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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
課 題 名 稱： 自磨機(jī)
專 業(yè) 班 級(jí)：
學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)：
起迄日期：
指導(dǎo)教師：
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)自磨機(jī)的設(shè)計(jì)。在這里主要包括:傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝夾部位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、筒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 自磨機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 自磨機(jī)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 自磨機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：自磨機(jī)，電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置
II
ABSTRACT
緒 論
1.1 自磨機(jī)定義
自磨機(jī)又稱無(wú)介質(zhì)磨礦機(jī)，其工作原理與自磨機(jī)基本相同，不同的是它的筒體直徑更大，不用球或任何其他粉磨介質(zhì)，而是利用筒體內(nèi)被粉碎物料本身作為介質(zhì)，在筒體內(nèi)連續(xù)不斷地沖擊和相互磨剝以達(dá)到粉磨的目的。有時(shí)為了提高處理能力，也可加入少量鋼球，通常只占自磨機(jī)有效容積的2-3%。 自磨機(jī)的最大特點(diǎn)是可以將來(lái)自采場(chǎng)的原礦或經(jīng)過(guò)粗碎的礦石等直接給入磨機(jī)。通常礦物按一定粒級(jí)配比給入磨機(jī)棒磨。自磨機(jī)可將物料一次磨碎到-0.074mm其含量占產(chǎn)品總量的20%～50%以上。粉碎比可達(dá)4000～5000、比球、棒磨機(jī)高十幾倍。自磨機(jī)是一種兼有破碎和粉磨兩種功能的新型磨礦設(shè)備。它利用被磨物料自身為介質(zhì)，通過(guò)相互的沖擊和磨削作用實(shí)現(xiàn)粉碎，自磨機(jī)因此而得名。自磨機(jī)還被叫做無(wú)介質(zhì)磨機(jī)。
1.2 自磨機(jī)分類
按磨礦工藝方法不同，自磨機(jī)可分為干式(氣落式)和濕式(瀉落式)兩種。目前我國(guó)廣泛使用的是濕式自磨機(jī)。
自磨機(jī)有變速和不同功率定轉(zhuǎn)速兩種拖動(dòng)方式，有的自磨機(jī)還配備有微動(dòng)裝置。為便于維修配備有筒體頂起裝置；對(duì)于大型磨機(jī)，為消除啟動(dòng)時(shí)的靜阻力矩，采用了靜壓軸承等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，以確保自磨機(jī)能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
干式自磨機(jī)特點(diǎn)
①中空軸頸短，筒體短，這樣可以使物料容易給入和易于分級(jí)，縮短物料在磨礦機(jī)中滯留時(shí)間，因而生產(chǎn)能力高；
?、诙松w和筒體垂直，并裝有雙凹凸波峰狀襯板（或稱換向襯板），其作用除保護(hù)端蓋外，還可以防止物料產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，即物料落到一襯板的波峰后，可以被反彈到另一方，使之增加與下落的物料相互碰撞的機(jī)會(huì)，同時(shí)保證不同塊度的物料在筒體做均勻分布；
③筒體上鑲有丁字形襯板，成為提升板，其作用是將物料提升到一定高度后靠其自重落下，以加強(qiáng)沖擊破碎作用；
?、芙o料經(jīng)過(guò)進(jìn)料槽進(jìn)入自磨機(jī)，被破碎后的物料則隨風(fēng)機(jī)氣流從自磨機(jī)中排出，再進(jìn)入相應(yīng)的分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行分級(jí)，粗粒物料則又在排出過(guò)程中借助于自重返回自磨機(jī)中再磨；
?、葑阅C(jī)的筒體直徑很大，通常約為其長(zhǎng)度的三倍。
濕式自磨機(jī)特點(diǎn)
①端蓋與筒體不是垂直連接，端蓋襯板呈錐形；
?、谂诺V端側(cè)增加了排礦格子板，從格子板排出的物料又通過(guò)錐形筒篩，篩下物由排礦口排出，篩上物則經(jīng)螺旋自返裝置返回自磨機(jī)再磨，形成了自行閉路磨礦，可以進(jìn)一步控制排礦粒度，減少返礦量；
?、劢o礦側(cè)采用移動(dòng)式的給礦小車；
?、艽簖X輪固定在排礦端的中空軸頸上。濕式自磨機(jī)的其他部分構(gòu)造和干式自磨機(jī)大致相同。
超細(xì)層壓自磨機(jī)
超細(xì)層壓自磨機(jī)是當(dāng)下最為著名的一種高效節(jié)能的自磨機(jī)。也是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的一種自磨機(jī)。
1臺(tái)超細(xì)層壓自磨機(jī)=破碎篩分系統(tǒng)+1/2 磨礦分級(jí)系統(tǒng)
超細(xì)層壓自磨機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了“多碎少磨”，采用超細(xì)層壓自磨機(jī)后，綜合效益顯著：省略了中細(xì)碎篩分廠房和設(shè)備，省略了除塵 機(jī)組，以一座大于1500噸/日的選礦廠為例，可節(jié)省投資200-1000萬(wàn)元以上，節(jié)能20-30%，是名副其實(shí)的無(wú)粉塵式的破碎磨礦節(jié)能環(huán)保型選礦工藝。
自磨機(jī)可以處理任何性質(zhì)的礦石，尤其是在粉碎石棉、鐵礦、銅礦、石灰石、金礦、錳礦等物料時(shí)效果更好。自磨機(jī)的最大特點(diǎn)是粉碎比大，其給礦一般為300-400毫米（特殊情況可大至910毫米），經(jīng)自磨后可一次磨碎到產(chǎn)品粒度為0.1毫米以下。粉碎比可達(dá)3000-4000，比自磨機(jī)或棒磨機(jī)的粉碎比要大十幾倍到幾十倍。正是由于這個(gè)最大特點(diǎn)，使自磨技術(shù)具有以下主要優(yōu)越性：
?、倏蓽p少破碎，粉磨和運(yùn)輸設(shè)備，減化工藝流程，占地面積小，基建投資少；
?、诠?jié)約粉磨介質(zhì)消耗，降低電耗量，減少操作人員，減少設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用；
?、凼褂梅秶鷱V，不受礦石種類的限制；
?、艿V石自磨，選擇性粉碎作用強(qiáng)，過(guò)粉碎現(xiàn)象少，因此容易選別，有利于改善選礦指標(biāo)，提高精礦品位和回收率。
按粉碎工藝流程和是否加球，自磨磨礦可以分為三種基本類型：
①完全自磨，即將采自礦山的原礦不經(jīng)破碎或基本不經(jīng)破碎直接給入自磨機(jī)，在沒(méi)有其他粉碎設(shè)備的條件下，一次完成選礦工藝所要求的細(xì)度；
②局部自磨，即在自磨機(jī)前面或后面還裝設(shè)其他破碎或磨碎設(shè)備，自磨機(jī)只是整個(gè)粉碎工藝流程中的部分設(shè)備；
③有限自磨或不完全自磨，即自磨過(guò)程中加入少量的鋼球介質(zhì)，以提高磨礦效率。
按自磨機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和自磨方法不同，自磨機(jī)可以分成干式自磨機(jī)（又稱氣落型）和濕式自磨機(jī)（又稱瀑布型或?yàn)a落型）。
1.1 課題的來(lái)源、研究的意義及現(xiàn)狀分析
1.1.1 課題的來(lái)源
