ψ2.4×10m球磨机设计.docx

1前言
建材产品的生产,从原料,燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨,其目的是使物料的比表面积增加,以提高物理作用的效果及化学反应的速度,如促进均匀混合 ,提高物料的流动性,便于贮存和运输,提高产量等。水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品,其磨碎的粒度越细,比表面积越大,则水泥的标号就越高。改善和提高产品的质量和数量,减少动力消耗,降低生产成本,即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。
球磨机不但在建材工业中广泛应用，而且在冶金、选矿、化工、电力等工业中也广泛采用。它的优点是∶物料适应性强；粉碎比大；适应强；结构简单、坚固、操作可靠，维护管理方便，能长期连续运转。缺点是∶工作效率低；体形笨重；磨机转速低；研磨体和衬板的消耗量大；操作时噪声大。
磨机是发电、选矿、化工和建材等许多工业部门广泛采用的粉磨机械。磨机能粉碎各种硬度的材料，在选矿场中被广泛的用来细磨各种矿石；在发电厂用来制备煤粉；在水泥厂经过破碎的原料、熟料和其它混合材料都需要在磨机中进行粉碎。归纳起来，粉碎的目的是：
1.增加物料的暴露面积。
保证生料在窑中得到充分的化学反应，使能够充分完成燃烧，水泥完全水化，产生较高的强度。为此目的，对水泥生料的细度应控制在0.08毫米方孔筛的筛余为10%以下，水泥应控制在8%以下，煤粉应控制在14%以下。
2.使用各种物料混合均匀。
水泥生料里的石灰石、粘土和铁粉，水泥中的矿渣、石膏和熟料等经过磨机粉磨以后不但能将其粉碎，还能使之混合均匀，以保证水泥的质量。
本课题是结合市场上所使用的各类型号的球磨机及由厂家在使用过程中所反馈的信息,分析其问题的来源,并相互比较综合各类球磨机的优点,经师生讨论而确定的。
本课题着重解决的问题是正确选择粉磨工艺系统，合理地设计磨机回转部分，提高粉磨效率，最大幅度达到高细、高产和低能耗运转。
设计要求:a、进料粒度：20～25mm；b、出料粒度：4900孔/筛筛余量为8～10%；c、生产能力: 24t/h。
技术要求：机械设计应保证其功能良好、使用可靠、维护方便；零件结构设计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好的工艺性。
总体设计思路∶
设计应用双层隔仓板进行磨内自选粉,使开流形式的粉磨装置系统，实现圈流工艺，各仓研磨体尺寸、级配不同，各零部件尽可能选用通用件和新型材料，以提高粉磨效率，最大幅度达到高产、高细和低能耗运转.
本设计具有很大的实用价值。因为采用了很多新的结构，大大降低了制造和维护的费用，减少了机器调整的次数，保证了生产的连续性,降低了生产成本，改善了产品性能，提高了企业的经济效益.

2 粉磨工艺系统
2.1粉磨
2.1.1 粉碎的意义及分类
用机械方法或非机械方法克服固体物料内部的内聚力而将其分裂的过程称为粉碎。粉碎包括破碎和粉磨，大块物料破碎成小块物料称为破碎：小块物料磨成细粉称为粉磨。相应地完成这些作业的机械，称为破碎机械和粉磨机械，或统称为粉碎机械。粉碎作业的分类见表2-1。

