其余同前述。 由此可见，简体危险截面的受力微元体承受弯曲 应力 、环向应力 和扭转剪切应力ｒ，根据材料力学 受力微元体的主应力求解方法 ，求得其主应力分别 为： 。＝ ＋√（ ＝ 一√（ ） ｒ２ ３ ０ 考虑到球磨机简体通常由塑性材料滚弯成形后再焊接 而成，所以我们应按第四强度理论进行计算：即： ＝√ （ 。一 ＋（ 一 ＋（ 。一 ］ ：√（半） ＋３（ ） ＋３ｒ２ 其中： ：一 ｛ ； ＋三 含．（Ｇ．＋Ｇ，） ２ ｌ ｌ＋４ ２ Ｍ ‘一２玎Ｒ ． 所以，我们可以根据上式对陶瓷工业连续式球磨机的 简体进行强度设计计算和校核。 ２．１．２．２刚度 陶瓷工业连续式球磨机工作时，虽然筒体承受扭 矩、环向力、弯矩和剪力的共同作用，但理论分析及实 践生产经验表明，筒体的变形主要表现为弯曲变形，根 据壳体的弯矩与变形之间的关系，可以求出其变形方 程，与间歇式球磨机一样，简体在中断面处产生最大弯 曲变形（挠度）为： ／：一， 一— 历 ［ ）一 ］一 式中：Ｅ——筒体材料的拉伸弹性模量，Ｐａ。其余代号 同前述。 所以，我们可以根据上式对陶瓷工业连续式球磨 机的简体进行刚度设计计算和校核。 ２．１．３主轴承的润滑和密封 陶瓷工业连续式球磨机产量大，装载量特别大，因 此主轴承的受力特别大，显然主轴承发热量大，若不采 取有效的润滑和冷却措施，将严重影响陶瓷工业连续 式球磨机的功率消耗和主轴承的使用寿命。通常润滑 和冷却轴承的最有效的方式是采用稀油润滑站自动润 滑和冷却，其工作过程就是：润滑油通过网式过滤器 （粗过滤器）过滤后由电动机驱动的油泵加压后，再经 线隙式过滤器（精过滤器）过滤后通过油液调节阀（节 流阀）注入主轴承盖顶部的油液通道，然后润滑和冷却 主轴承滚动体及内外滚圈等偶合接触面后，最后通过 主轴承座下部的回油通道流回油箱，实现润滑油的自 动循环润滑和冷却功能。为了提高对主轴承的润滑冷 却作用，稀油润滑站应设置油液加热和冷却装置，确保 润滑油具有适宜的温度，有利于主轴承的充分润滑和 冷却，从而延长主轴承的使用寿命。 由于主轴承采用稀油润和冷却，同时考虑到主轴 承的承载能力及规格尺寸大等原因，为了便于主轴承 的装拆，主轴承座通常采用剖分式结构，内外两侧采用 压盖通过螺栓等可靠地固定在剖分式轴承座的两侧。 考虑到筒体两端进出料端盖的中空轴分别是简体加料 和卸料的通道，须特别重视简体两端主轴承座内外两 侧压盖与中空轴外圆表面的密封结构形式，以免润滑 油的泄漏，污染环境，浪费能源等。显然，主轴承座的 外侧压盖与中空轴外圆表面可以采用螺旋弹簧预紧型 骨架油封，安装合理及精心使用维护时，可取得优良的 密封效果，并且油封密封件损坏后易于更换等 。但 因筒体结构特点的，内侧压盖与中空轴外圆表面 不宜采用螺旋弹簧预紧型骨架油封，这是因为油封密 封件损坏后更换非常困难，对于机械制造能力较差的 墙地砖工厂来说几乎是不可能的。同时考虑到填料密 封件（俗称盘根）具有一定的塑性，在压紧力的作用下 能产生一定的径向力并能始终与转轴表面贴合紧密而 达到密封的作用 。而且还具有良好的自润滑及耐磨 性能，摩擦系数小，即使所密封的转轴产生少量偏心 时，因填料密封件具有足够的浮动弹性能始终贴紧转 轴表面而阻止润滑油的泄漏，也不会产生“抱轴”现象， 转轴仍能继续旋转。并且制造简单，价格低廉，装拆方 ２００８．Ｎｏ．１０ 陶瓷 ・４５・ 便。由此可见，主轴承座的内侧压盖与中空轴外圆表 面可采用密封性能良好装拆方便的填料密封件，如：聚 四氟乙烯浸渍碳纤维盘根、柔性石墨盘根（也称膨胀石 墨盘根）及芳纶纤维盘根等。值得注意的是，安装填料 密封件时，应在其偶合接触面上均匀涂敷锂钠基润滑 脂或工作润滑油，且压盖不宜压得太紧，应待球磨机起 动后再缓慢拧紧压盖螺栓至“不漏”即可。 ２．１．