自磨機(jī)（Ball Grinding Mill）是一種傳統(tǒng)物料研磨裝置，至今已有一百多年的發(fā)展歷史。19 世紀(jì)初期出現(xiàn)了用途廣泛的自磨機(jī)，1870 年在自磨機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展出排料粒度均勻的棒磨機(jī)，1908 年又創(chuàng)制出不用研磨介質(zhì)的自磨機(jī)。20 世紀(jì) 30～50 年代，美國(guó)和德國(guó)相繼研制出輥碗磨煤機(jī)、輥盤磨煤機(jī)等立軸式中速磨煤機(jī)。自磨機(jī)作為將固體物料細(xì)化制粉的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫(yī)藥以及國(guó)防工業(yè)等部門，對(duì)各種礦石和其他可磨性物料進(jìn)行干式或濕式粉磨。尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門，磨礦作業(yè)更是具有十分重要的地位。近年來(lái)我國(guó)的房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，城市化建設(shè)進(jìn)程的加快也帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，其中一個(gè)突出的體現(xiàn)就是水泥制造業(yè)?？偛课挥谟?guó)的《International Cement Review》（國(guó)際水泥評(píng)論） 剛剛發(fā)布其最新的《Global Cement Report》（全球水泥報(bào)告），該報(bào)告覆蓋了160多個(gè)國(guó)家。報(bào)告指出，全球水泥消費(fèi)量2008年為28.3億t，2009年為29.98億t，2010年更是增至32.94億t，2012年全球水泥消費(fèi)量預(yù)計(jì)將達(dá)到38.59億t。中國(guó)目前在全球水泥數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中獨(dú)占鰲頭，2010年的消費(fèi)量為18.51億t，幾乎是2004年水平的兩倍，水泥消費(fèi)的旺盛增長(zhǎng)趨勢(shì)促進(jìn)了國(guó)內(nèi)對(duì)自磨機(jī)的需求量的增加。
由于自磨機(jī)的處理能力和球磨后的粒度對(duì)后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產(chǎn)流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響顯著，有關(guān)自磨機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)外一直受到廣泛的關(guān)注和高度重視。近幾年來(lái)，由于能源費(fèi)用的增長(zhǎng)和礦石品位的下降，降低建設(shè)投資和生產(chǎn)費(fèi)用是世界各國(guó)礦山工業(yè)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題，采用高效大型設(shè)備是現(xiàn)代選礦廠建設(shè)的主要傾向，自磨機(jī)的大型化已成為技術(shù)發(fā)展的方向。
1.1.2 課題研究的意義
隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)超細(xì)物料需求量的日益增加，對(duì)品質(zhì)要求的不斷提高,新的超細(xì)粉磨設(shè)備及新型粉磨工藝不斷出現(xiàn)。行星式自磨機(jī)在能耗、鋼耗和效率等方面比常規(guī)圓筒形自磨機(jī)更有優(yōu)勢(shì)。
90 年代以來(lái), 機(jī)械合金化法已成為制備新型復(fù)合材料的熱門課題?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn), MA 通過(guò)行星式高能自磨機(jī)的高能研磨作用, 可以引起材料原子尺度的結(jié)合與化學(xué)反應(yīng), 可以實(shí)現(xiàn)非晶質(zhì)化, 可以將金屬間化合物組元粉體固態(tài)下生成金屬間化合物, 可以使某些液態(tài)下并不互溶的體系實(shí)現(xiàn)較寬成分范圍的固溶; 另一方面,由于高能自磨機(jī)的強(qiáng)烈撞擊與研磨作用, 還可以制備出各種單質(zhì)元素的納米級(jí)粉體材料和金屬陶瓷納米材料等。
行星式高能自磨機(jī)之所以能成功地實(shí)現(xiàn)上述新型材料的制備, 主要取決于行星式高能自磨機(jī)的工作能力, 本文通過(guò)對(duì)行星式高能自磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析, 使人們能較深入地了解到行星式高能自磨機(jī)的工作原理, 這對(duì)于MA 的理論研究是有一定參考意義的。
1.1.3現(xiàn)狀的分析
常規(guī)自磨機(jī)中的球磨罐放置在水平的大盤上作行星運(yùn)動(dòng),磨球和磨料受公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)兩個(gè)水平方向離心力的作用,相互碰撞研磨產(chǎn)品。龔姚騰等研制的微型雙筒行星式自磨機(jī),磨筒自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力及磨筒與筒壁間的摩擦力使磨球與物料在筒內(nèi)產(chǎn)生互相沖擊、摩擦和上下翻滾等來(lái)磨碎物料；張克仁等研制的TCMJ一l型行星式超細(xì)自磨機(jī),采用 以搓揉方式為主的平動(dòng)式超細(xì)粉碎方法，實(shí)驗(yàn)表明,該機(jī)具有效率高、節(jié)能效果明顯和超細(xì)磨礦的良好性能；陳世柱等研制的行星式高能自磨機(jī)由于磨球?qū)Ψ垠w頻繁強(qiáng)烈地撞擊、碾壓及搓揉等作用,具有較大的慣性力,因而對(duì)粉體能產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊,其撞擊力隨著轉(zhuǎn)速的提高而成倍增加。
1.5國(guó)內(nèi)磨礦機(jī)加工機(jī)械設(shè)備現(xiàn)狀與發(fā)展
目前，國(guó)內(nèi)顆粒物加工設(shè)備有幾十種，但是與意大利等先進(jìn)設(shè)備相比，還存在很大差距。國(guó)內(nèi)少數(shù)大型顆粒物加工企業(yè)，近幾年從意大利引進(jìn)數(shù)控異型加工設(shè) 備，進(jìn)行復(fù)雜的顆粒物加工，進(jìn)口異型加工設(shè)備主要有顆粒物加工中心、臥式數(shù)控加工機(jī)床、立式數(shù)控加工機(jī)床、數(shù)控臺(tái)面加工機(jī)床等。顆粒物加工有許多工序， 即使是大企業(yè)，也是靠手工完成，特別是不規(guī)則形狀表面的磨拋光，基本上是靠手工完成。國(guó)產(chǎn)異型加工設(shè)備雖然有許多品種，但真正功能強(qiáng)的數(shù)控加工機(jī)床還沒(méi) 有。加工設(shè)備的發(fā)展空間較大，主要方向就是多維數(shù)控，顆粒物的設(shè)備磨拋光技術(shù)，各種復(fù)雜空間曲面的加工設(shè)備及刀具，可以借鑒金屬數(shù)控加工設(shè)備的 結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)，用于加工設(shè)備。顆粒物加工設(shè)備工藝較成熟，數(shù)控金剛石串珠繩鋸，數(shù)控水刀切割機(jī)，三維數(shù)控銑床等異型加工設(shè)備已經(jīng)成熟，并 廣泛應(yīng)用于加工。磨邊設(shè)備（特別是各種圓弧邊），近幾年不斷推向市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)了多頭連續(xù)磨削、磨 光，設(shè)備化水平不斷提高。
國(guó)內(nèi)自磨機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
從國(guó)外自磨機(jī)近年來(lái)的發(fā)展和在國(guó)內(nèi)顆粒物行業(yè)中的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)自磨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
1、自磨機(jī)向高效方面發(fā)展，如在鋸片數(shù)量上增加；
2、自磨機(jī)向自動(dòng)化方面發(fā)展，如數(shù)控技術(shù)在顆粒物加工設(shè)備的廣泛運(yùn)用；
3、自磨機(jī)向環(huán)境化發(fā)展，如金剛石串珠繩鋸，高壓水射流等環(huán)保加工設(shè)備的研制與應(yīng)用。
可以預(yù)見，隨著顆粒物加工技術(shù)及裝備的進(jìn)步，顆粒物加工企業(yè)將朝著工廠化、管理信息化、優(yōu)質(zhì)低耗的方向發(fā)展，而高效以及自動(dòng)化依然是自磨機(jī)發(fā)展的永恒主題！
2
3 自磨機(jī)的整體參數(shù)
3.1 自磨機(jī)的工作原理
自磨機(jī)的主要工作部分是一個(gè)裝在大型軸承上水平放置的回轉(zhuǎn)筒體，筒體用隔倉(cāng)板分為幾個(gè)倉(cāng)室，在各倉(cāng)內(nèi)裝有一定形狀和大小的研磨體。研磨體一般為鋼球、鋼段、鋼棒、卵石、礫石和瓷球等。為了防止筒體被磨損，在筒體內(nèi)壁裝有襯板。