物料经粉碎后，比表面积增加，可提高化学反应速度和物理作用效果；几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果；物料经粉碎后，便于干燥、传热、贮存和运输；物料经粉碎后，还可用于材料科学，环境保护和选矿等部门。
在建筑材料生产中，粉磨作业是很重要的过程。粉磨作业的情况直接关系着产品质量和产品成本。
2.1.2 粉碎比及粒度表示
粉碎比是指粉碎前后物料的平均粒径之比。它表示物料粒径在粉碎过程中的缩小程度，是评价粉碎过程的技术指标之一。对破碎而言，称为破碎比，它是确定破碎系统和设备选型的重要依据。由于各种粉碎设备的粉碎比各有一定的范围，若要求物料的粉碎比较大，一台粉碎机难以满足要求时，就要用几台粉碎机串联粉碎，这种粉碎过程称为多级粉碎。第一级的进料平均粒径与最后一级的出料平均粒径之比称为总破碎比。等于各级破碎比的乘积,由[5]
=··… (2-1)
粉碎过程中，各种粒径的物料组成了混合体，这种混合体称为颗粒群。颗粒群的平均粒径，通常用质量平均法测算。步骤如下：
首先，取有代表性的试样，用套筛以筛分法把物料分成若干粒级，并用以下方法分别求出各粒级物料的平均粒径；设相邻两级筛子的孔径为 (大孔筛)和（小孔筛）,则该两级筛之间颗粒群（既小于且大于的颗粒群）可用算术平均粒径表示为=( + )/2,得到、、、。其次，分别称出物料的质量，得到、、、。最后，求出颗粒群的平均粒径。由[5]
（2-2）
筛分所得的粒度级数越多，算得的颗粒群平均粒径越准确。
2.1.3 物料的易碎性和易磨性
易碎性是表示物料被破碎难易程度的特性。它与其强度、硬度、密度、结构均匀性、含水率、粘性、裂痕、表面形状等有关。易碎性通常用易碎性系数表示，又称相对易碎性系数。某物料的易碎性系数是指用同一台粉碎机械在同一物料尺寸变化条件下，粉碎标准物料的单位产品电耗与粉碎该物料的单位产品电耗之比，由[5]
（2-3）
水泥工业一般以中等易碎的回转窑熟料作为标准易碎性物料，并令其易碎性系数为1。易碎性系数大的物料易于粉碎。
易磨性是表示物料本身被粉磨难易程度的特性。它与物料的种类和性能有关。矿渣比熟料难磨、熟料比石灰石难磨，是由它们的种类不同；种类相同时，脆性大的物料比脆性小的易磨，因此。水淬快冷矿渣比自然慢冷矿渣易磨，高饱和比熟料比低饱和比熟料易磨、地质年代短的石灰石比地质年代长的石灰石易磨。
国家标准GB9964-88《水泥原料易磨性试验方法》规定了球磨机易磨性的试验方法。该法原理：物料经规定的球磨机研磨至平衡状态后，以磨机每转生成的成品量计算粉磨功指数，此指数定量地表明物料粉磨的难易程度。辊式磨易磨性一般用小型试验磨进行。
易碎性和易磨性之间没有规律性的关系。
2.2 粉磨系统流程
按一定粉磨流程配量的主机及辅机组成的系统称作粉磨系统。粉磨系统可根据入磨物料的性能、产品种类、产品细度、产量、电耗、投资以及是否便于操作与维护等因素，通过比较选择适当的粉磨系统。水泥厂的粉磨作业有生料、水泥和煤粉三部分。
2.2.1 开路流程及其特点
在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品的流程为开路流程，如图2-1所示。其优点是：流程简单，设备少，投资省，操作简便。其缺点是：由于物料
全部到达细度要求后才能出磨，已被磨好的物料会出现过粉磨现象，并形成缓冲大垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效率，增加了电耗。

图2-1 粉磨系统流程
2.2.2 圈路流程及其特点
物料出磨后经过分级设备选出成品，合格的细粉为成品，而使粗粒返回磨内再粉磨的流程为圈路流程如图2-1。其优点是：可以及时将细粉排出、减少了过粉现象，使磨机产量提高，同时产品粒度均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变的粒度。其缺点是：圈路流程复杂、设备多、投资大、厂房高、操作麻烦、维修工作量大。
本课题选用的是开路流程。

