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1、概述
    球磨機大型化是技術(shù)發(fā)展的方向，直徑中4m以上的球磨機，一般稱作大型球磨機。80年以來，中信重型機械公司通過與國外著名公司合作（技術(shù)引進和合作制造），自行設(shè)計制造和成套供貨并出口國外，使大型球磨機的設(shè)計制造和成套能力達到一個新水平。近幾年制造并已投產(chǎn)的球磨機中，∮5.5mx8.5m溢流型球磨機4臺是與美國Fuller公司合作制造，用于江西德興銅礦，是日前國內(nèi)最大規(guī)格的球磨機。∮5.03mx6.4m溢流型球磨機3臺是由本公司總承包，成套設(shè)計制造和供貨（部分關(guān)鍵部件進口），用于巴基斯坦山達克銅礦。最近，公司又為贊比亞謙比希銅礦制造了∮4.27mx6.lm溢流型球磨機2臺，已成功投入使用。2003年又為安徽銅陵銅都銅業(yè)公司制造了中5.03mx8.3m溢流型球磨機2臺、中4mx6.7m溢流型球磨機2臺。
2、技術(shù)參數(shù)
    球磨機分干式和濕式、格子型和溢流型、開路和閉路等不同類型，處理物料的性質(zhì)和人料出料粒度各異，因此其結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)都會有所變化，根據(jù)經(jīng)驗，可按表I公式初步估算球磨機技術(shù)參數(shù)。
3、結(jié)構(gòu)特點
    以∮5.03mx6.4m球磨機為倒，分析球磨機的結(jié)構(gòu)特點。、
3.1簡體部件
    (1)筒體由鋼板焊接而成，為便于運輸，長度方向分為兩段，為保證鑄造質(zhì)量，鑄鋼的端蓋和空心軸也是兩件（中小型球磨機為整體），靠法蘭止口定位，用高強度螺栓（配液壓扭矩搬手）將它們聯(lián)接成一個整體，由于加工過程中嚴格控制加工精度，保證了兩端空心軸的同心度。
    (2)簡體是球磨機關(guān)鍵部件，對其強度和剛度進行了計算機有限元分析，按照應(yīng)力分布狀況，確定合理的壁厚，確定剖分部位和人孔位置，避開應(yīng)力高峰區(qū)，對于應(yīng)力集中區(qū)采取加強措施，使結(jié)構(gòu)緊湊、合理、制造方便。
    (3)單個簡體包括兩端法蘭，最大為∮5500mmx3 300mm，重29t．法蘭采用I．型結(jié)構(gòu)，使焊縫避開應(yīng)力高峰區(qū)。
    (4)大型球磨機襯板應(yīng)該具有耐磨、使用壽命長及良好磨礦性能，日前多采用波形金屬襯板。
    波形襯板有單波及雙波形兩種，對于中、小型磨機用于一段磨礦，多采用單波形襯板。但是大型球磨機實踐汪明，不管是銅礦石、鐵礦石，也不管用于一段或二段，多采用雙波形襯板。襯板采用新研制的低合金耐磨材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)高錳鋼，延長了使用壽命。
3.2主軸承部件
    大型球磨機的軸承系統(tǒng)應(yīng)能永受巨大的負載，其設(shè)計應(yīng)遵循下列準則：無故障壽命運轉(zhuǎn)；低維護要求；易調(diào)整；易檢查與監(jiān)控。
    主軸承采用高低壓滑動軸承（或稱靜動壓軸承），配置高低壓潤滑裝置。磨機啟動和停車時，高壓（靜壓）舉升，正常運轉(zhuǎn)時，低壓（動壓）工作，高低壓自動切換，磨機在任何工況下，中空軸軸頸和軸瓦間都保持0.1—0.2mm油膜，使轉(zhuǎn)動部件(包括鋼球和物料、總重約550t)運轉(zhuǎn)平衡，軸承工作正常。油腔尺寸和油流參數(shù)（壓力、流量、油膜厚度等）由專用計算程序汁算和設(shè)計。嚴格控制中空軸和軸瓦的加工精度，裝配時不刮瓦，確保靜壓油膜的形成和節(jié)省裝配工作量。
