球磨機端蓋間隙產(chǎn)生的機理、影響分析及解決方案

周 峰，李巖舟，黎韶敏，凌啟睦

(1.廣西華錫集團股份有限公司車河選礦廠，廣西 南丹 547204；2.廣西大學(xué)機械工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

球磨機端蓋間隙產(chǎn)生的機理、影響分析及解決方案

周 峰1，李巖舟2，黎韶敏1，凌啟睦1

(1.廣西華錫集團股份有限公司車河選礦廠，廣西 南丹 547204；2.廣西大學(xué)機械工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

針對球磨機端蓋法蘭與筒體法蘭之間間隙這一故障現(xiàn)象，首先介紹其在生產(chǎn)過程中形成的機理，并在此基礎(chǔ)上分析由于間隙的存在對磨礦機運行狀況產(chǎn)生的影響，包括大小齒輪嚙合、螺栓的緊固等情況，最后給出了簡要消除間隙的處理方法。

球磨機；鋼球碎片；螺栓塑性變形；穩(wěn)定運行

球磨機是在冶金、礦山、水泥、建材、化工及電力等工業(yè)部門中廣泛使用的機械設(shè)備。在選礦廠利用球磨機對礦石進行最后一段粉磨，使有價礦物達到單體分離，更快更好地使礦石中的有價礦物得到富集;在磨制水泥生料時，磨機不僅要粉磨石灰石、粘土及石膏等物料，而且還要將它們混合均勻;在化工用物料及發(fā)電用煤粉的制作過程中，通過粉磨增加物料的表面積，為縮短物料化學(xué)反應(yīng)的時間創(chuàng)造了有利條件。球磨機是物料磨碎作業(yè)的主要設(shè)備，其特點是設(shè)備投資大，能耗高，處理能力和產(chǎn)物粒度對后續(xù)作業(yè)的效率和整個生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟指標影響顯著。因此，球磨機對國民經(jīng)濟的正常運轉(zhuǎn)起到非常重要的作用。而球磨機作為一種重要的磨礦設(shè)備，在整個選礦過程中有著舉足輕重的作用，自1893年球磨機問世以來，在工業(yè)應(yīng)用發(fā)展中經(jīng)歷了很長時間的發(fā)展，在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)仍將是礦料磨碎作業(yè)的主要設(shè)備，因此對球磨機進行深入研究仍是十分必要及有價值的[1～3]。

隨著選礦技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)效率的不斷提高，以及工藝流程的不斷改進，對于選礦設(shè)備來說，如何減少備件的消耗，減少停機檢修率，延長設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備的作業(yè)率，降低選礦作業(yè)成本，己經(jīng)成為廣大選礦設(shè)備管理人員、工程技術(shù)人員探索研究的一個重要課題。作為選礦工藝中最主要的主體設(shè)備之一，球磨機的技術(shù)性能直接影響著整個工藝流程中的各個環(huán)節(jié)。

1 球磨機端蓋間隙產(chǎn)生的機理

1.1 故障現(xiàn)象

廣西華錫集團股份有限公司車河選礦廠現(xiàn)有MQY1500×3000和MQY2100×3000兩種型號的球磨機，在多年的生產(chǎn)過程中以及維修磨礦機的工作中發(fā)現(xiàn)球磨機運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)磨礦機端蓋法蘭與筒體法蘭之間出現(xiàn)間隙。它會導(dǎo)致磨礦機端蓋相對與筒體法蘭產(chǎn)生的偏斜，進而對磨礦機的正常運行產(chǎn)生較大影響。球磨機作為碎磨作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，目前存在的兩個主要問題：一是，工作效率低；二是，能耗及材耗占生產(chǎn)成本的比重較大。磨機在正常使用過程中一半以上停機的原因是機件的磨損失效。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)球磨機的效率增加1%時，磨機產(chǎn)量可增加3%[4]。所以正確的分析該故障產(chǎn)生的機理并找出解決方案，可以極大的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