3 球磨机的总体设计
3.1 球磨机的工作原理
球磨机的主要工作部分是一个装在两个大型轴承上水平放置的回转筒体，筒体用隔仓板分为几个仓室，在各仓内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球、钢段、钢棒、卵石、砾石和瓷球等。为了防止筒体被磨损，在筒体内壁装有衬板。
当磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着能强制物料流动，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，另磨内气流运动也帮助物料流动。因此，磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢流向出料端，完成粉磨作业。
3.1.1球磨机的种类
球磨机主要的工作部分是回转圆筒，一般是两端支承，一端出料并由电动机经过传动装置变速后带动，另一端喂料。筒中装有球、段、棒等研磨介质，与物料一起被回转筒体不断带起抛落冲击、研磨将物料磨碎。
球磨机具体类型很多，其差别在于所装载的研磨介质、进出料方法、传动与支承方式的不同。各种型式球磨机，现归纳如下：
(一)按所装研磨介质的不同来分:
1.球磨机：筒体内装钢球或钢段，这种磨机使用最普通。
2.棒磨机：简体内装钢棒作为粗磨机介质，这种磨机产品粒度均匀。
3.砾磨机：用砾石、卵石、瓷球为研磨介质，花岗岩、瓷料等衬板，用于生产白色或色彩水泥以及陶瓷工业用。
(二)按筒体的形状分:
1.短筒形磨机：筒体长度与直径之比L/D£1.0～1.5（图2中a、c），一般用于粗磨或一级磨。
2.长筒形磨机：筒体长度和直径之比L/D>1.5(图2中b、d)，当L/D之值增加至3～7则称为管磨机,管磨机内部分隔为几个仓，称为仓式管磨机，这种磨机在水泥厂用的较多。
3.圆锥形磨机。筒体仍为圆筒形，两端盖成圆锥形，其L/D=0.25～1.0，如图2中（c）所示。

图 1 球磨机按筒体形状及卸料方式分类

(三)按卸料方式分
1.中心卸料。这种磨机出料口是在磨机中心轴孔，其中又分为：
(1)溢流式中心卸料：如图2中a、c，这种磨机在粉磨时，磨内料面必须高出卸料口，而使物料溢流而出，工作时料球装的多，磨内结构简单，而操作不灵活，粉磨过程不宜调整。
(2)格子式卸料磨机：为克服上述缺陷在磨尾装有格子式提升板以帮助卸料，如图2中b,这类磨机在水泥厂最多。
2.周边卸料。
这种磨机的卸料是在筒体的周壁，如图表2中d，实际上它相当于两台端部周边卸料磨机的合体，而使设备紧凑，材料省，单位动力产量高，为新的一种磨机，多用于有选粉机的圈流系统。
（四）按传动方式分
1.中心传动。由卸料端经空心轴直接与减速机出轴联接，由电动机带动，传动轴的中心与简体中心线一致（图1.a）。
2边缘传动磨机。这种磨机的传动装置是将电动机的动力经过减速机后，传到与磨机筒体中心线相平行的传动轴上，在经过这根轴上的齿轮带动装在磨机筒体上的大齿轮，使磨机回转（图1.b）。
3.摩擦传动。仍属于边缘传动磨机，它是由安装在筒体上的轮带与主动轴上的拖轮相摩擦而传动(图1.c)。