    軸瓦而為巴氏合金，下埋冷卻水管，通水冷卻。中空軸溫度，由RTD金屬溫度檢測器直接測量，數(shù)據(jù)準確，與電控系統(tǒng)聯(lián)鎖，有效防止軸瓦過熱引起燒瓦事故。兩個軸承，一側(cè)固定，一側(cè)游動，軸瓦和瓦座的支承面采用新結(jié)構(gòu)，軸瓦腰鼓面，瓦座圓柱面，工作時呈窄帶狀接觸面，加工簡便，工作可靠（傳統(tǒng)球面結(jié)構(gòu)，制造復(fù)雜，一旦缺油調(diào)心性能差）。因此，簡體由于溫度、載荷變化、安裝誤差等引起的變形（伸縮和彎曲）軸承能自動調(diào)正，保證工作rE常。扁寬型軸瓦結(jié)構(gòu)，安裝檢修方便，只需用于斤頂將簡體頂起10mm，即可將軸瓦從一側(cè)抽出。
    該裝置可提供非�？煽康臐櫥�，且保證軸承運轉(zhuǎn)的安全性，在供電突然停止時，它們能提供臨時的動壓潤滑，還備有手動高壓油泵，在緊急情況下可人工臨時浮動。
3.3傳動部件
    驅(qū)動大型球磨機沒備需滿足下列要求，同時還應(yīng)考慮投資成本以及特殊操作條件下各種速度的選擇方案。高操作可靠性；高效率；低維護要求；低投資成本。
    球磨機采用開式齒輪邊緣驅(qū)動，大齒輪和簡體連接，小齒輪通常有兩種傳動型式。低速同步電動機直接傳動或異步電動機經(jīng)減速器傳動。前者為避免同步電動機啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，一般要配置空氣離合器，實現(xiàn)分階段啟動。后者結(jié)構(gòu)稍為復(fù)雜，一般采用平行軸硬齒面減速器（也可采用行星減速器），投資略低于前者，兩者各有其優(yōu)缺點。
    大、小齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸和嚙合參數(shù)、齒輪按最新的ACMA2001標準設(shè)計每個細節(jié)，進行計算機優(yōu)化設(shè)計。大齒輪、小齒輪為球磨機的關(guān)鍵件，按美國AGMA6004強度計算標準設(shè)計大、小齒輪。保證實際接觸強度服務(wù)系數(shù)Sn>1.5，實際彎曲強度服務(wù)系數(shù)Sr>2.25，選用最佳的材質(zhì)和成熟的熱處理加工藝，確保齒輪嚙合精度和使用壽命。設(shè)計選用斜齒輪，增加嚙合平穩(wěn)性和使用壽命。大齒輪材料選用Cr-Ni-Mo合金鋼，小齒輪選用低碳Cr-Ni-Mo合金鍛鋼，采用滲碳淬火+磨齒工藝，齒面硬度HRC57-61，精度等級7級。確保小齒輪使用壽命至少5年�？蓽p少用戶更換備件的費用和停機檢修時間，達到零庫存的目標。
    大小齒輪采用噴霧潤滑裝置。壓氣將瀝青齒輪油霧化，定時定量噴射至嚙合表面。小齒輪軸的滾動軸承，采用稀油潤滑裝置（一般球磨機為干油潤滑）。齒輪罩采用半封閉八角形結(jié)構(gòu)+剛性大、造型美觀、防塵性能好。
3.4配套部件
    (1)主電機采用無刷勵磁低速同步機，為加拿大通用電氣公司(CCE)產(chǎn)品。低速同步機簡化傳動系統(tǒng)，改善電網(wǎng)功率因素，無刷勵磁提高了電機的可靠性。按巴基斯坦山達克銅礦地理氣侯條件，修改了電機某些參數(shù)（溫度、過載系數(shù)、控制參數(shù)等）．使保護措施更加完善。轉(zhuǎn)子采用長軸式，定子就地橫移，不必吊起，即可檢修，操作簡便。
