段啟剛 陳 遠 張 瑩 鐘 蕓 毛 凱

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

21世紀初，通過參與國內(nèi)分包、自主研制，對國內(nèi)外設(shè)計制造的傳統(tǒng)立磨進行了消化、吸收、再創(chuàng)新，在成功研制傳統(tǒng)立磨的基礎(chǔ)上，我公司于2007年發(fā)明了一種多點邊緣傳動、大直徑靜壓支承的新型立式輥磨機(簡稱“新型立磨”)，突破了國內(nèi)外傳統(tǒng)立磨僅有的立式中心傳動結(jié)構(gòu)型式，成功解決了傳動減速器壽命短、維修難、磨機規(guī)格和產(chǎn)能不能大型化的瓶頸問題，礦渣粉磨產(chǎn)能達到140萬噸/年。

最初研制的幾臺新型立磨，由于沒有任何設(shè)計制造及使用經(jīng)驗，存在大齒輪磨損后更換較困難、部分結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、大齒輪罩漏油，部分零部件加工制造工藝性較差、設(shè)備重量大等問題。通過全面系統(tǒng)地分析研究，對新型立磨的各部分結(jié)構(gòu)、制造及裝配、安裝調(diào)試和使用維護等方面進行了優(yōu)化設(shè)計，并于2013年9月成功應(yīng)用于國內(nèi)某大型鋼廠的EZZM59.3+3新型礦渣立磨，取得了顯著效果。

本文介紹EZZM59.3+3新型礦渣立磨的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)參數(shù)，重點分析EZZM59.3+3新型礦渣立磨的優(yōu)化設(shè)計研究。

1 EZZM59.3+3新型礦渣立磨的結(jié)構(gòu)特點

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

EZZM59.3+3新型礦渣立磨主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 新型礦渣立磨主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of new type slag vertical mill

1.2 主要構(gòu)成及特點

1.2.1 設(shè)備組成

EZZM59.3+3新型礦渣立磨主要由傳動裝置、靜壓支撐裝配、磨盤裝置、噴口環(huán)裝置、磨輥裝置、磨輥加壓裝置、立磨機架、立磨機身、選粉機殼體、選粉機裝置、喂料裝置、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、電氣部分等組成，如圖1和圖2所示。

1.2.2 結(jié)構(gòu)特點

邊緣傳動新型立磨的粉磨及選粉原理與傳統(tǒng)的中心傳動立磨完全一樣，其結(jié)構(gòu)不同點是磨盤的傳動方式及支承方式不同。

如圖2所示，靜壓支撐裝置安裝在磨機底座上，磨盤座安裝在靜壓支撐裝置上，磨盤裝置安裝在磨盤座上，在磨機底座與磨盤座中部同軸設(shè)置有定心裝置，在磨盤座下部外側(cè)安裝有大齒圈，組成磨機的大直徑靜壓支承系統(tǒng)。設(shè)備的傳動系統(tǒng)，由電動機、聯(lián)軸器和減速器組成。

1—機架 2—銷輥液壓缸 3—回料礦渣喂料裝置 4—成品出口 5—濕礦砂喂料裝置 6—氣料自由混合區(qū) 7—主輥裝置 8—銷輥裝置 9—燃氣體入口 10—主輥液壓缸 11—主傳動裝置圖1 EZZM59.3+3新型礦渣立磨示意圖Figure 1 EZZM59.3+3 new type slag vertical mill

1—大齒圈 2—磨盤座 3—帶盤裝置 4—減速器 5—電動機 6—聯(lián)軸器 7—靜壓支撐裝置 8—磨機底座 9—定心裝置圖2 EZZM59.3+3新型礦渣立磨傳動及支撐示意圖Figure 2 Transmission and supporting of EZZM59.3+3 new type slag vertical mill

1—電動機 2—靜壓支撐油墊 3—磨盤連接法蘭 4—磨盤裝置 5—磨輥 6—磨機底座 7—減速器 8—聯(lián)軸器圖3 傳統(tǒng)立磨傳動及支撐示意圖Figure 3 Transmission and supporting of conventional vertical mill

