在耐火材料的工業(yè)生產(chǎn)中，原材料及半成品的破碎與粉磨是其主要工作。也是影響其生產(chǎn)成本的重要因素。耐火材料行業(yè)破磨工藝因受設(shè)備性能和材料磨損的限制，現(xiàn)一直延用較古老的破磨工藝，如圖1所示。
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，眾多使用廠家之所以一直延用這種破磨工藝，其主要原因是材料的磨損問(wèn)題及鐵質(zhì)材料的二次污染問(wèn)題。如濟(jì)南某耐火材料廠購(gòu)置了一臺(tái)組合式立軸破碎機(jī)破碎88#高鋁料，用高錳錘頭，磨耗量達(dá)2000g/t，用高鉻鑄鐵錘頭，磨耗量也在600g/t左右，磨損非常嚴(yán)重，機(jī)械幾乎無(wú)法使用，同時(shí)過(guò)量鐵質(zhì)二次污染嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。
1、現(xiàn)有粉磨設(shè)備存在的問(wèn)題及改進(jìn)的方向
破碎設(shè)備從顎式破碎機(jī)到錘式破碎機(jī)，從立式破碎機(jī)到輥壓機(jī)，盡管其設(shè)備性能不斷提高，但隨之而來(lái)的是設(shè)備的投資不斷增加，而一直制約破碎設(shè)備發(fā)展的材料磨損問(wèn)題仍未從根本山上解決，如錘式破碎機(jī)的錘頭磨損比顎式破碎機(jī)的顎板要嚴(yán)重的多，而輥壓機(jī)的輥面，立磨的磨盤(pán)磨損均比其他破碎機(jī)嚴(yán)重的多。雖然為解決這些問(wèn)題在合金材料的配方上做了大量工作，但成效都不大，未能從理論上加以突破，因此，進(jìn)一步探求新的設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)是各種破碎機(jī)解決磨損問(wèn)題的必由之路，富通新能源銷(xiāo)售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
隨著設(shè)備性能的不斷改進(jìn)和提高，設(shè)備變得越來(lái)越復(fù)雜，而對(duì)于人均素質(zhì)相對(duì)較低的粉磨工業(yè)而言，操作維修過(guò)程中遇到的問(wèn)題越來(lái)越多，很多設(shè)備故障都是人為因素導(dǎo)致，因此，在不斷提高設(shè)備性能的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，盡量降低設(shè)備的復(fù)雜程度也是非常重要的。
目前各種破碎機(jī)設(shè)備存在的另一個(gè)問(wèn)題是破碎比較小，這樣不利于工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)成本的降低。如輥壓機(jī)等性能較先進(jìn)的粗磨細(xì)碎設(shè)備，其破碎比也只有50左右。
綜上所述，我們認(rèn)為：在綜合運(yùn)用已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究一種產(chǎn)量高、破碎比大、價(jià)格低廉，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，耐磨損，工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的粗磨細(xì)碎設(shè)備勢(shì)在必行。
作者在多年從事粉磨技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合了國(guó)內(nèi)外各種破碎設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)明了一種具有上述特性的粗磨細(xì)碎設(shè)備——無(wú)球磨機(jī)，現(xiàn)將該機(jī)介紹如下。
2、無(wú)球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理
無(wú)球磨機(jī)是一種粗磨細(xì)碎設(shè)備，主要用于破碎系統(tǒng)的二段作業(yè)及粉磨系統(tǒng)的粗、細(xì)磨作業(yè)。適用于處理粒徑小于300mm的各種硬度的物料，如耐火泥、磚瓦、澎潤(rùn)土、礦渣、煤礦石、石灰石、水泥熟料、煤塊、燒結(jié)高鋁（95#以下）、鋁礬土、長(zhǎng)石、砂巖等。能夠代替破碎機(jī)和磨機(jī)完成細(xì)碎（將100一80mm的物料破碎到10一3mm）、超細(xì)碎(將15—8mm的物料破碎到0. 08~0.06mm)、粗磨(將物料破碎到0.30—0.10mm)、細(xì)磨（將物料破碎到0.08—0.001mmcl]）等作業(yè)，當(dāng)然細(xì)磨作業(yè)還須不斷地探討，目前規(guī)模作業(yè)僅能完成325目以上即0. 045 mm以上的細(xì)磨作業(yè)。
無(wú)球磨機(jī)主要由三角皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子、上蓋、筒體、內(nèi)襯和底座組成。如圖2所示。