1.2 間隙產(chǎn)生的機理

由于球磨機針對的礦石性質(zhì)以及選礦流程的原因，在正常情況下球磨機的筒體使用壽命要遠大于磨機端蓋的使用壽命，因此經(jīng)常出現(xiàn)一個舊筒體要裝配2～3個新端蓋的情況，如圖1所示。按照規(guī)定，磨礦機端蓋法蘭與筒體法蘭的安裝間隙要求不能超過0.3mm。而在實際安裝過程中，由于新舊部件的結(jié)合裝配問題及法蘭變形等原因，法蘭安裝間隙往往超過這個數(shù)據(jù)。有間隙的存在，磨損的鋼球碎片就有可能隨機的從法蘭圓周某間隙較大點鍥入，鍥入的碎片受到隨后下落的其它鋼球的沖擊碰撞而不斷鍥向間隙深處，使得法蘭間隙在這個鋼球碎片及附近圓周處不斷增大，進而增大了隨后更大厚度的碎片鍥入的機率。該段法蘭間隙不斷增大，相應(yīng)的幾個聯(lián)接螺栓不斷地發(fā)生拉伸彈性變形以至塑性變形。與此同時，大量礦粉塞滿其間。這樣使得整個磨礦機端蓋發(fā)生相對于筒體的偏斜。

圖1 球磨機結(jié)構(gòu)圖

2 間隙產(chǎn)生的影響

由于上述的情況的發(fā)生，磨礦機端蓋相對與筒體法蘭產(chǎn)生的偏斜，經(jīng)過測量，偏斜量最大可達到10mm，最小也有2mm左右。磨礦機端蓋與筒體法蘭之間有如此大的偏斜會對磨礦機的正常運行產(chǎn)生較大影響。

2.1 影響大小齒輪嚙合狀況

如果端蓋法蘭相對與筒體法蘭的偏斜量達到10 mm，通過計算可得知大齒圈的端面跳動值為14.8mm，這個數(shù)值大大超出了標準規(guī)定的1.5mm范圍，影響了大小齒輪的正常嚙合，從而引起磨礦機不規(guī)則振動，發(fā)出異常噪音，時間過久還會導(dǎo)致小齒輪基礎(chǔ)松動，影響磨礦機正常運行和工作。在嚴重時，甚至?xí)斐尚↓X輪軸面上的軸向壓比不均勻，導(dǎo)致齒輪斷裂。

2.2 影響聯(lián)接螺栓的緊固

大齒圈、端蓋和筒體法蘭分別由2組各16顆M30×200螺栓聯(lián)接固定在一起，另外由3顆M38×230精密定位螺栓進行定位，如圖2所示。以下以普通螺栓M30×210為例論述該螺栓在鋼球碎片干涉下產(chǎn)生偏斜以后的各項力學(xué)特征。首先計算螺栓的拉長是否在彈性變形范圍內(nèi)。

圖2 端蓋正視圖

根據(jù)胡克定律，普通螺栓在規(guī)定的極限預(yù)緊力F0作用下，彈性最大伸長量為：

A為光桿橫截面積，mm2

E為彈性模量，210×103N/mm2

L為螺栓受拉長度，160mm

可得到△L燮0.18mm。

而在實際中，端蓋與筒體間隙狹塞鋼球碎片后，螺栓伸長量從2mm到10mm不等，均超出螺栓彈性最大伸長量△L=0.18mm，即超出彈性變形范圍。

再看螺栓是否超出塑性變形極限。螺栓材質(zhì)為Q235，Q235鋼的延伸率 δ在25%～27%之間，那么，L=160mm的螺栓塑性伸長極限尺寸為160×（25%～27%）=（40～43）mm，螺栓實際伸長量小于塑性伸長極限伸長量。

所以，普通聯(lián)接螺栓在鋼球碎片干涉下，長期在塑性變形狀態(tài)下運行，雖然沒有出現(xiàn)由于超過塑性變形極限而出現(xiàn)斷裂的情況，但因出現(xiàn)塑性屈服而產(chǎn)生永久性變形。另外，因磨礦機運轉(zhuǎn)強烈振動的特點，螺栓在循環(huán)脈動載荷的反復(fù)作用下，將產(chǎn)生疲勞失效，主要表現(xiàn)為軸向伸長，螺扣畸變，螺桿扭曲甚至斷裂，從而失去對大齒圈的應(yīng)有預(yù)緊力，導(dǎo)致大齒圈、端蓋和筒體法蘭三者的聯(lián)接剛度大大降低，加劇了磨礦機振動，這種情況在磨礦機實際修理過程中經(jīng)常遇到。