當(dāng)磨機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，研磨體在離心力和與筒體內(nèi)壁的襯板面產(chǎn)生的摩擦力的作用下，貼附在筒體內(nèi)壁的襯板面上，隨筒體一起回轉(zhuǎn)，并被帶到一定高度，在重力作用下自由下落，下落時(shí)研磨體像拋射體一樣，沖擊底部的物料把物料擊碎。研磨體上升、下落的循環(huán)運(yùn)動(dòng)是周而復(fù)始的。此外，在磨機(jī)回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，研磨體還產(chǎn)生滑動(dòng)和滾動(dòng)，因而研磨體、襯板與物料之間發(fā)生研磨作用，使物料磨細(xì)。由于進(jìn)料端不斷喂入新物料，使進(jìn)料與出料端物料之間存在著能強(qiáng)制物料流動(dòng)，并且研磨體下落時(shí)沖擊物料產(chǎn)生軸向推力迫使物料流動(dòng)，另磨內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)也幫助物料流動(dòng)。因此，磨機(jī)筒體雖然是水平放置，但物料卻可以由進(jìn)料端緩慢流向出料端，完成粉磨作業(yè)。
自磨機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖
主軸承，主軸承全采用靜壓軸承用以支撐回轉(zhuǎn)體，在磨機(jī)工作時(shí)一直提供高壓油，
自動(dòng)進(jìn)行靜壓油膜補(bǔ)償，保持油膜厚度，從而使主軸瓦與中空軸頸不完全接觸，降低了啟動(dòng)載荷，減少了摩擦與沖擊，延長(zhǎng)壽命，提高磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率。在磨機(jī)停運(yùn)時(shí)，高
壓油將軸頸浮起，使軸瓦不被擦傷，延長(zhǎng)軸承使用壽命。 傳動(dòng)部，傳動(dòng)部包括大齒輪、小齒輪軸組、齒輪罩等，采用噴射潤(rùn)滑裝置潤(rùn)滑。 慢速驅(qū)動(dòng)裝置，慢速驅(qū)動(dòng)裝置有電機(jī)和行星減速器構(gòu)成。當(dāng)磨機(jī)安裝和維修時(shí)，慢速驅(qū)動(dòng)裝置可使磨機(jī)慢速驅(qū)動(dòng)，其好處在于：當(dāng)磨機(jī)停機(jī) 1 小時(shí)后，在筒內(nèi)的礦料、礦漿和磨球會(huì)凝結(jié)成大板塊，如果直接以正常速度啟動(dòng)，大板塊會(huì)砸在筒體上，致使襯板和筒體嚴(yán)重變形。 給礦裝置，通常采用小車給礦。小車用制動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以在軌道上自行移動(dòng)、即停即止。 半自磨機(jī)除了上述主要結(jié)構(gòu)外，還有一些輔助裝置?？諝怆x合器、液壓頂起裝置、機(jī)械手、防護(hù)罩等?？諝怆x合器用來(lái)實(shí)現(xiàn)分段啟動(dòng)，減少電網(wǎng)電壓降和機(jī)械損傷，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還能起到超負(fù)荷保護(hù)作用；液壓頂起裝置，該裝置在筒體下部，可將筒體頂起來(lái)進(jìn)行維修；機(jī)械手，操作人員可以用機(jī)械手來(lái)對(duì)襯板進(jìn)行更換，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率；防護(hù)罩，對(duì)開式齒輪起保護(hù)作用。
3.2 自磨機(jī)的主要參數(shù)計(jì)算
3.2.1 自磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速
當(dāng)磨機(jī)筒體的轉(zhuǎn)速達(dá)到摸某一數(shù)值時(shí)，研磨體產(chǎn)生的離心力等于它本身的重力，因而使研磨體升至脫離角=0°，即研磨體將緊貼附在筒體上，隨筒體一起回轉(zhuǎn)而不會(huì)降落下來(lái)，這個(gè)轉(zhuǎn)速就稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)研磨體處于極限位置時(shí)，脫離角=0°，將此值代入研磨體運(yùn)動(dòng)基本方程式，可得臨界轉(zhuǎn)速,由[11]
（3-1）
式中：——臨界轉(zhuǎn)速，r/min；
——筒體有效半徑，m；
——磨機(jī)筒體有效直徑, m。
代入公式（3-1）
以上公式是在幾個(gè)假定的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的，事實(shí)上，研磨體與研磨體、研磨與筒體之間是存在相對(duì)滑動(dòng)的，而且物料對(duì)研磨體也是有影響的。因此，實(shí)際的臨界轉(zhuǎn)速比計(jì)算的理論轉(zhuǎn)速要高，且與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、襯板形狀、研磨體填充率等
因素有關(guān)。
3.2.2 自磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速
使研磨體產(chǎn)生最大粉碎功時(shí)的筒體轉(zhuǎn)速稱作自磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速。當(dāng)靠近筒壁的最外層研磨體的的脫離角=54°44′時(shí),研磨體具有最大的降落高度,對(duì)物料產(chǎn)生粉碎功最大。將=54°44′代入式cos≥，可得理論適宜轉(zhuǎn)速,由[11]
（3-2）
代入公式（3-2）
3.2.3 轉(zhuǎn)速比
自磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比，簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)速比,由[11]
（3-3）
上式說(shuō)明理論適宜轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的76%。一般磨機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的70～80%。
3.2.4 磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速
磨機(jī)理論適宜轉(zhuǎn)速是根據(jù)最外層研磨體能夠產(chǎn)生最大粉碎功觀點(diǎn)推導(dǎo)出來(lái)的。這個(gè)觀點(diǎn)沒(méi)有考慮到研磨體隨筒體內(nèi)壁上升過(guò)程中，部分研磨體有下滑和滾動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)水泥生產(chǎn)中磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)確定磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速。下面幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式是對(duì)干法磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速的確定方法,由[11]
當(dāng)m時(shí) （3-4）
當(dāng)1.8m<≤2.0m時(shí) （3-5）
當(dāng)≤1.8m （3-6）
式中: ——磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，r/min；
——磨機(jī)的有效內(nèi)徑，m；
——磨機(jī)規(guī)格直徑，m。
代入公式（3-4）
r/min
3.2.5 磨機(jī)的功率
影響磨機(jī)需用功率的因素很多，如磨機(jī)的直徑、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、裝載量、填充率、內(nèi)部裝置、粉磨方式以及傳動(dòng)形式等。計(jì)算功率的方法也很多，常用的計(jì)算磨機(jī)需用功率的計(jì)算式有以下三種,由[5]
（3-7）
（3-8）
（3-9）
式中: ——磨機(jī)需用功率，kW；
——磨機(jī)有效容積，m；
——磨機(jī)有效內(nèi)徑，m；
——磨機(jī)的適宜轉(zhuǎn)速，r/min；
——研磨體裝載量， t；
——磨機(jī)填充率（以小數(shù)表示）。
選用公式（3-7）計(jì)算：
kW
磨機(jī)配套電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
=1.3×1.1×442=632kW
式中: ——與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率有關(guān)的系數(shù)，見表3-1；
——電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。
表3-1 與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率有關(guān)的系數(shù)
磨機(jī)形式
干法磨
中卸磨
邊緣傳動(dòng)
1.3
1.4
中心傳動(dòng)
1.25
1.35
3.2.6 磨機(jī)的生產(chǎn)能力
A.磨機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力的計(jì)算