    (2)與主電機配套的高壓啟動器（高壓柜），配有269多功能繼電器。設(shè)有：縱聯(lián)差動、過載、單相接地、低電壓、非同期沖擊、失步、欠勵、定子繞組過熱、軸承過熱故障等十多項保護。
    (3)空氣離合器及配氣裝置，若沒有空氣離合器，球磨機直接啟動，同步電機的啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.7倍，啟動電流為額定電流的7倍，對電網(wǎng)沖擊很大。本磨機采用空氣離含器，實現(xiàn)分段啟動，啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的0.4倍，啟動電流為額定電流的4倍，大大減少電網(wǎng)的電壓降和機械損傷。正常運轉(zhuǎn)還能起到超負載保護作用。
    (4)主軸承高低壓潤滑裝置、小齒輪軸承潤滑裝置、大小齒輪噴霧潤滑裝置以及機旁控制柜，這些裝置具有下列功能：與主電機、空氣離合器電氣連鎖，啟動、停車時間自動控制，溫度、壓力、流量自動控制，故障聲光報警等。
    (5)必須配備微拖動裝置、千斤頂裝置、襯板機械手等輔助設(shè)備。這是縮短維修時間，提高磨機運轉(zhuǎn)率，發(fā)揮大型球磨機磨礦回路效率及經(jīng)濟效益的必要措施。
    微拖動裝置用于磨機更換襯板和檢修時慢速轉(zhuǎn)動及長期停車后先行慢速轉(zhuǎn)動，松動鋼球與礦漿的固結(jié)狀態(tài)，保證主電機安全啟動。微拖動裝置可以數(shù)臺磨機共用一套。微拖動時簡體轉(zhuǎn)速在O.I~0.2r/min，不宜更高。
    襯板機械手用于搬運襯板進入磨機及在磨機內(nèi)部拆卸與安裝襯板。由于大型球磨機襯板多、重量大，采用襯板機械手可以大大縮短更換時間和節(jié)省勞動力。
    液壓千斤頂裝置用于磨機主軸承、中空軸檢修，頂起磨機筒體。慢速轉(zhuǎn)動，消除鋼球偏載，松動鋼球與礦漿固結(jié)，保證安全啟動，避免空氣離合器過載，起到保護作用。
3.5控制系統(tǒng)
    (1)球磨機各控制單元（主電機、空氣離合器、各潤滑裝置、配氣裝置等）在工作現(xiàn)場都設(shè)有機旁控制柜，并與主控室的集中控制柜相連接，在主控室有“集中”、“就地”、“停止”三個位置的選擇開關(guān)，實現(xiàn)主控室“集中”和工作現(xiàn)場“就地”兩種控制制度，并有光字牌顯示。
    (2)系統(tǒng)對控制單元的多項參數(shù)進行檢測、顯示、連鎖、保護和控制。包括：主電機的電壓、電流、功率、功率因素、溫度；空氣離合器的氣壓、動作時間；各潤滑裝置的油壓、油流、油位、油溫、泵電機電壓、電流；主軸承、小齒輪軸承的溫度等。實現(xiàn)球磨機的順序啟動和停車，生產(chǎn)過程控制和安全保護。
    (3)在主控室，可與粉磨系統(tǒng)的其它設(shè)備如各給礦機、膠帶運輸機等方便地進行選擇和組合。
    (4)在主控室，有各種啟動條件和控制回路正常的指示信號。實行“詢問”和“現(xiàn)場允許”工作制。在工作現(xiàn)場設(shè)置能可靠切斷控制回路的“允許”、“不允許”開關(guān)，且為“切斷優(yōu)先”。在設(shè)備和系統(tǒng)啟動之前，先發(fā)3—8秒（可設(shè)定）的音響信號，然后啟動。這些措施確保球磨機工作安全可靠，
4、質(zhì)量保證措施
    為保證球磨機質(zhì)量，進行下列檢測和測定。
    (1)簡體：簡體鋼板和焊接材料的檢驗；制造前鋼板100%超聲波探傷；所有焊縫磁粉和超聲波探傷結(jié)構(gòu)的焊接圖要指明哪些焊接需有資格的焊工完成；按圖檢查尺寸；所有圓周形法蘭表面要用超聲波檢查，并記錄檢查結(jié)果。