1.2.3 與傳統(tǒng)立磨的比較

(1)提高了減速器的使用壽命

如圖2所示，新型立磨磨盤的支撐方式是通過磨盤座、靜壓支撐裝置和磨機底座進行支撐，磨輥對磨盤的碾壓力直接傳遞到磨機底座，由基礎(chǔ)承受，對分布于外圍的減速器不產(chǎn)生直接影響，可有效提高減速器的使用壽命。

如圖3所示，傳統(tǒng)立磨的磨盤通過磨盤連接法蘭、靜壓支撐油墊、減速器和磨機底座進行支撐，磨輥對磨盤的碾壓力直接傳遞到減速器，再到磨機底座，由基礎(chǔ)承受。這樣，因料層厚度不均產(chǎn)生不斷變化的磨輥碾壓力，使磨盤受力不均且不斷變化；又因磨盤工作直徑與減速器靜壓支撐油墊直徑存在大的直徑差，磨輥的壓力差ΔN=N1-N2對磨盤形成傾翻力矩ΔNl，使磨盤產(chǎn)生高頻振動；磨盤的高頻振動直接傳給減速器，使減速器殼體及傳動件受到附加垂直變載荷和傾翻力矩的影響，造成殼體和傳動件變形，使減速器的壽命縮短；有不少水泥廠和鋼廠的中心傳動立式減速機螺旋傘齒輪、輸出軸、太陽輪出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象，從而導(dǎo)致立磨主機停機，給生產(chǎn)帶來影響。

(2)傳動系統(tǒng)維修期間可減產(chǎn)生產(chǎn)

如圖2所示，當(dāng)分布于外圍的多臺減速器中有某臺減速器發(fā)生故障時，可將該臺減速器外移或拆除單獨進行檢修，而其它減速器還可繼續(xù)驅(qū)動磨盤工作，使磨機維持減產(chǎn)生產(chǎn)，可不停機維修。但傳統(tǒng)立磨中如果出現(xiàn)太陽輪、行星輪和螺旋傘齒輪輪齒損壞的情況，只有將減速器拆除，停產(chǎn)單獨維修，通常只有減速器廠家才具備修復(fù)能力，且周期長、費用高。

(3)傳動系統(tǒng)造價及維護成本低，維修更方便

因采用多點、多套驅(qū)動系統(tǒng)，每套減速器、聯(lián)軸器和電動機的規(guī)格均較小，通常情況下可選擇通用、標準的減速器、聯(lián)軸器和電動機，其規(guī)格型號和備件相同，不僅采購成本和維修成本低，而且用戶在現(xiàn)場就能進行檢修或備件更換，維修方便。

(4)實現(xiàn)立磨的大型化，降低投資及運營成本

新型立磨的支撐方式，可使磨盤、磨盤座、靜壓支撐裝置和磨機底座根據(jù)需要按最大制造能力制造，還可增加主輥和輔輥的數(shù)量和擴大直徑，提高立磨產(chǎn)能；多點邊緣傳動可根據(jù)不同粉磨介質(zhì)所需功率，靈活布置驅(qū)動點數(shù)、確定減速器和電動機規(guī)格，與傳統(tǒng)立磨相比具有更好的適應(yīng)性；多點邊緣傳動，因成倍地增加了驅(qū)動系統(tǒng)，我公司已設(shè)計制造有兩點驅(qū)動、三點驅(qū)動和四點驅(qū)動新型立磨，每個點的單機功率可達2.5 MW以上，總功率可達10 MW以上，實現(xiàn)了立磨的大型化，這是傳統(tǒng)立磨無法實現(xiàn)的。磨機單機大型化后，提高了粉磨效率，降低了單位產(chǎn)品能耗，節(jié)省了土地資源，降低了采購成本和投資額，運營成本也降低。

2 EZZM59.3+3新型礦渣立磨的優(yōu)化設(shè)計

EZZM59.3+3新型礦渣立磨是我公司為國內(nèi)某大型鋼廠研制的三套主輥、三套輔輥、三點邊緣傳動，呈奇數(shù)布置的新型礦渣立磨，該立磨是在總結(jié)EZZM58.3+3和EZZM69.4+4新型礦渣立磨的基礎(chǔ)上，進行了全面的優(yōu)化設(shè)計。

