任鞠萍，王國(guó)民

近些年，新建水泥廠大多采用的是大型化管磨機(jī)設(shè)備，對(duì)于大型化管磨機(jī)的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)通常是在不改變?cè)性O(shè)備結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單放大，使設(shè)備各部分的強(qiáng)度滿足要求即可。因此，大型化管磨機(jī)在使用過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，最突出的是磨機(jī)筒體出料滑環(huán)定位夾板磨損嚴(yán)重的問(wèn)題。有些管磨機(jī)采用齒形聯(lián)軸器，這種齒形結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的軸向力，使夾板的摩擦力增大，導(dǎo)致其磨損加快。采用膜片聯(lián)軸器，雖然可以避免夾板磨損，但是目前國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的膜片聯(lián)軸器還沒有適用于大型磨機(jī)的型號(hào)。針對(duì)以上情況，我們對(duì)大型磨機(jī)的各部分機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，研發(fā)出了帶新型軸向定位系統(tǒng)的管磨機(jī)。

1 整體技術(shù)方案

磨機(jī)夾板磨損過(guò)快主要是由于軸向力過(guò)大而引起壓強(qiáng)增大所致，夾在滑環(huán)兩側(cè)的傳統(tǒng)型夾板，無(wú)法通過(guò)增大面積來(lái)減小壓強(qiáng)，我們研發(fā)的帶新型軸向定位系統(tǒng)的管磨機(jī)可以克服這一缺陷。該新型軸向定位裝置主要包括筒體法蘭、定位裝置、定位潤(rùn)滑及測(cè)位裝置。新型軸向定位系統(tǒng)選用定位法蘭的結(jié)構(gòu)方式對(duì)磨機(jī)進(jìn)行軸向定位，可在一定范圍內(nèi)增大夾板的受力面積，減小壓強(qiáng)；定位潤(rùn)滑裝置可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制潤(rùn)滑，減小夾板的磨損；測(cè)位裝置用于檢測(cè)定位夾板磨損情況，便于提前合理安排停磨檢修；支承裝置采用公司自主研發(fā)的單側(cè)四滑履結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠分流載荷，提高支承能力，更適于大型磨機(jī)使用。

圖1為采用單側(cè)四滑履支承結(jié)構(gòu)、帶新型軸向定位系統(tǒng)管磨機(jī)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

2 具體設(shè)計(jì)方案

圖1 帶新型軸向定位系統(tǒng)的管磨機(jī)總圖

2.1 定位裝置

選用定位法蘭的結(jié)構(gòu)方式對(duì)磨機(jī)進(jìn)行軸向定位，這種結(jié)構(gòu)可在一定范圍內(nèi)增大夾板的受力面積，通過(guò)減速機(jī)減速系統(tǒng)對(duì)磨機(jī)產(chǎn)生的軸向力，計(jì)算出夾板的最小受力面積，從而確定夾板的尺寸范圍，在允許范圍內(nèi)選較大夾板尺寸，達(dá)到減小壓強(qiáng)的目的。

如圖2所示，定位法蘭焊接在出料端滑環(huán)上，與出料端滑履軸承座內(nèi)安裝的定位裝置配合，對(duì)磨機(jī)進(jìn)行軸向定位，同時(shí)抵消減速機(jī)端傳來(lái)的軸向力。

圖2 定位法蘭

圖3 為定位裝置布置圖，定位裝置通過(guò)螺栓與滑履底座連接，定位裝置上有兩塊夾板，分別位于法蘭兩側(cè)，使筒體軸向定位，夾板上開有數(shù)個(gè)潤(rùn)滑孔，通過(guò)管路連在潤(rùn)滑裝置上，如圖4所示。

圖3 定位裝置布置圖

2.2 定位裝置潤(rùn)滑系統(tǒng)