影響磨機(jī)需用功率的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：粉磨物料的種類、物理性質(zhì)和產(chǎn)品細(xì)度；生產(chǎn)方法和流程；磨機(jī)及主要部件的性能；研磨體的填充率和級(jí)配；磨機(jī)的操作等。常用磨機(jī)生產(chǎn)能力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為,由[5]
（3-10）
式中: ——磨機(jī)生產(chǎn)能力，t/h；
——磨機(jī)所需功率，kg/kW；
——單位功率生產(chǎn)能力，kg/kW；
——流程系數(shù)，開路取1.0；閉路1.15～1.5。
代入公式（3-10）
= 24 t/h
將一起考慮，干法開路長(zhǎng)磨粉磨系統(tǒng)，值為55～60。
B. 自磨機(jī)的年生產(chǎn)能力,由[5]
=8760 （3-11）
式中: ——磨機(jī)的年生產(chǎn)能力，；
——磨機(jī)臺(tái)時(shí)生產(chǎn)能力，；
——磨機(jī)的年利用率，生料開路磨<80%，生料閉路磨<78%，水泥開路磨<85%,水泥閉路磨<82%。所有系統(tǒng)的年利用率不得低于70%。
代入公式（3-11）
=8760=8760×80%×24=168192 t/y
4 自磨機(jī)的回轉(zhuǎn)筒體設(shè)計(jì)
4.1 筒體部分設(shè)計(jì)
4.1.1 筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
A．筒體的結(jié)構(gòu)形式
一般筒體都設(shè)計(jì)成整體式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檎w式結(jié)構(gòu)的制造綜合偏差相對(duì)較小。且加工費(fèi)用相對(duì)也低一些。
大規(guī)格的筒體則往往會(huì)受運(yùn)輸條件和制造加工能力的限制，而不得不將筒體設(shè)計(jì)成“分段式” 結(jié)構(gòu)。筒體段節(jié)之間一般采用帶定位止口的法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)。筒體分段的另一種辦法是現(xiàn)場(chǎng)焊接：筒體在制造廠按運(yùn)輸條件分段，然后準(zhǔn)確地加工出帶止口的特殊焊縫坡口，連同專用的全套施焊設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，由制造廠的焊接技師在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接和消除焊接應(yīng)力。這種方法只有在該地區(qū)有幾臺(tái)磨機(jī)的筒體需要在現(xiàn)場(chǎng)焊接才比較合算，否則是不經(jīng)濟(jì)的。
B．筒體與端蓋的聯(lián)接形式
筒體與磨頭端蓋的聯(lián)接形式有以下三種：
a.外接型法蘭聯(lián)接
在磨機(jī)規(guī)格大型化之前，筒體采用外接型法蘭與端蓋相聯(lián)接的結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)是與磨頭組裝比較方便，但筒體外形直徑大，切削加工面和材料消耗也比較大。
b.內(nèi)接型法蘭聯(lián)接
內(nèi)接型法蘭聯(lián)接是大中型磨體廣泛采用的結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是原材料的利用率相當(dāng)高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理。
c.無(wú)法蘭聯(lián)接
無(wú)法蘭聯(lián)接實(shí)際上是將筒體和磨頭端蓋直接焊為一體的結(jié)構(gòu)形式，焊接接頭都是對(duì)接焊結(jié)構(gòu)。從端蓋結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，這種無(wú)法蘭對(duì)接焊聯(lián)接的 形式，將通用于各種規(guī)格和各種類型的磨體，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)便和使用可靠等特點(diǎn)。
本磨機(jī)選用的是內(nèi)接法蘭聯(lián)接。
4.1.2磨門與人孔
磨門是為封閉人孔設(shè)置的，要求裝卸方便、固定牢固。
人孔的主要作用是：檢修和更換磨體內(nèi)的各種易損件，裝卸研磨體以及對(duì)磨內(nèi)物料的采樣。
A.磨門
磨門分“內(nèi)提式”和“外蓋式”兩種結(jié)構(gòu)類型。
a.內(nèi)提式磨門
內(nèi)提式磨門有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是把磨門和磨門襯板鑄造成一整體這種結(jié)構(gòu)只適用于韌性高的耐磨材料，因?yàn)樵煨痛蠖鴱?fù)雜，脆性材料容易斷裂。
另一種結(jié)構(gòu)是把磨門和磨門襯板分開制造。磨門襯板用螺栓固定在型鋼或鑄鋼制造的磨門上，然后用弓形架再把磨門固定在筒體上。
b.外蓋式磨門
外蓋式磨門的突出優(yōu)點(diǎn)是磨門襯板和筒體襯板完全一樣。
本磨機(jī)選用的是外蓋式磨門。
B．人孔
a.內(nèi)提式磨門的人孔
內(nèi)提式磨門的人孔有帶補(bǔ)強(qiáng)板和不帶補(bǔ)強(qiáng)板之分。
b.外蓋式磨門的人孔
外蓋式磨門的人孔，均須設(shè)置固定磨門的“人孔框”。人孔框同時(shí)也起到補(bǔ)強(qiáng)板的作用，與筒體的聯(lián)接均采用鉚釘鉚接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四個(gè)孔角的圓角半徑等，基本要求和內(nèi)提式磨門的人孔相同。
4.1.3筒體的基本要求和規(guī)定
A.鋼板材質(zhì)和厚度的選擇
筒體屬于不更換的零件，要保證工作中安全可靠，并能長(zhǎng)期連續(xù)使用。所以要求制造筒體的材料的金屬材料的強(qiáng)度要高，塑性要好，且應(yīng)具有一定的抗沖擊性能。筒體是由鋼板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒體的材料是普通結(jié)構(gòu)鋼板Q235，它的強(qiáng)度、塑性、可焊性都能滿足這些要求，且易購(gòu)到。鋼板厚度采用40mm。
B.筒體的有效內(nèi)徑和有效長(zhǎng)度,由[5]
a.筒體的有效內(nèi)徑
（4-1）
式中:——筒體的規(guī)格直徑，m；
——筒體的有效直徑，m；
——襯板平均厚度，m；一般取=0.05m。
代入公式（4-1）
m
b.筒體的有效長(zhǎng)度
（4-2）
式中: ——筒體的規(guī)定長(zhǎng)度，m；
——筒體的有效長(zhǎng)度，m；
、、——分別為隔倉(cāng)板、端蓋襯板、揚(yáng)料裝置的厚度,m；取0.32m。
代入公式(4-2)
m
C.筒體鋼板的排列原則
a.充分利用鋼板的規(guī)格尺寸和卷板機(jī)的最大能力，使筒體的焊縫總長(zhǎng)達(dá)到最短為原則來(lái)排列鋼板，厚鋼板與薄鋼板對(duì)接焊的過(guò)渡斜率不大于1：10為宜。當(dāng)筒體縱、環(huán)焊縫在排列中發(fā)生矛盾時(shí)，應(yīng)以減少縱焊縫為主來(lái)處理，這是基于焊接應(yīng)力場(chǎng)的矢向都平行于筒體素線，避免形成應(yīng)力疊加來(lái)考慮的。筒體段節(jié)間的縱向焊縫，應(yīng)按100πmm的整倍數(shù)錯(cuò)開，這是基于筒體上的襯板螺栓孔的周向節(jié)距是按100πmm考慮的，這樣可使各段節(jié)筒體上的螺栓孔，得到距焊縫最大的距離。
b.焊縫距各種孔邊的最小距離
焊縫不許通過(guò)筒體上的任何開孔。焊縫坡口邊至孔邊的最小距離為筒體厚度的2倍且不小于75mm為宜。當(dāng)焊縫必須通過(guò)人孔加強(qiáng)板下面時(shí)，該焊縫必須全長(zhǎng)磨平，磨平表面的粗糙度不應(yīng)低于鋼板表面的相應(yīng)值。
4.1.4筒體的計(jì)算
A．作用于筒體的總載荷Q,由[11]
磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作用于筒體的總載荷Q包括兩部分，一部分是磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重力，另一部分是動(dòng)態(tài)研磨體（包括物料）所產(chǎn)生的力P。
a.磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重力
（4-3）
式中: ——磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重力，N；
——磨機(jī)筒體的重力，N；
——磨機(jī)磨頭的重力，N；
——磨機(jī)磨尾的重力，N；
——磨機(jī)襯板的重力，N；
——磨機(jī)隔倉(cāng)板的重力，N；
——磨機(jī)大齒圈的重力，N.