图 1 磨机按传动装置分类

（五）其他分类
其他还可以按支承方式分为轴承支承与托锟支承，或两者混合支承等。按工艺和操作又分为干法磨和湿法磨，间歇磨和连续式磨，其中间歇磨多作为化验室的试验磨，工业生产都用大型连续式磨。
3.1.2球磨机主要部件
（一）筒体
磨机筒体是用钢板卷制焊接而成的圆筒形薄壁壳体，筒体内装设有不同形状的衬板和隔仓板，在筒体本身还开有人孔，以便检修和装填研磨体。筒体是一种承受交变动载荷并处于低速而长期运转的构件，而且又是磨机的主体。因此在设计中必须考虑它是不是更换零件，即要保证工作中安全可靠，长期使用。在制造中的关键就是保证筒体的圆度和焊接质量。（球磨机筒体断面如图2）
筒体的设计原则有：
1． 钢板材质的选择；
2． 排列筒体钢板的原则；
3． 对于直径比较大的球磨机筒体，在其中部如有环向焊缝，可按等强度理论，把中部的钢板选的适当厚些，但筒体的内表面应保证光滑。
4． 筒体上固定衬板和隔仓板的螺栓孔应根据衬板尺寸等距离开设，纵横成行，以便于加工。
5． 筒体上的人孔应开在各仓的中部位置，各仓的人孔还要沿筒体母线对称错开，这样对调整仓板位置有较大的余度，对筒体强度也有好处，也便于装卸研磨体。
6． 人孔的规格。人孔也叫磨门，它的作用就是为了使筒体内的零件和人能自由进出，便于检修，所以其尺寸不宜太小，但也不宜过大，若人孔开的过大，对筒体的断面强度消弱严重。

图 2 球磨机筒体断面
1－Ⅰ仓室衬板；2－Ⅱ仓室衬板；3—Ⅰ、Ⅱ仓室隔仓板；4－扬料板
（二）衬板
衬板是铺设在筒体内的一种保护筒体和起研磨作用的重要辅助部件。其对材质要求较高，在粗磨仓中要靠研磨体的冲击作用，所以要求材料有足够抗冲击的韧性，在受到冲击后，其表面能够冷作硬化，变得十分坚硬耐磨。在细磨仓中主要靠研磨体的研磨作用，对衬板材质要求是坚硬而耐磨。
衬板表面形状不同对研磨体的牵制能力也不一样，可根据磨机特性和粉磨物料粗细不同选择衬板的表面形状。衬板的主要类型如图：

图 3 衬板的主要类型
a.压条衬板b.凸棱衬板c.波形衬板d.阶梯衬板e.平衬板f.波纹衬板
（三）磨头
磨头是磨机主要零件之一，它承受整个磨机的动载荷，在使用中要长期安全可靠，所以设计应考虑为不更换件。
（四）隔仓板
磨机根据筒体长度与直径比值的不同，在筒体内用隔板仓分隔成不同数目的仓室。一般是：L/D〈2.0为单仓磨；L/D=2.0～3.0为双仓磨；L/D〉3.0为三仓或四仓磨。
隔板仓的主要作用有：
1． 分隔研磨体；
2． 防止大颗粒物料窜向出料端；
3． 控制物料的移动速度。
(五)磨机的出料装置
中心传动磨机的出料端，有以下三种结构形式。
1． 如图4所示的中心传动中心卸料端。它的卸料篦子1用螺栓5与磨头2连结在一起，在卸料篦子与磨头之间有叶板4，在叶板中间装有卸料锥3。物料由卸料篦子1的孔排出后，被叶板4带起。当物料被带到上部时，便由叶板上滑下，经卸料锥3滑到轴颈内的截头漏斗6内，最后从中间接管7上的椭圆孔落到控制筛8上。筛8用螺钉固定到中间接管7的法兰盘上，随法兰盘旋转。9为卸料罩子，物料成品由罩子底部卸出，落入运输机中，没有通过筛子的粗粒物料，沿筛子滑下来从孔10卸出。

图 4 中心传动中心卸料装置
2． 图5是一种中心传动边缘卸料的装置。在磨机端盖内表面和卸料篦板3之间，形成一个环行空间，在端盖壁上等距切割椭圆形孔2，物料从此孔卸出，落到外罩下部（图中外罩未画出）。