圖4 夾板結(jié)構(gòu)示意圖

定位裝置潤(rùn)滑系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、高壓泵及部分附件組成，其集成在出料端滑履潤(rùn)滑油站上，與滑履潤(rùn)滑油站共用冷卻系統(tǒng)等部分附件，節(jié)約了制造成本。潤(rùn)滑系統(tǒng)通過(guò)管路與機(jī)械定位裝置的夾板相連接，向其注入潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑裝置具有一定的壓力，在筒體受到軸向力時(shí)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制潤(rùn)滑，保證夾板和法蘭間有完整的潤(rùn)滑油膜，形成滑動(dòng)推力軸承，大幅降低夾板的實(shí)際磨損程度。

2.3 磨損監(jiān)測(cè)裝置（圖5）

圖5 磨損檢測(cè)裝置

磨損監(jiān)測(cè)裝置用來(lái)監(jiān)測(cè)夾板的磨損程度。磨損監(jiān)測(cè)裝置固定在定位裝置底座上，當(dāng)磨損程度大于初始設(shè)定值時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置會(huì)傳輸信號(hào)給中控室自動(dòng)報(bào)警。兩塊夾板上分別安裝有一個(gè)測(cè)溫傳感器，在中控室可以看到兩塊夾板的工作溫度曲線，當(dāng)夾板溫度出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，說(shuō)明磨機(jī)存在供油不足等情況，可根據(jù)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理。

2.4 磨機(jī)支承裝置

四滑履支承結(jié)構(gòu)為每側(cè)四塊滑履瓦結(jié)構(gòu)，外部的兩塊滑履瓦的支承裝置為高度固定式結(jié)構(gòu)，中間的兩塊滑履瓦的支承裝置為高度可調(diào)式結(jié)構(gòu)，新型軸向定位系統(tǒng)安裝在出料端滑履軸承裝置內(nèi)，如圖6中紅圈所示位置。

圖6 出料滑履軸承支承裝置

3 計(jì)算校核

以φ4.6m×14m水泥磨為例，磨機(jī)參數(shù)如下：水泥成品細(xì)度為3 400cm2/g±200cm2/g時(shí)，水泥磨的產(chǎn)量≮120t/h，入料粒度80%≤25mm，最大粒度35mm，物料水分≤1%，物料為中等易磨性。