(4-4)
代入公式(4-4)
代入公式(4-3)
b.動(dòng)態(tài)研磨體所產(chǎn)生的力P
磨機(jī)內(nèi)研磨體在拋落狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),研磨體所產(chǎn)生的力,主要有瀉落部分面積的重力及部分的離心力和拋落部分面積的沖擊力等三部分.一般情況下,動(dòng)態(tài)研磨體由上述三部分力所產(chǎn)生的合力,只比靜態(tài)研磨體的自重G大2%,即:
P=1.02G (4-5)
式中： P—— 動(dòng)態(tài)研磨體產(chǎn)生的力,N.
代入公式(4-5)
P=1.02×51.3××9.8=5.13×N
c.粉磨物料的重力
粉磨時(shí)研磨體和物料是混合在一起的,這部分物料重量約為研磨體重量的14%。即:
=1.14G (4-6)
式中: ——粉磨物料的重力,N.
代入公式(4-6)
=1.14×51.3××9.8=5.73×N
d.磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),作用于筒體上的總載荷Q
Q=+1.14P (4-7)
代入公式(4-7)
Q=9.63×+1.14×5.13×=1.548×N
B.邊緣傳動(dòng)時(shí)大齒圈的圓周力,由[11]
(4-8)
式中: ——圓周力,N;
N——磨機(jī)需要的功率,kW;
n——磨機(jī)筒體的轉(zhuǎn)速,r/min;
——大齒圈的節(jié)圓半徑;m.
代入公式(4-8)
N
C.筒體作用力的分布,由[11]
計(jì)算作用在筒體上的彎矩時(shí),筒體上的作用力分布如圖4-1所示。
a. (4-9)
式中: ——單位長(zhǎng)度上受力,;
——筒體長(zhǎng)度,.
代入公式(4-9)
=9.2
b.動(dòng)態(tài)研磨體所產(chǎn)生的作用力1.14P,也是沿筒體長(zhǎng)度均勻分布.由于各倉(cāng)平均球徑和研磨體裝載量不同,產(chǎn)生的作用力大小也不一樣,所以應(yīng)該分倉(cāng)計(jì)算。
一倉(cāng)單位長(zhǎng)度上受的力為:
(4-10)
二倉(cāng)單位長(zhǎng)度上受的力為:
(4-11)
式中: 、——分別為一、二倉(cāng)單位長(zhǎng)度上受的力,;
、——分別為一、二倉(cāng)動(dòng)態(tài)研磨體的作用力,N;
、——分別為一、二倉(cāng)的長(zhǎng)度,.
P=G= （4-12）
代入公式（4-12）
根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，一般干法開流生產(chǎn)磨機(jī)：雙倉(cāng)磨時(shí)，第一倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)為全長(zhǎng)的30%～40%，第二倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)為全長(zhǎng)的60%～70%。
代入公式（4-10）
=
=
c.邊緣傳動(dòng)大齒輪的重力作為集中載荷。磨頭重力和磨尾重力也作為集中載荷，其作用點(diǎn)在磨頭（或磨尾）和筒體接觸面至支座（主軸承）支反力作用點(diǎn)距離的1/3處。
D.筒體彎曲強(qiáng)度,由[11]
a.進(jìn)料端主軸承處的支反力
（4-13）
代入公式（4-13）
圖4-1 磨機(jī)筒體作用力的分布
b.出料端主軸承處的支反力
（4-14）
代入公式（3-14）
d.磨機(jī)筒體所受的最大彎矩
（4-15）
令
代入公式（4-15）
e.磨機(jī)筒體所受的扭矩
（4-16）
將式（4-8）代入（4-16）中得
（4-17）
代入公式（4-17）
f.磨機(jī)筒體所受當(dāng)量彎矩M
（4-18）
代入公式（4-18）
式中: ——筒體所受當(dāng)量彎矩，；
——筒體所受最大彎矩，；
——筒體所受扭矩，；
——折合系數(shù)，一般取為0.5～0.6。
g.磨機(jī)筒體抗彎斷面模數(shù)W
（4-19）
式中: ——筒體抗彎斷面模數(shù)，；
——磨機(jī)筒體的外半徑，；
——磨機(jī)筒體的內(nèi)半徑，。
代入公式（4-19）
h.磨機(jī)筒體所受的彎曲應(yīng)力
（4-20）
式中: ——筒體所受的彎曲應(yīng)力，；
——筒體所受的當(dāng)量彎矩，；
——筒體抗彎斷面模數(shù)，；
——筒體斷面消弱系數(shù)，是由人孔和襯板螺栓孔所引起的，一般取C=0.8～0.9。
代入公式（4-20）
i.磨機(jī)筒體的許用彎曲應(yīng)力
磨機(jī)筒體是在變載荷作用下長(zhǎng)期連續(xù)工作，因此，筒體斷面許用應(yīng)力應(yīng)按筒體材料的疲勞極限來(lái)確定。
（4-21）[11]
（4-22）[11]
式中: ——許用彎曲應(yīng)力，；
——筒體材料的疲勞極限，；
——筒體材料的屈服極限，；
——筒體材料的抗拉強(qiáng)度極限，；
——安全系數(shù)，。
代入公式（4-22）
代入公式（4-21）
j.驗(yàn)算磨機(jī)筒體的彎曲強(qiáng)度
E．筒體徑向剛度的計(jì)算
磨機(jī)筒體是一個(gè)大直徑的薄壁圓筒，容易產(chǎn)生徑向變形。徑向變形如果超過(guò)一定數(shù)植將會(huì)影響磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須對(duì)筒體徑向變形加以限制。對(duì)于圓柱形的客體，一般用來(lái)控制，是經(jīng)驗(yàn)值。在磨機(jī)筒體上，根據(jù)目前的經(jīng)驗(yàn)一般取=150。
筒體縱向撓度，一般控制在0.3/1000以內(nèi)，而這樣小的撓度反映到具有球面支承的主軸承上，是不足為慮的。
4.2磨頭部分設(shè)計(jì)
4.2.1磨頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
磨頭是筒體端蓋和中空軸的統(tǒng)稱。它承受著整個(gè)磨體及研磨體的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)載荷，在交變應(yīng)力的作用下連續(xù)運(yùn)行，是磨機(jī)本體最薄弱的環(huán)節(jié)，也是最難控制制造質(zhì)量的機(jī)件，使用中要求長(zhǎng)期安全可靠，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮是不更換的零件