图 5 中心传动边缘卸料装置
3． 边缘传动磨机的卸料端（图6）。卸料篦子1和磨头2间有叶片3，在篦子的中部装有螺旋叶片4，叶片3能将物料带起并撒在螺旋叶片4上。通过螺旋叶片4和装在套筒5里的螺旋叶片6使物料顺畅地从轴颈中卸出。7为漏斗，用螺钉固定在轴颈的端面上，物料沿着漏斗落到控制筛8上，9为机罩，10为通风管道与排风机和收尘系统相联结。

图 6 边缘传动磨机的卸料端
1－卸料篦子；2－磨头；3－叶片；4－螺旋叶片；5－套筒；
6－螺旋叶片；7－漏斗；8－控制筛；9－机罩；10－通风管道
（六）主轴承
主轴承是磨机的支承部件，磨机的全部重量和研磨体与物料的重量及离心力等都由主轴承承受。
磨机是以空心轴支承于主轴承上的，由于物料是由空心轴内出入磨机，所以空心轴的外径和主轴承轴瓦直径都比较大，管磨机的主轴承轴瓦内径为600~1400毫米。磨机回转时各作用力的合力方向近似垂直向下，因此主轴承只需要下轴瓦。
磨机主轴承采用滑动轴承结构（滑动轴承都设计成自位调心的）的有两大类：一种是把自动调心的球面置于壳体之外如图7；还有一种是把球面置于壳体之内如图12。

图 7 调心球面在壳体外的主轴承
1－轴承上盖；2－联结螺栓；3－进水管；4－主轴承瓦；5－冷却水管道；6－轴承座；
7－冷却水管道；8－出水管；9－油管；10－螺栓；11－密封圈；12－排油管13－圆柱销
图11主轴承的轴瓦4支承在凹形球面的轴承面6上，轴瓦下面具有凸形球面，而上部浇注轴承合金，轴承座和轴瓦的接触球面要精加工。这样磨机工作时，可灵活地自动调位，可消除轴瓦局部过负荷的可能性。由于轴承上盖不承受载荷，为了减轻制造工作量，减轻重量，它可采用钢板焊接的结构，用螺栓2与瓦座刚性联结。为了防止轴瓦从轴承座内滑出，利用圆柱形销13稳定在轴承座上。为了防止灰尘由轴瓦侧边和中空轴之间缝隙进入轴承内，并防止润滑油流出，在轴瓦两侧用螺栓固定密封圈11，每一个密封圈都由两半组成，用毛毡10密封。当中空轴回转时,
在环行槽内充满了润滑油则同样起密封作用。润滑油沿着油管9进入轴承，油管一端封闭，下部壁上分布许多小孔，润滑油通过这些小孔，沿着回转中空轴均匀分布。用过的油，由轴瓦下部接管12和与其相连的集油管而流入循环油系统的过滤装置。
图8磨机主轴承球面瓦6支承在底座1上，球面瓦只有120°，由于中空轴在球面瓦上接触面夹角小于90°缘故。轴承上盖以钢板焊接结构。为了防止球面瓦从轴承座内滑出，用两个定位螺钉7和压板8是为了把中空轴上的油刮下，防止流到外面，对环境卫生有利。
这两种主轴承比较起来：金属用量方面“外球面”的比较省；轴承密封，“外球面”的比较优，因为轴承两侧的密封圈有可能随调心球面瓦一起自动调整，减小缝隙。但这种“外球面”轴承储油量较少，有时需要另外的油池或油箱，使系统复杂化。另外“外球面”的球瓦比较形大体重，则在机械加工和浇注轴承衬时比较麻烦。