    (2)帶中空軸的端蓋：對每個鑄件毛坯進行超聲波檢查，機械性能分析、化學(xué)性能分析、顯微結(jié)構(gòu)分析、磁粉檢查；加工后最終超聲波檢查；按圖檢查尺寸。
    (3)齒圈：對鑄件毛坯的超聲波檢查、鑄件的顯微結(jié)構(gòu)檢查、鑄件的機械性能檢查、鑄件的化學(xué)性能檢查；加工齒后的磁粉檢查；齒面的硬度檢查；按圖檢查尺寸；齒形檢查（周節(jié)距，齒形公差）；與小齒輪嚙合試驗。
    (4)小齒輪：鍛件材料化學(xué)性能和機械性能分析結(jié)果；鍛件加工齒面之前的超聲波檢查；加工齒面之后磁粉檢查；按圖檢查尺寸；齒形檢查（周節(jié)、齒形公差）；與齒圈嚙合試驗。
    (5)動靜壓主軸承、軸承座、給料溜槽小車、安裝底架、基礎(chǔ)板：材料證書、提交焊接工藝和質(zhì)量合格證書；所有焊縫10%磁粉和超聲波探傷；按圖檢查尺寸。
5、特大件的運輸
    大型球磨機的簡體特大件，運輸成為關(guān)鍵之一，近年來隨著產(chǎn)品大型化，特大件增多，除了鐵路特種車運輸外，采用公路運輸或水陸聯(lián)運，事先對沿途橋梁、立交橋、涵洞進行實地考察，由專用拖車將特大件成功地運往全國各地及上海、天津港出口國外。例如中5,5mx8.5m球磨機4臺運往、江西德興銅礦(最大件中5.9mx2,9m．重33t)、∮5.03mx6.4m球磨機3臺運往巴基斯坦(最大件∮5.5mx3.3m，重29t)。
6、安裝調(diào)試
    球磨機出廠前在廠內(nèi)總裝和空負荷試車，檢查齒輪嚙合、軸承溫度、軸承浮升量等，完全達到設(shè)計要求，保證在現(xiàn)場安裝后，一次試車成功。
    以巴基斯坦∮5.03mx6.4m球磨機為例，按合同要求，本公司派有經(jīng)驗的技術(shù)專家赴巴基斯坦現(xiàn)場，進行安裝和調(diào)試的技術(shù)指導(dǎo)和服務(wù)。
    球磨機于1995年7月進行80小時100%負荷試車和72小時達標考核。產(chǎn)量平均每臺185.5t/h(要求產(chǎn)量174t/h)，為考核最大處理能力，還進行了6小時210t/h運行試驗。主電機工作正常(實際功率2 450~2 480kW)，空氣離合器工作正常（抱合時間5~6秒），主軸承、小齒輪軸承、主電機軸承和定子的溫度都低于許用值（室溫38qC，主軸承溫度≤43qC，小齒輪軸承溫度≤60qC，主電機軸承溫度s57C，主電機定子溫度≤85℃，球磨機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各潤滑裝置、電氣控制系統(tǒng)工作正常，經(jīng)驗收認為球磨機達到設(shè)計指標。
7、結(jié)語
    公司具有設(shè)計制造和成套大型球磨機(∮4m—中6m級，特別是中5m左右球磨機)的能力和經(jīng)驗，大型球磨機制造難度大、周期長，但由于采取有力措施，都按合同要求，及時交貨。在質(zhì)量、價格、交貨期、服務(wù)等方面部獲得用戶好評。對于更大規(guī)格的球磨機，經(jīng)過努力，如結(jié)構(gòu)改進、設(shè)備改造、特殊配套件研制或進口及與國外公司合作等，也可以提供更大規(guī)格的球磨機（本公司曾制造過類似結(jié)構(gòu)的大型產(chǎn)品，如冬瓜山工程與國外公司合作制造直徑∮8.53mx3.96m的礦用半自磨機等）。公司正以此為目標，使大型球磨機的設(shè)計、制造、成套水平再上一層樓。