機(jī)器的主軸借助安裝在上、下軸承座中的調(diào)心和推力軸承定心和支承，軸上裝有破磨轉(zhuǎn)子和籠形轉(zhuǎn)子，主軸的下端裝有三角皮帶輪，經(jīng)三角帶靠電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)可上置、也可下置安裝，不影響機(jī)器的性能。內(nèi)襯采用梯度耐磨材料制成，轉(zhuǎn)子易損件采用金屬與陶瓷的復(fù)合材料制成，易損件壽命比合金材料提高數(shù)倍。
其工作原理：為庫(kù)底配料經(jīng)上部入料口進(jìn)入無(wú)球磨機(jī)，物料在機(jī)內(nèi)經(jīng)破磨轉(zhuǎn)子及自研介質(zhì)破磨后，經(jīng)籠形轉(zhuǎn)子分隔，合格產(chǎn)品經(jīng)一特別通道被收集下來(lái)。機(jī)內(nèi)顆粒的破碎是靠顆粒內(nèi)部能量不斷積累而一次性破碎的過(guò)程，而粉磨則是靠自研的過(guò)程完成，因此，出料顆粒的大小變化范圍較小，均齊性較好。能夠一次性滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，目前該機(jī)可生產(chǎn)325目以上的各種成品顆粒。該機(jī)因顆粒在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間較短，單位時(shí)間內(nèi)設(shè)備處理能力較高，目前該設(shè)備已生產(chǎn)8種型號(hào)，能夠滿(mǎn)足各行業(yè)粉磨作業(yè)要求，而單位電耗通常在0.5~12kWh/t之間，遠(yuǎn)低于常規(guī)破碎機(jī)和磨機(jī)。該機(jī)通常采用預(yù)粉磨、半終粉磨和終粉磨工藝。
3、無(wú)球磨機(jī)的虛擬裝配及典型零件的實(shí)體設(shè)計(jì)
無(wú)球磨機(jī)的目的、功能，所能達(dá)到的性能指標(biāo)、技術(shù)參數(shù)，都與設(shè)計(jì)息息相關(guān)。采用一些新的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)手段將更快、更有效地完成設(shè)計(jì)工作。如運(yùn)用計(jì)算機(jī)及輔助設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)無(wú)球磨機(jī)的并行設(shè)計(jì)和虛擬裝配，可以及時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，杜絕浪費(fèi)。圖4為典型零件的實(shí)體設(shè)計(jì)。
裝配設(shè)計(jì)（Design for Assembly-DFA）的出發(fā)點(diǎn)在于盡可能快地將某一產(chǎn)品裝配在一起，并確保最終裝配質(zhì)量。從廣義上講，DFA就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，對(duì)產(chǎn)品的裝配過(guò)程進(jìn)行量化分析，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少裝配時(shí)間，以獲得最低的裝配費(fèi)用。無(wú)論是確保產(chǎn)品的可裝配性，還是減少產(chǎn)品的成本，DFA通常所采用的手段是盡可能減少組成產(chǎn)品零部件數(shù)量，并確保所有零件易于制造和裝配。
DFA的設(shè)計(jì)遵循的主要準(zhǔn)則：
(1)使用最少零件零件數(shù)量減少具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是零件數(shù)量的減少不是無(wú)限制的，應(yīng)當(dāng)確保不出現(xiàn)由于零件的減少而使零件的形狀太復(fù)雜或太笨重，以致于難以裝配和制造的情形。減少零件數(shù)量的最好方法就是取消功能重復(fù)的零件或使某些零件具有多功能，以減少多余零件。
(2)裝配方向最少所有的零件應(yīng)盡可能在同一方向上進(jìn)行裝配，裝配方向過(guò)多將會(huì)增加裝配線的長(zhǎng)度，增大裝配操作位置和延長(zhǎng)裝配時(shí)間，影響裝配效率。在自動(dòng)化裝配和機(jī)器人裝配中，要避免裝配方向與重力方向沖突，應(yīng)采用自上而下的裝配方案。
(3)采用模塊化設(shè)計(jì)尤其對(duì)柔性自動(dòng)裝配線，各模塊質(zhì)量問(wèn)題可以分別處理，而不影響其它生產(chǎn)線的運(yùn)行，減少了自動(dòng)生產(chǎn)停工時(shí)間，更新和服務(wù)更簡(jiǎn)便、快捷。
(4)減少裝配工作面使一個(gè)工作面全部裝配工作完成后才移至另一個(gè)工作面。
(5)盡量減少使用緊固件如螺釘?shù)取?br /> (6)使裝配在外部進(jìn)行裝配操作應(yīng)很容易被觀察到，對(duì)手工和自動(dòng)化裝配都很重要。
(7)使零件易于識(shí)別盡量將零件設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)形狀，不對(duì)稱(chēng)時(shí)，應(yīng)增加或擴(kuò)大一些不對(duì)稱(chēng)特征，使零件易于識(shí)別，避免誤裝。
(8)優(yōu)化零件的抓取避免設(shè)計(jì)的零件鉤咬、纏結(jié)。