图 8调心球面在壳体内的主轴承
1－轴承座；2－轴承上盖；3－挂油器；4－架板；
5－挂油刷；6－钨金瓦；7－顶块；8－挂油板

3.1.3球磨机的优缺点
由于球磨机有许多优点，所以在许多部门中受到重现，得到了广泛的应用，它的主要特点如下：
（一）优点
1.对于各种物料都能适应，能连续生产，生产能力大，可满足较大规模生产的需要。
2.粉碎比大，可达到300以上，并易于调整产品的细度。
3.可适度各种不同情况下工作，能干法生产，也可湿法生产，还可以把干燥的粉磨工序合并在一起同时进行。
4.设备本身操作可靠，能够长时间连续运转。
5.维护管理简单易进行。
6.有很好的密封装置，防止粉尘飞扬。
(二)缺点
1.工作效率低：
在生产水泥的过程中，用于粉碎作业的电量约占全厂的2/3，据统计，每生产一吨水泥的耗电量不低于70千瓦小时，但这部分电能的有效利用率却很低，据分析，磨机输入的功率用于粉碎物料(做有用功)的功率消耗只占一小部分，约5%～7%，而绝大部分电能消耗于其他方面，主要是转变为热能和声能而消失掉，这是一项很大的浪费。
2.体型笨重：大型磨机的总重量可大几百吨以上，这样一次性投资必然很大。
3.配置昂贵：由于磨机筒体转速和很低(每分钟15～25转)，如用普通电动机驱动，则需配置昂贵的减速装置。
4.生产成本高：
研磨体在冲击和研磨物料的同时，本身也要受到磨剥，筒体内的衬板等零件也被磨剥，因此在整个水泥生产过程中，粉碎作业（生料制备、磨水泥）所消耗的铁板量是很多的，据分析，大约每生产一吨水泥的钢铁消耗为1公斤左右。
3.2 球磨机的主要参数计算
3.2.1 球磨机的临界转速
当磨机筒体的转速达到摸某一数值时，研磨体产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离角=0°，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于极限位置时，脱离角=0°，将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速,由[11]
（3-1）
式中：——临界转速，r/min；
——筒体有效半径，m；
——磨机筒体有效直径, m。
代入公式（3-1）
以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等
因素有关。
3.2.2 球磨机的理论适宜转速
使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速称作球磨机的理论适宜转速。当靠近筒壁的最外层研磨体的的脱离角=54°44′时,研磨体具有最大的降落高度,对物料产生粉碎功最大。将=54°44′代入式cos≥，可得理论适宜转速,由[11]
（3-2）
代入公式（3-2）

3.2.3 转速比
球磨机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比,由[11]
（3-3）
上式说明理论适宜转速为临界转速的76%。一般磨机的实际转速为临界转速的70～80%。
3.2.4 磨机的实际工作转速
磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。根据水泥生产中磨机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法,由[11]
当m时 （3-4）
当1.8m<≤2.0m时 （3-5）
当≤1.8m （3-6）
式中: ——磨机的实际工作转速，r/min；
——磨机的有效内径，m；
——磨机规格直径，m。
代入公式（3-4）
r/min
3.2.5 磨机的功率
影响磨机需用功率的因素很多，如磨机的直径、长度、转速、装载量、填充率、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率的方法也很多，常用的计算磨机需用功率的计算式有以下三种,由[5]
（3-7）
（3-8）
（3-9）
式中: ——磨机需用功率，kW；
——磨机有效容积，m；
——磨机有效内径，m；
——磨机的适宜转速，r/min；
——研磨体装载量， t；
——磨机填充率（以小数表示）。
选用公式（3-7）计算：
kW
磨机配套电动机功率计算
=1.3×1.1×442=632kW
式中: ——与磨机结构、传动效率有关的系数，见表3-1；
——电动机储备系数，在1.0～1.1间选取。
表3-1 与磨机结构、传动效率有关的系数
磨机形式
干法磨
中卸磨
边缘传动
1.3
1.4
中心传动
1.25
1.35
3.2.6 磨机的生产能力
A.磨机小时生产能力的计算
影响磨机需用功率的因素很多，主要有以下几个方面：粉磨物料的种类、物理性质和产品细度；生产方法和流程；磨机及主要部件的性能；研磨体的填充率和级配；磨机的操作等。常用磨机生产能力经验计算式为,由[5]
（3-10）
式中: ——磨机生产能力，t/h；
——磨机所需功率，kg/kW；
——单位功率生产能力，kg/kW；
——流程系数，开路取1.0；闭路1.15～1.5。
代入公式（3-10）
= 24 t/h
将一起考虑，干法开路长磨粉磨系统，值为55～60。
B. 球磨机的年生产能力,由[5]
=8760 （3-11）
式中: ——磨机的年生产能力，；
——磨机台时生产能力，；
——磨机的年利用率，生料开路磨<80%，生料闭路磨<78%，水泥开路磨<85%,水泥闭路磨<82%。所有系统的年利用率不得低于70%。
代入公式（3-11）
=8760=8760×80%×24=168192 t/y