磨頭的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是端蓋與中空軸鑄成一整體式，這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝較方便，適用于中小型磨機(jī)。對(duì)于較大直徑的磨機(jī)，易產(chǎn)生鑄造缺陷，因磨頭端蓋占有較大的平展面積且又較薄，即使采用較多的澆冒口澆鑄，其冷卻收縮也是不均勻的，從而使中空軸與端蓋的過(guò)渡曲面產(chǎn)生較大的應(yīng)力和組織疏松，這種缺陷有時(shí)在切削加工到一定程度才會(huì)發(fā)現(xiàn)，造成不應(yīng)有的返工浪費(fèi)，有時(shí)這種缺陷處于隱蔽狀態(tài)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于該部位在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，承受著交變應(yīng)力，并且有較大的應(yīng)力集中，在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后便產(chǎn)生斷裂，這時(shí)造成的損失就更大；另一種磨頭是將端蓋和中空軸分成兩部分再組合在一起，把端蓋和中空軸分別鑄造，加工后用螺栓組裝到一起，這種結(jié)構(gòu)，避免了上述的鑄造缺陷。這樣雖可解決一些問(wèn)題，但在原材料消耗和加工工作量上都比較多，并增加了安裝工作量；端蓋采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)件制造工藝程序簡(jiǎn)單，切削加工程序和切削加工面較少，原材料消耗少，端蓋質(zhì)量可得到保證，不存在鑄件的鑄造缺陷。端蓋與筒體焊接在一起，連接牢靠省工，避免了要求較高的螺栓或鉚釘連接。此種中空軸是鑄件與端蓋止口圓定位用螺栓連接成磨頭整體。
焊接端蓋，其鋼板厚度一般為筒體鋼板厚度的1.5～2.5倍，且焊接端蓋的焊縫不宜與筒體焊縫重合，也要避免與筒體上襯板螺栓孔重合。從“等強(qiáng)度”觀點(diǎn)出發(fā)，端蓋也應(yīng)設(shè)置中部增強(qiáng)板，其厚度在滿足強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)需要的原則下，盡量使端蓋鋼板厚度減小。端蓋與中心軸對(duì)心配合止口，一般設(shè)在端蓋增強(qiáng)板上，即用中心軸法蘭外圓對(duì)心定位，此種多用于大型磨機(jī)。
筒體兩端的法蘭止口圓與磨頭要同心，端蓋與筒體結(jié)合面要精加工，兩端法蘭止口要彼此平行，并與筒體縱向中心線垂直。磨頭和法蘭螺栓孔要精確重合，并有不少于15%的絞孔螺栓起定位作用。螺栓要用一種牌號(hào)的鋼制造，螺栓要均勻擰緊，若達(dá)不到上述要求，則在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生螺栓斷裂，引起停車事故。
一般大中型磨機(jī)中空軸多采用ZG270～500，而小型磨機(jī)因受力較小，考慮到成本和取材容易，一般采用鑄鐵或球墨鑄鐵。
本磨機(jī)選用的是鋼板焊接端蓋，，中空軸與端蓋止口圓用螺栓連接。
4.2.2中空軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)[5]，中空軸的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸如圖4-2所示：
d0 — 中空軸軸頸部位的直徑，根據(jù)磨筒體內(nèi)研磨體的最大裝載量來(lái)確定必須滿足研磨體不能進(jìn)入中空軸的要求。一般水泥磨φ = 0.30～0.36，取d0 =
（0.4～0.5）D (筒體規(guī)格尺寸)；
已知 D = 2400mm ，則mm ,取d0 = 1100 mm 。
b0 — 中空軸軸頸寬，根據(jù)支座反力R、主軸瓦的許用壓力[p]和軸瓦包角θ通過(guò)計(jì)算確定：
mm （4-23）
圖4-2 中空軸的結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸
式中 ，θ一般多取120°，0.2d0是為了保持主軸瓦有必要的穩(wěn)定性和油膜的形成。
取進(jìn)料中空軸=345mm，出料中空軸mm，初定中空軸內(nèi)徑=925mm
d1 = d0+3～4cm,d1 — 中空軸的軸肩直徑,取d1 = 1130 mm 。
r =(0.05～0.10)d0 ,r — 軸根圓角半徑,取 r = 100mm 。
當(dāng)а=90°時(shí)，+1.0～1.5cm
Lt — 由主軸承中心至法蘭端面的距離，取 Lt = 408 mm 。
，則
— 法蘭外徑,取=1700mm。
hf — 法蘭厚度，一般不應(yīng)小于端蓋法蘭部位的厚度，hf ＝70 mm 。
db — 螺栓孔直徑，由螺栓直徑?jīng)Q定，應(yīng)使db≤0.7hf ,db = 36 mm
，則=15561613.6mm;
取dt = 1600mm ,df —螺栓分布圓直徑.
4.2.3磨頭的計(jì)算
參考文獻(xiàn)[5]，磨頭的結(jié)構(gòu)形式和尺寸如圖4-3所示
支座反力N,筒體轉(zhuǎn)速n=20r/min,傳動(dòng)需用功率,
支承中心至法蘭端面的距離mm.
筒體材料為Q235，當(dāng)鋼板厚度為16～40mm時(shí)，其，，，=0.28。端蓋材料應(yīng)與筒體相同。
端蓋外徑D=2400mm,補(bǔ)強(qiáng)板外徑=1930mm,端蓋法蘭直徑d=1700mm,
端蓋鋼板厚度h=40mm,補(bǔ)強(qiáng)板厚度=35mm.
A．端蓋的計(jì)算
a.系數(shù)k的計(jì)算:
,,.
b. 端蓋軸線轉(zhuǎn)角的計(jì)算:
（4-24）
代入公式（4-24） 0.0038°,此值為滿載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的全轉(zhuǎn)角。
c.端蓋外徑D處的應(yīng)力計(jì)算:
(4-25)
代入公式(4-25)
圖4-3磨頭的結(jié)構(gòu)形式及相關(guān)尺寸
d.端蓋內(nèi)徑d處的應(yīng)力計(jì)算:
(4-26)
代入公式(4-26)
此處是法蘭止口,應(yīng)考慮1.5倍的應(yīng)力集中系數(shù),即
<.
e.補(bǔ)強(qiáng)板外徑處的應(yīng)力
（4-27）
代入公式（4-27）
此處是補(bǔ)強(qiáng)板與端蓋的過(guò)渡交接部位，周邊的焊縫應(yīng)考慮1.5倍的應(yīng)力集中系數(shù)，即1.5。
B．中空軸計(jì)算
參考文獻(xiàn)[11]，中空軸材料是ZG270,其σ-1= 270 Mpa.
a.中空軸所受的彎矩MW
MW = RA （N·m） （4-28）
式中: RA— 進(jìn)料端主軸承處的支點(diǎn)反力,N；
— 主軸承中心線到軸頸由小到大過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度,m 。
代入公式（4-28） N·m
b.中空軸的當(dāng)量彎矩M
（4-29）
式中:α—— 折合系數(shù),一般取0.5～0.6.