４简体的轴向热伸缩量 由于陶瓷工业连续式球磨机的筒体特别长（通常 约达１５ ｍ，有时甚至高达２０ ｍ左右），显然球磨机连续 运转时与长期停置时（如：筒体装置的检修及更换橡胶 衬板等）又具有很大的温度差，因此陶瓷工业连续式球 磨机筒体装置就会产生较大的轴向伸缩量，设计计算 筒体装置主轴承之间的中心距，必须考虑筒体装置的 轴向热伸缩量的影响。 筒体装置的轴向热伸缩量 为： ＝口・Ｌ・（Ｔｌ—Ｔ２） 式中：ａ——简体所用钢材的线膨胀系数，碳素钢及合 金钢常取０．０００ ０１２／ｏＣ； Ｌ——筒体装置的跨距，即两主轴承中心线之间 的距离，ｍ； ＴＩ——筒体装置连续运转时可能达到的最高温 度，常取１００℃； Ｔ２——可能达到的环境最低温度，常取一２０℃。 实践生产中弥补简体装置的轴向热伸缩量影响的 最实用的方法是，将简体装置一端（进料端）的主轴承 座轴向固定，而另一端（出料端）的主轴承座可随温度 的变化而轴向游动，从而能确保陶瓷工业连续式球磨 机的正常工作。 ２．２生产制造 陶瓷工业连续式球磨机筒体尺寸大，产量大，装载 量特别大，属于低速重载设备。同时简体装置通常采 用两端支承的安装方式，那么工作时随筒体装置一同 旋转部分的重量高达几百吨甚至上千吨，显然简体装 置的受力及其变形非常复杂，因此我们应十分重视筒 体装置的生产制造。 ２．２．１ 筒体 ２．２．１．１滚弯和焊接 陶瓷工业连续式球磨机的筒体通常是由低合金高 强度钢板滚弯后焊接而成的开有人孔的薄壁圆柱筒 体。因此，在排列简体钢板时，应充分利用钢板的规格 尺寸，最大限度地提高钢板的利用率，减少边角余料的 数量；同时钢板下料时还应考虑卷板时的咬人和退出 所需尺寸。并根据卷板设备的生产能力，最好选用大 规格的钢板，可最大限度的减少简体的纵向和环向焊 缝的数量，利于提高工作效率及筒体的强度等。同时 环向焊缝应远离简体受力最大的中断面，各段筒体之 间的纵向焊缝应也在圆周方向相互错开至少９０℃以 上。并确保各段简体内径的圆度误差在规定的范围内 （常取０．００３Ｒ，Ｒ——简体的内圆半径），焊接后简体内 圆表面应平整光滑等。此外还应重视人孔的结构尺 寸，为了减少人孔对筒体强度的影响，通常采用短边为 ４００—５００ ｌｌｌｌｎ，长边为５００—６００ ｍｍ且长边与筒体轴线平 行的具有较大圆角的矩形人孔，人孔周边应采用加强 板对简体进行补强处理等。总之，筒体上的所有焊缝 都应开坡口，采用埋弧自动焊和（或）二氧化碳气体保 护焊焊接完成后打磨抛光焊缝，并经超声波探伤等检 查合格后，简体再经去除应力退火后才能进行金属切 削加工。 ２．２．１．２金属切削加工 即使简体焊接后经超声波探伤检查合格及去除应 力退火后，筒体的强度和刚度得到了大幅度地提高。 但为了进一步地改善筒体的受力状态，金属切削加工 筒体时须确保其两端法兰轴向定位端面与简体中心线 的垂直度及简体两端法兰定位圆柱面与简体中心线的 同轴度，才能实现进出料端盖与筒体两端法兰的对中 定位，通过高强度螺栓将进出料端盖与简体可靠地联 成一体后，能确保进出料端盖与筒体的同轴度，从而减 少筒体装置的附加动载荷及改善其受力状态，达到延 长简体使用寿命的目的。 由于陶瓷工业连续式球磨机筒体特别长（通常约 达１５ ｍ，有时甚至长达２０ ｍ左右），且两端焊有外法 兰。因此，筒体车削加工时须在特制的大型专用落地 车床或特制的大型专用卧式车床上，一次装夹完成简 体两端法兰圆柱定位面及其端面等车削加工，才能确 保筒体两端法兰圆柱定位面的同轴度及两端面的平行 度以及各加工面的尺寸精度及表面粗糙度等。同时， 加工简体上用于固定橡胶衬板的螺栓用孔及螺孑Ｌ须纵 向和环向成排均匀布置，且各螺栓用孔及螺孑Ｌ最好应 远离焊缝处，若不能远离焊缝时，距焊缝边缘的距离至 ・４６・ 陶瓷 ２００８．Ｎｏ．１０ 面，然后通过定位销、螺栓、螺母及垫圈等将主轴承盖 少应不小于螺栓直径的２倍。 值得注意的足，即使简体焊接后经超声波探伤检 查合格及去除应力退火后，简体的强度和刚度得到了 大幅度地提高，但简体仍属于薄壁圆柱筒体，所以说， 加工、装配、吊装及转运简体时应轻拿轻放，绝不允许 跌落等猛烈撞击，以免简体产生变形等影响筒体装置 的组装及其缩短其使用寿命等。 