4 球磨机的回转部分设计
4.1 筒体部分设计

球磨机的规格是以筒体的内径和筒体的长度的乘式来表示的，如F2.2×13m磨机。
如图3中(a)、(b)分别是F2.2×13m中心传动中心卸料和边缘传动中心卸料球磨机的构造图，这两种磨机除传动装置外，其他部分的构造基本相同，本设计采取边缘传动方式。

图 3 中心传动和边缘传动球磨机
（a）中心传动磨机；（b）边缘传动磨机
A．筒体的结构形式
一般筒体都设计成整体式结构，因为整体式结构的制造综合偏差相对较小。且加工费用相对也低一些。
大规格的筒体则往往会受运输条件和制造加工能力的限制，而不得不将筒体设计成“分段式” 结构。筒体段节之间一般采用带定位止口的法兰联接结构。筒体分段的另一种办法是现场焊接：筒体在制造厂按运输条件分段，然后准确地加工出带止口的特殊焊缝坡口，连同专用的全套施焊设备运到现场，由制造厂的焊接技师在现场进行焊接和消除焊接应力。这种方法只有在该地区有几台磨机的筒体需要在现场焊接才比较合算，否则是不经济的。
B．筒体与端盖的联接形式
筒体与磨头端盖的联接形式有以下三种：
a.外接型法兰联接
在磨机规格大型化之前，筒体采用外接型法兰与端盖相联接的结构被广泛应用，其特点是与磨头组装比较方便，但筒体外形直径大，切削加工面和材料消耗也比较大。
b.内接型法兰联接
内接型法兰联接是大中型磨体广泛采用的结构。其特点是原材料的利用率相当高，结构设计比较合理。
c.无法兰联接
无法兰联接实际上是将筒体和磨头端盖直接焊为一体的结构形式，焊接接头都是对接焊结构。从端盖结构的发展趋势来看，这种无法兰对接焊联接的 形式，将通用于各种规格和各种类型的磨体，因为它具有结构合理、制造简便和使用可靠等特点。
本磨机选用的是内接法兰联接。
4.1.2磨门与人孔
磨门是为封闭人孔设置的，要求装卸方便、固定牢固。
人孔的主要作用是：检修和更换磨体内的各种易损件，装卸研磨体以及对磨内物料的采样。
A.磨门
磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型。
a.内提式磨门
内提式磨门有两种结构形式：一种是把磨门和磨门衬板铸造成一整体这种结构只适用于韧性高的耐磨材料，因为造型大而复杂，脆性材料容易断裂。
另一种结构是把磨门和磨门衬板分开制造。磨门衬板用螺栓固定在型钢或铸钢制造的磨门上，然后用弓形架再把磨门固定在筒体上。
b.外盖式磨门
外盖式磨门的突出优点是磨门衬板和筒体衬板完全一样。
本磨机选用的是外盖式磨门。
B．人孔
a.内提式磨门的人孔
内提式磨门的人孔有带补强板和不带补强板之分。
b.外盖式磨门的人孔
外盖式磨门的人孔，均须设置固定磨门的“人孔框”。人孔框同时也起到补强板的作用，与筒体的联接均采用铆钉铆接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四个孔角的圆角半径等，基本要求和内提式磨门的人孔相同。
4.1.3筒体的基本要求和规定
A.钢板材质和厚度的选择
筒体属于不更换的零件，要保证工作中安全可靠，并能长期连续使用。所以要求制造筒体的材料的金属材料的强度要高，塑性要好，且应具有一定的抗冲击性能。筒体是由钢板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒体的材料是普通结构钢板Q235，它的强度、塑性、可焊性都能满足这些要求，且易购到。钢板厚度采用40mm。