（4-30）
式中: N—自磨機(jī)所需要的功率,KW;
n—筒體轉(zhuǎn)速,r/min。
代入公式（4-30）
代入公式（4-29）
c.中空軸環(huán)狀斷面模數(shù)W為：
（4-31）
式中：d1— 中空軸外徑，m；
d2—中空軸內(nèi)徑，m。
代入公式（4-31）得
=0.036
d.中空軸所受彎曲應(yīng)力σ
σ= （4-32）
代入公式（4-32）
σ==24.6MPa
式中：K—應(yīng)力集中系數(shù)，可查表（4-1）。
表4-1 應(yīng)力集中系數(shù)
r/ d1
0.3
0.2
0.1
0.05
K
1.5
2.0
2.25
3.0
注：表中r為交接面處的過(guò)渡圓半徑（m）。
r/ d1 = 95/1130≈ 0.1 取K=2.25
e.驗(yàn)算中空軸的彎曲強(qiáng)度
σ〔σ〕
〔σ〕=σ-1/n （4-33）
式中: 〔σ〕— 中空軸的許用彎曲應(yīng)力，Pa;
σ-1 — 中空軸材料的疲勞極限， Pa;
n — 安全系數(shù)，一般取5-8。取n=8。
代入公式（4-33） ,故材料足夠.
C．法蘭聯(lián)接螺栓的計(jì)算
螺栓規(guī)格為M36×130，材料為Q235，其，許用應(yīng)力，許用剪切應(yīng)力=
。
a.抗拉強(qiáng)度計(jì)算
（4-34）
式中: ——法蘭外徑，=1700mm；
——外圈螺栓分布圓直徑，=1600mm；
——內(nèi)圈螺栓分布圓直徑，=1470mm；
——外圈分布的螺栓數(shù)量，=28；
——內(nèi)圈分布的螺栓數(shù)量，=14；
——螺栓的有效截面積，=10.17。
代入公式（4-34）
b.抗剪接強(qiáng)度計(jì)算
（4-35）
式中: ——螺栓抗剪截面積, =;
——外圈分布圓上的鉸孔螺栓數(shù), =8;
——內(nèi)圈分布圓上的鉸孔螺栓數(shù), =4.
代入公式(4-35)
c.擠壓強(qiáng)度計(jì)算
(4-36)
式中: ——螺栓伸入鉸孔的有效配合長(zhǎng)度,=60mm;
——鉸孔螺栓的配合直徑, =38mm.
代入公式(4-36)
,ZG270的=，
=,.
4.3 襯板的選型設(shè)計(jì)
4.3.1 襯板的作用
襯板的作用是保護(hù)筒體使其免受研磨體和襯板的作用是保護(hù)筒體使其免受研磨體和物料的直接沖擊和研磨，同時(shí)也可調(diào)整研磨體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一倉(cāng)裝有提升能力強(qiáng)的襯板，以增強(qiáng)沖擊能量，細(xì)磨倉(cāng)裝有波紋或平襯板，以增強(qiáng)研磨作用。
4.3.2 襯板的材料
自磨機(jī)襯板大多數(shù)用金屬材料制造，也有少量用非金屬材料制造。由于各倉(cāng)內(nèi)研磨體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，為適應(yīng)這種工作狀態(tài)的要求，制造各倉(cāng)襯板材料就不同。
在粉碎倉(cāng)，研磨體以沖擊作用為主，要求襯板應(yīng)具有抗沖擊和耐磨特性。普遍采用高錳鋼（ZGMn13）作襯板材料。它具有一定的抗沖擊韌性，并且在受到一定的沖擊時(shí)，它的表面產(chǎn)生冷作硬化，表面變得堅(jiān)硬耐磨，一般硬度在HB300～350，韌性相當(dāng)高，沖擊值可達(dá)700。但在使用中，容易過(guò)早反凸彎曲變形，拉斷固定螺栓，造成襯板脫落，使之壽命降低，一般平均壽命在5000～6000。
高烙鑄鐵，耐磨性好，在耐磨材料中居首。硬度高，所以是一種脆性材料。但經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，可以制作粗磨倉(cāng)襯板。磨機(jī)上結(jié)構(gòu)復(fù)雜及薄壁大件不宜采用高烙鑄鐵，如隔倉(cāng)篦板，磨頭襯板等。現(xiàn)在高烙鑄鐵已發(fā)展了四種牌號(hào)，為了提高韌性隨之而來(lái)的出現(xiàn)了高烙鑄鋼等材料。
目前耐磨材料還可選用低烙鑄鐵、12硅錳烙鉬鋼、低碳硅錳合金鋼、低合金高強(qiáng)度鋼等耐磨材料。
4.3.3 襯板的種類
襯板的種類按工作表面形狀分類比較直觀，有以下類型：
A. 平襯板 工作表面平整或鑄有花紋的襯板均稱平襯板。它對(duì)研磨體的摩擦力小，研磨體在它上面產(chǎn)生的滑動(dòng)現(xiàn)象較大，對(duì)物料的研磨作用強(qiáng)，通常多與波紋襯板配合用于用于細(xì)磨倉(cāng)。
B. 壓條襯板 由平襯板和壓條襯班組成。壓條上有螺栓孔，螺栓穿過(guò)螺孔將壓條和襯板（襯板上無(wú)孔）固定在筒體內(nèi)壁上。壓條高出襯板，可增大對(duì)研磨體的提升作用，使研磨體具有較大的沖擊研磨力。適用于一倉(cāng)，特別是入磨物料粒度大的一倉(cāng)。
C. 階梯襯板 它的工作表面呈一傾角，安裝后出現(xiàn)很多階梯，可以加大對(duì)研磨體的推力。對(duì)同一層鋼球的提升高度均勻一致，襯板表面磨損均勻，即磨損后表面形狀改變不明顯。適用于管磨機(jī)的一倉(cāng)。
D. 小波紋襯板 小波紋襯板具有較小的波峰和節(jié)距，提升系數(shù)小，開有錐形孔，適用于細(xì)磨倉(cāng)。
E. 端蓋襯板 襯板表面是光滑的，用螺栓固定在磨機(jī)端蓋上，以保護(hù)端蓋免受研磨體和物料的磨損。
F. 錐面分級(jí)襯板 襯板斷面形狀和在磨倉(cāng)內(nèi)的鋪設(shè)所示。錐面分級(jí)襯板形狀的主要特點(diǎn)是沿軸向具有斜度。在磨內(nèi)安裝方向是大端向著磨尾，也就是靠近料端直徑大，出料端直徑小。因分級(jí)襯板沿軸向具有斜度，能自動(dòng)的使磨內(nèi)鋼球在粉磨過(guò)程中按物料粉磨規(guī)律發(fā)揮其作用。因而可減少磨機(jī)倉(cāng)數(shù)，增加有效容積，減少通風(fēng)阻力，提高產(chǎn)量，降低電耗。