2.1 磨盤體與磨盤座的結(jié)構(gòu)設(shè)計

磨盤體與磨盤座的裝配結(jié)構(gòu)如圖4所示。

(1)對磨盤體進行受力分析及計算，在滿足強度和剛度的條件下，將圖4(a)磨盤體壁厚126 mm減小到100 mm，如圖4(b)，有效降低了磨盤體和磨盤座的重量，降低了制造成本。

(2)將圖4(a)磨盤體的高度由3905 mm降低到1910 mm，不僅有效降低了鑄造難度，改善鑄造工藝性，縮短鑄造周期，而且降低了磨盤體的重量，降低了制造成本。

(3)圖4(a)磨盤體與磨盤座采用止口定位，豎直抗剪銷傳遞扭矩，螺栓連接結(jié)構(gòu)。豎直抗剪銷均勻布置在磨盤體內(nèi)，只有在磨盤體上開方孔，采用直角洗頭才能加工抗剪銷孔，加工困難，成本高；圖4(b)采用水平抗剪銷傳遞扭矩，磨盤體不需要開方孔，直接從外側(cè)加工，避免了因開方孔降低磨盤體的強度，不需要直角銑頭，加工方便快捷，成本低。

(4)圖4(a)磨盤座采用鑄鋼件與鋼板焊接的焊接結(jié)構(gòu)，鑄件本身制造周期長、質(zhì)量不易控制，鑄后才能焊接，周期更長，成本也高。圖4(b)磨盤座采用焊接件結(jié)構(gòu)，制造周期短，成本低。

(a)EZZM58.3+3(b)EZZM59.3+3

2.2 大齒圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖5(a)是EZZM58.3+3立磨大齒輪結(jié)構(gòu)，由左右兩個半齒圈、剖分面處騎縫銷和把合螺栓組成，齒圈截面為由內(nèi)外圓環(huán)和中間腹板組成的工字形結(jié)構(gòu)，與磨盤座的裝配如圖6(a)所示。該結(jié)構(gòu)是大齒圈的典型結(jié)構(gòu)，雖然其加工制造工藝成熟、制造成本相對較低，但當(dāng)大齒圈磨損需要更換時，大齒圈與磨盤座把合螺栓一端位于磨盤座內(nèi)，拆裝很不方便；另外因半齒圈尺寸大，很難從兩個立柱之間拆卸出來，更換困難。

(a)EZZM58.3+3(b)EZZM59.3+3

圖5 立磨大齒圈裝配圖Figure 5 Assembly of vertical mill big gear ring

圖5(b)是EZZM59.3+3立磨大齒輪結(jié)構(gòu)，由四個1/4齒圈、剖分面處騎縫銷和把合螺栓組成，齒圈截面為三角形結(jié)構(gòu)，與磨盤座的裝配如圖6(b)所示。該結(jié)構(gòu)為我公司首次設(shè)計制造，雖然其加工制造難度大、制造成本相對較高，但當(dāng)大齒圈磨損需要更換時，大齒圈與磨盤座把合螺栓位于磨盤座外，拆裝非常方便；另外因1/4齒圈尺寸小，可以很方便地從兩個立柱之間拆裝，不需要拆除立柱等，大齒圈更換方便、快捷；另外，因截面為三角形，降低了大齒圈重量，節(jié)約了制造成本。

2.3 定心裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖7(a)是EZZM58.3+3立磨的定心裝置結(jié)構(gòu)圖，主要由定心軸、滑動軸套、定位銷、定位鍵和端蓋等組成。定心軸外徑?1370 mm、滑動軸徑?1200 mm，長度2829 mm。對該設(shè)備在使用過程中主電機的最大電流、最小電流、正常工作電流、振動頻率及振幅等進行了實時監(jiān)測，并對設(shè)備的受力、應(yīng)力水平、剛度和強度進行了逆向驗證及分析研究，其實際應(yīng)力低，變形小，剛度大。因此，在EZZM59.3+3立磨的設(shè)計過程中，我們利用了對EZZM58.3+3立磨的研究成果，對定心裝置進行了優(yōu)化設(shè)計，如圖7(b)所示，定心軸外徑?660 mm、滑動軸徑?530 mm，長度1528 mm，遠小于EZZM58.3+3立磨，不僅大幅減小了定心裝置的外形尺寸，降低了加工制造難度和重量，而且將立磨支撐總高度降低了644 mm(7044 mm～6400 mm)，與中心軸相配的磨盤座和磨機底座圓筒形結(jié)構(gòu)部分的尺寸也大幅減小，降低了加工制造難度和重量。