3.1 管磨機(jī)參數(shù)的計(jì)算

（1）管磨機(jī)的適宜轉(zhuǎn)速n

n=32.66D-0.166=14.97r/min

式中：

n——磨機(jī)的適宜轉(zhuǎn)速，r/min

D——磨機(jī)的公稱直徑，D=4.6m

（2）管磨機(jī)的比轉(zhuǎn)速ψ

式中：

ψ——磨機(jī)的比轉(zhuǎn)速

（3）管磨機(jī)的填充率φ

φ=30%

（4）管磨機(jī)的理論計(jì)算功率P0

P0=0.184D×V×n×φ（6.16-5.75φ)=3 330kW式中：

V——管磨機(jī)的有效容積

式中：

Di——管磨機(jī)的有效直徑，Di=4.43m

Li——管磨機(jī)的有效長(zhǎng)度，Li=13.212m

（5）管磨機(jī)電機(jī)的功率

P=K×P0=4 126.33kW

式中：

K——?jiǎng)恿ο禂?shù)，K=1.25

電機(jī)裝機(jī)功率PM（PM=P·1.05圓整后的值）選取4 400kW

（6）管磨機(jī)產(chǎn)量Q的計(jì)算Q=P/q0=121t/h式中：

q0——單位理論功產(chǎn)量值，取q0=34.4kWh/t

（7）管磨機(jī)筒體板厚δ的確定

筒體許用應(yīng)力：

式中：

σb——鋼板的抗拉強(qiáng)度，取σb=400～520MPa

計(jì)算應(yīng)力：

σ=0.95[σ]=0.95×0.0177σb=27.25～35.41MPa

平均應(yīng)力：

σM=31.33MPa=3.133×103N/cm2

磨體總載荷：

G=Gt+1.37Gn=276+1.37×274=651t

式中：

Gt——磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分重量，Gt=276t

Gn——研磨體裝載量，Gn=274t

筒體截面模量：

筒體彎矩：

式中：

Lk——支座間距，取Lk=14.1m

彎曲應(yīng)力：

式中：

Ct——系數(shù)，取Ct=0.9

筒體板厚：

δ=6 920/2 050=3.38cm=33.8mm

即：筒體厚度為44mm滿足δ≥33.8mm要求。

（8）計(jì)算滑履瓦的最大壓力

進(jìn)料端最大載荷：

式中：

GT——大齒圈重量，kN，GT=0

每個(gè)滑履瓦所受到的正壓力相等，如圖7所示。

圖7 滑履瓦受力分析

每個(gè)滑履瓦所受到的正壓力：

滑履瓦的寬度為600mm，長(zhǎng)度為990mm，每個(gè)滑履瓦的接觸面積：

S=0.60×0.99=0.594m2

軸承承載能力：

W=PW·PS·S=0.7×0.594×12=4 990kN

式中：

PW——設(shè)計(jì)狀態(tài)下，油腔壓力同限定壓力之比，取PW=0.7

PS——供油壓強(qiáng)，MPa，取PS=12MPa

經(jīng)計(jì)算，軸承承載能力完全可滿足使用要求。

3.2 管磨機(jī)軸向定位系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

（1）計(jì)算磨機(jī)受熱膨脹產(chǎn)生的最大軸向力

GZ=0.04G1=130.2kN

方向：沿軸線向出料端

（2）減速機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生最大軸向力

GJ=400kN

方向：沿軸線向進(jìn)料端

（3）磨機(jī)最大軸向力

GD=GJ-GZ=400（kN），當(dāng)GZ=0時(shí)GD最大

（4）確定夾板尺寸

根據(jù)安裝及運(yùn)輸?shù)囊螅谠试S范圍內(nèi)，初步設(shè)定夾板尺寸見圖8。

夾板面積 S1=0.151 8m2，夾板比壓 P1=GD/S1=2.64MPa，根據(jù)計(jì)算得出夾板比壓偏大，由于夾板面積已經(jīng)是允許的最大值，因此采用中壓強(qiáng)制潤(rùn)滑，其參數(shù)初步設(shè)定為：壓強(qiáng)：10MPa，流量：2.5L/min。

（5）供油壓強(qiáng)計(jì)算

夾板承載能力：

W=PW·PS·S1=0.7×0.151 8×10=1 062kN

式中：

PW——設(shè)計(jì)狀態(tài)下油腔壓力同限定壓力之比，取PW=0.7

圖9 φ5.2m×17m管磨機(jī)吊裝

PS——供油壓強(qiáng)，取PS=10MPa

經(jīng)計(jì)算，夾板承載力完全滿足供油壓強(qiáng)要求。

4 項(xiàng)目應(yīng)用

φ4.6m×14m的帶新型軸向定位系統(tǒng)的管磨機(jī)在阿爾及利亞項(xiàng)目運(yùn)行3個(gè)月后檢測(cè)夾板無(wú)磨損情況，而老產(chǎn)品每3個(gè)月就需要停機(jī)檢修一次。管磨機(jī)運(yùn)行一年多來(lái)，效果良好，夾板磨損小。后續(xù)公司又為國(guó)外另一項(xiàng)目研發(fā)了型號(hào)為φ5.2m×17m的帶新型軸向定位系統(tǒng)的管磨機(jī)，單臺(tái)凈重224t（不含傳動(dòng)接管），是公司自主設(shè)計(jì)研發(fā)的最大的八滑履水泥管磨機(jī)，也是目前國(guó)內(nèi)直徑最大的管磨機(jī)（圖9），該磨機(jī)于2018年7月吊裝完畢?！?/p>