一種振動(dòng)磨機(jī)的設(shè)計(jì)

孫佳寶

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)磨機(jī)的需求不斷增長(zhǎng)，振動(dòng)磨機(jī)的制造技術(shù)不斷提高。近些年，單筒、雙筒和三筒式等一系列新型磨機(jī)得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的滾筒式球磨機(jī)相比，振動(dòng)磨機(jī)生產(chǎn)效率高，能量消耗大，通過(guò)粉磨介質(zhì)的高頻振動(dòng)使被加工物料達(dá)到加工要求[1]。

在大多數(shù)情況下，振動(dòng)是無(wú)益且對(duì)機(jī)械產(chǎn)生不良影響的破壞因素，所以通常要避免其發(fā)生。另一方面，振動(dòng)被用于生產(chǎn)加工中，近幾十年來(lái)，振動(dòng)理論及產(chǎn)品得到高速發(fā)展。振動(dòng)磨機(jī)非常適合于巖石礦物組織的分析研究，是目前礦產(chǎn)試樣加工行業(yè)廣泛使用的細(xì)粉與超細(xì)微粉加工設(shè)備之一。振動(dòng)磨機(jī)具有生產(chǎn)成本低、加工工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、產(chǎn)品粒度均勻和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)[2～3]，廣泛應(yīng)用非金屬磨礦、選礦、冶金、化工、建材及食品等領(lǐng)域[4]。

1 振動(dòng)磨機(jī)設(shè)計(jì)要求

1.1 粉碎流程和工作原理

振動(dòng)磨機(jī)物料粉碎流程 將物料放入磨機(jī)的筒體內(nèi)；磨機(jī)產(chǎn)生高頻振動(dòng)使物料與介質(zhì)之間碰撞、擠壓，將物料粉碎；物料通過(guò)格柵篩后，從出料口排出[5]（見(jiàn)圖1）。

圖1 物料粉碎流程

振動(dòng)磨機(jī)的工作原理 電源接通后，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或皮帶輪傳動(dòng)激振器中的偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生周期性的激振力。在激振力作用下，支承筒體的彈簧產(chǎn)生高頻振動(dòng)，筒體里的磨介和物料將產(chǎn)生三種運(yùn)動(dòng)：（1） 慢速公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將物料與磨介混合均勻；（2） 高速同向自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)磨介研磨物料； （3）劇烈拋射運(yùn)動(dòng)，將大塊物料粉碎。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

筒數(shù) T=2

筒體總?cè)莘e V=500 L

振動(dòng)加速度 K= 6～（ ）8 g

入磨粒度 d≤5 mm

粉磨方式 干式粉磨

振動(dòng)方式 螺旋彈簧振動(dòng)

2 設(shè)計(jì)方案的確定

2.1 振動(dòng)磨機(jī)的主要參數(shù)

（1） 振動(dòng)強(qiáng)度

由G=ω2·A 可知，振強(qiáng)G 由振頻ω 和振幅A決定。其中，振幅A 取決于激振力的大小。G 的大小和效率一般成正比例關(guān)系。當(dāng)G 值一定時(shí)，ω值和A 值與原料的粒度和產(chǎn)品的細(xì)度之間存在一定關(guān)系：當(dāng)待破碎物料尺寸較大時(shí)，應(yīng)選擇比較大的A 值和較小的ω 值。

（2） 粉磨介質(zhì)填充率

若要得到理想的加工效果，應(yīng)提高磨介的數(shù)量和表面積，通常采用調(diào)節(jié)磨介填充率和磨介配比的方法。H.E.羅斯的研究表明：磨介填充率一般可以在60%～85%范圍內(nèi)選擇（見(jiàn)圖2），粗磨時(shí)選擇較小值，細(xì)磨時(shí)選擇較大值[6]。