2.3 其他影響

除了上述兩種直接不良后果外，還有一些可能產(chǎn)生的間接影響，比如：大齒圈的齒形變化，側(cè)向間隙不均勻，大小齒輪嚙合部位不一致，襯板間隙過大，筒體支撐波司座合金面持續(xù)發(fā)熱引起的物理和化學(xué)性能的不利影響等。

3 防治措施

由于磨礦機端蓋法蘭與筒體法蘭之間出現(xiàn)間隙會導(dǎo)致磨礦機產(chǎn)生種種不良后果，如何消除間隙，成為企業(yè)重點關(guān)注的問題。根據(jù)以上筒體和端蓋之間出現(xiàn)間隙的機理可知，消除新舊部件安裝時，由于配合問題產(chǎn)生的間隙是解決的關(guān)鍵點。根據(jù)實踐操作可得到以下的解決方案：

（1）如果是使用舊筒體和新端蓋來重新組裝一臺新磨礦機時，在安裝調(diào)校好端蓋和筒體法蘭后，可在筒體法蘭內(nèi)延與端蓋聯(lián)接處加一圈直徑為6～8mm的圓鋼錘扁后形成的扁鋼片，焊接在端蓋和筒體聯(lián)接處上，這樣就可以有效的阻擋鋼球碎片鍥入到間隙中了。實踐證明，這個方法是行之有效的。

（2）還有一個預(yù)防措施是：在新磨安裝完畢運轉(zhuǎn)一段時間后，停磨對大齒圈、端蓋、筒體法蘭的各個聯(lián)接螺栓進行重新加固預(yù)緊，也可起到一定作用。

4 結(jié)束語

隨著選礦技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)效率的不斷提高，以及工藝流程的不斷改進，對于選礦設(shè)備來說，如何減少備件的消耗，減少停機檢修率，延長設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備的作業(yè)率，降低選礦作業(yè)成本，己經(jīng)成為廣大選礦設(shè)備管理人員、工程技術(shù)人員探索研究的一個重要課題。作為選礦工藝中最主要的主體設(shè)備之一，球磨機的技術(shù)性能直接影響著整個工藝流程中的各個環(huán)節(jié)。本文分析了磨礦機端蓋法蘭與筒體法蘭之間間隙產(chǎn)生的機理及產(chǎn)生的影響。并根據(jù)產(chǎn)生的機理給出了解決方案，有助于企業(yè)生產(chǎn)效率的提高。

[1]趙 敏，盧亞平，潘英民.粉碎理論與粉碎設(shè)備發(fā)展評述[J].礦冶，2001，10(2):36—41.

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[5]于金吾，李 安.現(xiàn)代礦山選礦新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備與強制性標準規(guī)范全書[M].北京：當(dāng)代中國音像出版社，2003.

[6]陸冠偉，王士源，肖家驊.選礦設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

[7]應(yīng)靈靈.球磨機介質(zhì)運動規(guī)律的實驗研究[D].昆明:昆明理工大學(xué)，2009.

End Cover of Ball Mill and Iits Influence Mechanism Analysis of Gap

ZHOU Feng1，LI Yan-zhou2，LI Shao-min1，LI NGQi-mu1
(1.Guangxi Tin Group Limited by Share Ltd car river ore dressing plant，Nandan Guangxi547204，China；2.College of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning530004，China)

According to the ball mill end cover and the cylinder flange clearance between the fault phenomenon,first introduced in the production process of the formation of the mechanism,and based on the analysis of the gap.The mill running status impacts,including the size of gear meshing,bolts etc..Finally we give a summary of the elimination clearance processing method.

ball mill steel ball fragments；bolts；plastic deformation；stableoperation

TD453

B

1672-545X（2013）01-0157-03

2012-10-07

廣西理工科學(xué)實驗中心重點項目——非線性共振式與耦合共振式振動時效新方法及其機理研究（DD010035）；南寧市科技局科技攻關(guān)與新產(chǎn)品試制項目——基于頻譜振動的SHP2104型軋輥專用時效儀研制與開發(fā)（201102091G）；廣西大學(xué)科研基金——內(nèi)燃機軸系耦合動態(tài)性能研究（X081032）

周 峰（1978—），男，廣西環(huán)江人，機械工程師，主要從事設(shè)備管理工作。