G. 角螺旋襯板 一般是由平襯板、圓角襯班和金屬襯架組合而成。在磨內(nèi)安裝后，使磨機(jī)的有效斷面呈圓角正方形。相鄰兩圈襯板的方圓角互相錯(cuò)開一個(gè)角度，四個(gè)圓角分別構(gòu)成斷續(xù)內(nèi)螺旋。使研磨體在磨內(nèi)的循環(huán)次數(shù)增加，脫離角和降落區(qū)域得以改變，加強(qiáng)了研磨體和物料之間的沖擊效能，提高了粉磨效率。
H. 溝槽襯板 普通式襯板從宏觀上看是一個(gè)大弧面，其半徑與該磨機(jī)內(nèi)空間的半徑等值，從微觀上看是一個(gè)平面。它與磨球及物料的接觸為點(diǎn)接觸。溝槽式襯板的工作表面，是由許多等弧面組成，頭倉(cāng)（粗磨倉(cāng)）為直弧面。這些弧面半徑不依磨機(jī)直徑的大小而變化，而是與磨球的直徑有關(guān)，約R25～55mm不等。磨球與襯板為弧線甚至弧面接觸。接觸的弧線長(zhǎng)度可為整個(gè)磨球圓周長(zhǎng)的1/4～1/3，弧度可達(dá)120°。與點(diǎn)接觸相比，其接觸面積即研磨面積增加了幾十倍。因此，整個(gè)磨機(jī)內(nèi)的研磨空間就擴(kuò)大了數(shù)倍乃至數(shù)十倍。另外，鋼球在襯板上的排列為六方結(jié)構(gòu)堆積，該結(jié)構(gòu)配位數(shù)大，致密度高,球與球間的有效碰撞機(jī)會(huì)多。上述這一切為提高了粉磨效率,并節(jié)省電能奠定了基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)中，一倉(cāng)選用階梯襯板，二倉(cāng)選用小波紋襯板。
4.3.4 襯板的安裝
A. 螺栓固定法
如圖4-4所示，在固定襯板時(shí)，螺栓應(yīng)加雙螺母或防松墊圈，以防磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因研磨體沖擊使螺栓松動(dòng)。在筒體和墊圈之間配有帶錐形面的墊圈，錐形面內(nèi)填塞麻絲，以防物料從螺栓孔流出。這種固定方法抗沖擊、耐振動(dòng)。大型磨機(jī)和中小型磨機(jī)的一、二倉(cāng)的襯板一般都用螺栓固定。
B. 鑲砌法
鑲砌時(shí)襯板和筒體之間家一層1∶2的的水泥砂漿或石棉水泥，在襯板的環(huán)向縫隙中用鐵板楔緊，再灌以1∶2的水泥砂漿。將襯板互相交錯(cuò)地鑲砌在筒體內(nèi)。一般用于細(xì)磨倉(cāng)的襯板固定。
4.4 隔倉(cāng)板的選型設(shè)計(jì)
4.4.1 隔倉(cāng)板的作用
A. 分隔研磨體
使各倉(cāng)研磨體的平均尺寸保持由粗磨倉(cāng)向細(xì)磨逐步縮小，以適應(yīng)物料粉磨過(guò)程中粗粒級(jí)用大球，細(xì)粒級(jí)用小球的合理原則。
B. 篩析物料
隔倉(cāng)板的篦縫可把較大顆粒的物料阻留于粗磨倉(cāng)內(nèi)，使其繼續(xù)受到?jīng)_擊粉碎。
C. 控制物料和氣流在磨內(nèi)的流速
隔倉(cāng)板的篦縫寬度、長(zhǎng)度、面積、開縫最低位置及篦縫排列方式，對(duì)磨內(nèi)物料填充程度、物料和氣流在磨內(nèi)的流速及球料比有較大影響。隔倉(cāng)板應(yīng)盡量消除
圖4-4 金屬襯板的固定方式
（a）角錐形 （b）圓錐形 （c）橢圓錐形
對(duì)通風(fēng)的不利影響。
4.4.2 隔倉(cāng)板的類型
A. 單層隔倉(cāng)板
一般由若干塊扇形篦板組成。單隔倉(cāng)一般由若干扇型篦板組成。大端用螺栓固定在磨機(jī)筒體上，小端用中心圓板與其他篦板連接在一起。已磨至小于篦孔的物料，在新喂入物料的推動(dòng)下，穿過(guò)篦縫進(jìn)入下一倉(cāng)。
B. 雙層隔倉(cāng)板
一般由前篦板和后盲板組成，中間設(shè)有提升揚(yáng)料裝置。物料通過(guò)篦板進(jìn)入兩板中間，由提升揚(yáng)料裝置將物料提到中心圓錐上，進(jìn)入下一倉(cāng)。系強(qiáng)制排料，流速較快，不受隔倉(cāng)板前后填充率的影響，便于填充率和配球，適于一倉(cāng)。雙層隔倉(cāng)板種類有過(guò)渡式雙隔倉(cāng)、提升式雙隔倉(cāng)和選粉式雙隔倉(cāng)。
本課題設(shè)計(jì)了選粉式雙層隔倉(cāng)板如圖4-5所示.
選粉式的雙層隔倉(cāng)裝置在進(jìn)料端和出料端均裝帶有孔眼的篦板，在篦板中心位置裝有帶隙孔的雙向倒料錐。
一倉(cāng)內(nèi)已磨好的物料通過(guò)雙層隔倉(cāng)裝置進(jìn)料端篦板的篦孔進(jìn)入兩個(gè)篦板之間的空間，被收集到螺旋形的導(dǎo)料板上，然后隨著磨機(jī)的回轉(zhuǎn)便被導(dǎo)料板提升導(dǎo)向。合乎要求的部分物料被導(dǎo)料板導(dǎo)向雙層隔倉(cāng)裝置出料端篦板，再經(jīng)過(guò)篦板的篦孔流入第二倉(cāng)；另一部分物料從導(dǎo)料板落到導(dǎo)料錐帶有孔隙的外錐上，其中較細(xì)的物料通過(guò)外錐上的孔隙落到導(dǎo)料錐的內(nèi)錐上，靠?jī)?nèi)錐上的斜面作用進(jìn)入第二倉(cāng)；其中較粗的物料通不過(guò)外錐上的孔隙，因此只有沿著外錐表面返流回第一倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)行重新粉磨?？梢娺@種雙層隔倉(cāng)裝置除了有加快磨內(nèi)物料流速的作用以外，還有篩析選粉作用。
圖4-5 選粉式雙層隔倉(cāng)板
4.4.3 篦孔
A. 篦孔排列
篦孔的排列主要可分為同心圓狀和放射狀，當(dāng)然也有介于兩者之間的如圖4-6所示。同心圓狀排列的篦孔是平行于研磨體物料的運(yùn)動(dòng)路線。物料容易通過(guò)，但也易返回，不易堵塞；放射狀與其相反。
B. 篦孔形狀
干法生料磨和水泥磨的篦孔形狀和幾何尺寸如圖4-6所示。篦孔的幾何形狀有放射形如圖4-7和切線形如圖4-7, 篦孔寬度b有8、10、12、14、16等幾種，間距為40mm，a為5mm。篦板厚度有4