圖2 磨介質(zhì)充率和粉磨效率的關(guān)系

2.2 振動(dòng)磨機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

振動(dòng)磨機(jī)的基座通過(guò)地腳螺栓固定在地面上，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與主軸1 相連接，主軸1 和主軸2上各安裝兩個(gè)相同的偏心塊，主軸和偏心塊采取鍵連接。主軸1 通過(guò)十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器同主軸2 連接。兩主軸共安裝有4 個(gè)軸承，軸承安裝在軸盒中，軸盒焊接在兩個(gè)支撐板之間。每個(gè)偏心塊都設(shè)有防塵罩，用螺栓安裝在支撐板上。

筒體布置方式分臥式和立式兩種，臥式筒體并列布置，立式筒體上下布置。本文設(shè)計(jì)的振動(dòng)磨機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）。筒體立式布置的優(yōu)點(diǎn)：（1） 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積?。唬?） 功耗低，產(chǎn)量高；（3） 工作流程簡(jiǎn)單，操作便捷。

圖3 振動(dòng)粉磨機(jī)整體結(jié)構(gòu)

3 主要零部件設(shè)計(jì)及選擇

3.1 筒體設(shè)計(jì)

筒體是不可換零件，選用材料既要保證工作的安全性與可靠性，又要確保使用壽命滿足設(shè)計(jì)要求。

由于筒壁內(nèi)應(yīng)力是磨機(jī)工作中產(chǎn)生裂縫的主要原因。因此，在筒體焊接后必須進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

圖4 筒體設(shè)計(jì)

3.2 激振器偏心塊設(shè)計(jì)

偏心塊是激振器的關(guān)鍵部件。在振動(dòng)磨機(jī)上布置有兩個(gè)相同的激振器，每個(gè)激振器設(shè)有兩個(gè)偏心塊，在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承擔(dān)相同的載荷。磨機(jī)的主軸通過(guò)鍵與偏心塊連接，帶動(dòng)偏心塊旋轉(zhuǎn)，提供粉碎物料的激振力。

偏心塊采用同種材質(zhì)制成，面積和形狀確定，所以偏心距可以確定。每個(gè)偏心塊由兩個(gè)軸承支撐，故用Q235-A 即可滿足使用要求。

筆者在偏心塊上布置10 個(gè)螺栓孔，通過(guò)添加配重材料調(diào)節(jié)偏心塊質(zhì)量，以便控制激振力的大小，調(diào)節(jié)激振頻率（見(jiàn)圖5）。

圖5 偏心塊設(shè)計(jì)

3.3 粉磨介質(zhì)選擇

粉磨的介質(zhì)設(shè)計(jì)要素包括：材料、幾何形狀、配比、沖擊力等，磨介材料的選擇取決于物料的化學(xué)性能[7]。磨介較常見(jiàn)的幾何形狀有短圓形，圓柱形，球形，棒狀形等。在超細(xì)和精細(xì)粉磨加工中通常選用粉磨效率高的球形磨介。磨介的球徑與配比是關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)盡量選擇磨介表面積大的磨介。磨介的密度越大，對(duì)物料的沖擊力也越大，粉磨效率越高。磨介硬度通常比物料大3 倍以上，此外，還要保證磨介與物料易分離和環(huán)保（見(jiàn)表1）。

表1 磨介的選擇

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的雙筒振動(dòng)粉磨機(jī)屬于偏心式振動(dòng)磨機(jī)，由偏心塊使粉磨機(jī)筒體產(chǎn)生橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠大大提高筒體內(nèi)物料和磨介的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，將能量低區(qū)域的物料快速轉(zhuǎn)移到高能區(qū)域，改善磨腔內(nèi)部的能量分布。

本文磨機(jī)激振器可以通過(guò)兩個(gè)方向?qū)⒛芰總鬟f給物料和磨介，而且本磨機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性與傳統(tǒng)磨機(jī)相同。這樣既增加能量的輸入，又克服傳統(tǒng)磨機(jī)存在中心低能量區(qū)的缺點(diǎn)，提升粉磨效率。此外，由于振動(dòng)強(qiáng)度的降低減小對(duì)系統(tǒng)彈簧和軸承等的沖擊，提高設(shè)備的使用壽命及可靠性，降低噪聲污染。