(9)對(duì)裝配在一起的零件應(yīng)有互鎖特征例如，設(shè)計(jì)時(shí)增加一些凹凸特征，可使零件保持原位。
根據(jù)以上原則，運(yùn)用實(shí)體設(shè)計(jì)和虛擬設(shè)計(jì)方法對(duì)800型無(wú)球磨機(jī)的零部件進(jìn)行了實(shí)體設(shè)計(jì)，虛擬裝配的800型樣機(jī)如圖4所示。通過(guò)虛擬裝配發(fā)現(xiàn)并解決了裝配中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。
4、無(wú)球磨機(jī)與立式破碎機(jī)、磨機(jī)、輥壓機(jī)性能比較
為了探討無(wú)球磨機(jī)與立式破碎機(jī)、磨機(jī)、輥壓機(jī)等設(shè)備的性能優(yōu)劣，我們就立式破碎機(jī)、無(wú)球磨機(jī)、輥壓機(jī)及磨機(jī)在不同的條件下能量消耗的情況、產(chǎn)品粒度情況及耐磨材料的磨損情況做了大量的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2、表3、表4、表5、表6所示。
由表1、表2、表3、表4、表5，表6可以看出，輥壓機(jī)和無(wú)球磨機(jī)既可以當(dāng)破碎機(jī)用又可以代替磨機(jī)作終粉磨設(shè)備，在產(chǎn)量、質(zhì)量同等的條件下，無(wú)球磨機(jī)的單位電耗較輥壓機(jī)低，而對(duì)于不同的人料粒度，輥壓機(jī)不如無(wú)球磨機(jī)適用范圍寬，破碎比不如無(wú)球磨機(jī)高，由不同破碎機(jī)與管磨機(jī)組成的破磨系統(tǒng)，無(wú)球磨機(jī)與管磨機(jī)組成的系統(tǒng)綜合電耗最低。在相同產(chǎn)量、質(zhì)量的條件下，無(wú)球磨機(jī)、輥壓機(jī)、復(fù)合破運(yùn)轉(zhuǎn)相同的時(shí)間對(duì)比結(jié)果證明：復(fù)合破破熟料70小時(shí)左右，則打擊件需修補(bǔ)或更換，否則出料明顯變粗；輥壓機(jī)破碎水泥熟料150小時(shí)左右，則打擊件需修補(bǔ)或更換，否則出料明顯變粗；無(wú)球磨機(jī)破碎熟料運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)，轉(zhuǎn)子需局部修補(bǔ)，但顆粒大小始終不變，性能指標(biāo)不因磨損而變化，顯然其綜合經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)是最理想的。目前唯一的不足是其使用的金屬和非金屬?gòu)?fù)合材料制備較困難，成本稍高，且該設(shè)備的大型化還需要不斷的完善。
5、應(yīng)用舉例
山東濟(jì)南某耐火材料廠采用該機(jī)破磨88#高鋁料（超硬耐火材料），采用終粉磨工藝，依據(jù)用戶(hù)要求，設(shè)備進(jìn)行了局部調(diào)整，使得該機(jī)生產(chǎn)的顆粒組成完全符合用戶(hù)的要求，大顆粒5~25mm的占40%，5~0.08 mm占35%，0.08mm以下的占25%。該系統(tǒng)產(chǎn)出產(chǎn)品顆粒形貌為球形，較好地滿(mǎn)足了耐火澆注料對(duì)顆粒形貌的要求；同時(shí)該機(jī)鐵質(zhì)二次污染的問(wèn)題也得到較好地解決，因該機(jī)主要破損部位為非金屬材料制成，因此最大限度降低了耐火材料廠破磨過(guò)程中鐵質(zhì)材料的含量。解決了耐火材料、陶瓷，磚瓦等行業(yè)對(duì)顆粒形貌及鐵質(zhì)污染的問(wèn)題。
6、結(jié)束語(yǔ)
依據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，基于綠色設(shè)計(jì)思想，結(jié)合無(wú)球磨機(jī)的開(kāi)發(fā)，從無(wú)球磨機(jī)全生命周期[3J-準(zhǔn)備、決策、設(shè)計(jì)、制造、裝配、安裝使用、拆卸維護(hù)、再利用等階段，將綠色設(shè)計(jì)思想充分、具體地應(yīng)用到設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)無(wú)球磨機(jī)存在的問(wèn)題，明確了下一步研究的方向。無(wú)球磨機(jī)是一種新型的粗磨細(xì)碎設(shè)備，它拋棄了傳統(tǒng)破碎機(jī)和磨機(jī)必須用打擊件和球的限制，采用顆粒內(nèi)部能量逐步累加而一次性破碎的理論，從根本上解決了通常情況下破碎機(jī)破碎比較小，無(wú)法作終粉磨的問(wèn)題，同時(shí)該機(jī)采用了金屬與非金屬材料的復(fù)合技術(shù)，最大限度的解決了材料磨損的問(wèn)題，及鐵質(zhì)對(duì)耐火材料二次污染的問(wèn)題，不僅適用于硬質(zhì)耐火物料，對(duì)軟質(zhì)物料性能更加優(yōu)越。無(wú)球磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)于輥壓機(jī)與立磨，而其一次性投資僅為立磨和輥壓機(jī)的六分之一，適合我國(guó)粉磨工業(yè)資金短缺的實(shí)際，是技術(shù)力量較薄弱的中小企業(yè)技改的理想選擇，相信該機(jī)的推廣應(yīng)用必將對(duì)粉磨工業(yè)的技術(shù)改造帶來(lái)革命性的變化。