(a)EZZM58.3+3(b)EZZM59.3+3

(a)EZZM58.3+3

2.4 選粉機下軸承裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖8(a)是EZZM58.3+3立磨選粉機下軸承裝置結(jié)構(gòu)圖，主要由中空軸連接法蘭、軸承座、軸承、端蓋、透蓋、迷宮密封和唇形密封等組成。該結(jié)構(gòu)是參考國內(nèi)立磨選粉機下軸承裝置的常用結(jié)構(gòu)，但在使用過程中細粉很容易進入到唇型密封環(huán)和密封面，堆積在環(huán)中，造成密封件的過早磨損損壞，細粉進入軸承形成磨粒磨損，造成軸承損壞，影響軸承的使用壽命。為此，對原結(jié)構(gòu)進行分析研究，設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu)如圖8(b)所示，將中空軸連接法蘭下端面與透蓋之間的迷宮密封設(shè)計成唇形密封，在悶蓋上增加了一個進油孔，在中空軸連接法蘭下端面外側(cè)增設(shè)了一圈氈圈密封。該結(jié)構(gòu)將細粉徹底隔絕在外，延長了軸承使用壽命4倍以上，另外悶蓋上增加的進油孔，通過注入新油將老油強行擠出，避免原結(jié)構(gòu)老油長期積存在下部因受高溫板結(jié)造成損壞的情況。該結(jié)構(gòu)已獲國家知識產(chǎn)權(quán)專利授權(quán)。

3 設(shè)備運行情況

該設(shè)備運行6年多來，與其它立磨對比，運行噪聲明顯下降，下降大約8 dB～12 dB，高頻振動和振幅得到有效改善，降低大約10%～20%，選粉機下軸承壽命提高了4倍多；傳動系統(tǒng)的大齒圈和三臺主減速器一直運行正常，沒有出現(xiàn)過度磨損、斷齒和軸承損壞等；大齒輪罩滲漏油的情況得到徹底解決。

4 結(jié)論

(1)該新型立磨，是我公司在首臺EZZM58.3+3三點邊緣傳動的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計的升級裝備，至今已正常運行6年多，充分驗證了優(yōu)化設(shè)計的安全性、可靠性和技術(shù)先進性，其良好性能得到了用戶的充分肯定。

(2)磨盤體與磨盤座的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，有效降低了磨盤體鑄件高度，改善了其鑄造工藝性，縮短了鑄造周期，同時減小了磨盤體和磨盤座壁厚，減少了重量；豎直抗剪銷設(shè)計成水平抗剪銷，改善了加工工藝性，縮短了加工周期，降低了加工成本；磨盤座由鑄焊結(jié)構(gòu)設(shè)計成焊接結(jié)構(gòu)，大幅縮短了制造周期，降低了制造成本。

(3)定心裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，大幅縮小了中心軸、滑動軸套和與之相配的磨盤座和磨機底座圓筒形部分的尺寸，減小了設(shè)備重量，節(jié)約了制造成本。

(4)大齒圈設(shè)計成四個1/4齒圈把合結(jié)構(gòu)，大幅縮小了1/4齒圈的尺寸，可以很方便地從兩立柱之間裝拆，大齒圈更換方便、快捷；另外，采用三角形截面降低了大齒圈重量，節(jié)約了制造成本。

(5)選粉機下軸承裝置的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，有效將粉磨細粉徹底隔絕在外，悶蓋上增加的進油孔，可將老油強行擠出，避免了原結(jié)構(gòu)老油長期積存在下部因受高溫板結(jié)造成損壞的情況，將軸承的使用壽命提高到原結(jié)構(gòu)使用壽命的4倍以上。

(6)本次設(shè)計研究，有效降低設(shè)備重量116.42 t，節(jié)約制造費用253.85萬元；改善加工工藝性，節(jié)約加工制造費用58.517萬元，共降低制造費用約312.367萬元。