和主轴承底座牢固地联成一体，最后在卧式镗床上一 次装夹便能完成主轴承安装孔与端面的加工，可确保 主轴承安装孑Ｌ中心线与主轴承座底面的平行度及主轴 承安装孔中心线与端面的垂直度。同时，还应确保各 加工面的尺寸精度及表面粗糙度等。只有这样，才能 确保简体两主轴承中心线的误差在规定的范围内，有 ２．２．２进出料端盖 陶瓷工业连续式球磨机的进出料端盖是物料进出 球磨机的通道，为了便于物料的进出及改善进出料端 盖的受力状况等，进出料端盖通常采用浅锥形铸钢端 盖。考虑到进出料端盖具有较大的平展面积，为确保 铸造时的均匀收缩及铸件质量等，可采用大端面朝上、 增加大端面的加工余量及采用较多的浇冒口和冷铁急 冷等铸造方式获得毛坯。同时，进出料端盖铸造后，须 经去除应力退火处理后才能进行金属车削加工。金属 车削加工时，须在大型落地车床或大型立式车床上，一 次装夹完成进出料端盖中空轴内、外圆、大端面圆柱定 位面及轴向定位端面等车削加工，才能确保进出料端 盖中空轴的外圆面（轴承安装处）与大端面圆柱定位面 的同轴度及中空轴的外圆面（轴承安装处）与大端面的 轴向定位面之间的垂直度。此外，还应确保各加工面 的尺寸精度及表面粗糙度等。只有这样，进出料端盖 采用高强度螺栓与筒体可靠地联成一体后，才有利于 筒体的正常工作。 ２．２．３主轴承及主轴承座 陶瓷工业连续式球磨机工作时，筒体会产生很大 的动载荷，显然其筒体装置需采用承载能力大并具有 自动调心作用的双列向心圆柱滚子轴承支承，可弥补 简体装载不均匀及简体装置的制造安装误差等。因 此，主轴承（双列向心圆柱滚子轴承）采购回厂后，应检 查其内外圆及宽度的尺寸精度、内外圆的同轴度、两端 面与内圆中心线的垂直度、表面粗糙度、硬度及轴承游 隙等是否合格，只有合格后才能安装使用。同时，为了 便于主轴承的装拆，主轴承座通常应采用剖分式铸钢 结构．主轴承盖和主轴承底座分别铸造后，经去除应力 退火处理后，才能切削加工剖分接触面及主轴承座底 利于陶瓷工业连续式球磨机的正常工作。 ２．２．４其他 由于三角胶带传动具有结构简单、成本低廉、无需 润滑、噪声低、过载保护及维护保养方便等优点，因此 陶瓷工业连续式球磨机的最末级传动通常采用三角胶 带传动。但实践生产中通常须采用多根三角胶带同时 工作，为了促使各三角胶带均匀受力，便于充分发挥三 角胶带传动的效率，要求使用的多根三角胶带的长度 误差应在规定的范围内，因此，装配过程中应尽量成组 选用长度尺寸精度相近的多根三角胶带传动。为了从 根本上克服三角胶带长度的制造误差等，可优先采用 多楔带（联组三角胶带）传动。 参考文献 ｌ Ｃａｖａｚｚｕｔｉ Ｅ，Ｐｅｒｅｒｉｎｉ Ｓ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｍｉｌｌｓ－ａｎｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｅｄ ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ， Ｊ９９４ｆ６）：６５～６９ ２蔡祖光．陶瓷工业连续式球磨机．河北陶瓷，２００１（１）：ｌ５ ～ｌ８ ３华南工学院，南京化工学院．陶瓷工业机械设备．北京： 中国建材工业出版，１９８ｌ ４蔡祖光．球磨机功率消耗设计计算的探讨．佛山陶瓷， ２００４（１Ｉ）：３３～３７ ５刘鸿文．材料力学．北京：人民教育出版社，１９８２ ６刘人怀．板壳力学．北京：机械工业出版社，１９９０ ７蔡祖光．陶瓷工业球磨机简体的设计计算．全国性建材 科技期刊——陶瓷，２００ｌ（６）：３４—３７ ８徐灏．机械设计手册（第２版．第３卷）．北京：机械工业 出版社，２００３ ９北京建筑材料工业学校，等．建材机械与设备．北京：中 国建筑工业出版社，１９８ｌ