B.筒体的有效内径和有效长度,由[5]
a.筒体的有效内径
（4-1）
式中:——筒体的规格直径，m；
——筒体的有效直径，m；
——衬板平均厚度，m；一般取=0.05m。
代入公式（4-1）
m
b.筒体的有效长度
（4-2）
式中: ——筒体的规定长度，m；
——筒体的有效长度，m；
、、——分别为隔仓板、端盖衬板、扬料装置的厚度,m；取0.32m。
代入公式(4-2)
m
C.筒体钢板的排列原则
a.充分利用钢板的规格尺寸和卷板机的最大能力，使筒体的焊缝总长达到最短为原则来排列钢板，厚钢板与薄钢板对接焊的过渡斜率不大于1：10为宜。当筒体纵、环焊缝在排列中发生矛盾时，应以减少纵焊缝为主来处理，这是基于焊接应力场的矢向都平行于筒体素线，避免形成应力叠加来考虑的。筒体段节间的纵向焊缝，应按100πmm的整倍数错开，这是基于筒体上的衬板螺栓孔的周向节距是按100πmm考虑的，这样可使各段节筒体上的螺栓孔，得到距焊缝最大的距离。
b.焊缝距各种孔边的最小距离
焊缝不许通过筒体上的任何开孔。焊缝坡口边至孔边的最小距离为筒体厚度的2倍且不小于75mm为宜。当焊缝必须通过人孔加强板下面时，该焊缝必须全长磨平，磨平表面的粗糙度不应低于钢板表面的相应值。
4.1.4筒体的计算
A．作用于筒体的总载荷Q,由[11]
磨机运转时，作用于筒体的总载荷Q包括两部分，一部分是磨机回转部分的重力，另一部分是动态研磨体（包括物料）所产生的力P。
a.磨机回转部分的重力
（4-3）
式中: ——磨机回转部分的重力，N；
——磨机筒体的重力，N；
——磨机磨头的重力，N；
——磨机磨尾的重力，N；
——磨机衬板的重力，N；
——磨机隔仓板的重力，N；
——磨机大齿圈的重力，N.
(4-4)
代入公式(4-4)

代入公式(4-3)

b.动态研磨体所产生的力P
磨机内研磨体在抛落状态运转时,研磨体所产生的力,主要有泻落部分面积的重力及部分的离心力和抛落部分面积的冲击力等三部分.一般情况下,动态研磨体由上述三部分力所产生的合力,只比静态研磨体的自重G大2%,即:
P=1.02G (4-5)
式中： P—— 动态研磨体产生的力,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
粉磨时研磨体和物料是混合在一起的,这部分物料重量约为研磨体重量的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.磨机运转时,作用于筒体上的总载荷Q
Q=+1.14P (4-7)
代入公式(4-7)
Q=9.63×+1.14×5.13×=1.548×N
B.边缘传动时大齿圈的圆周力,由[11]
(4-8)
式中: ——圆周力,N;
N——磨机需要的功率,kW;
n——磨机筒体的转速,r/min;
——大齿圈的节圆半径;m.
代入公式(4-8)
N
C.筒体作用力的分布,由[11]
计算作用在筒体上的弯矩时,筒体上的作用力分布如图4-1所示。
a. (4-9)
式中: ——单位长度上受力,;
——筒体长度,.
代入公式(4-9)
=9.2
b.动态研磨体所产生的作用力1.14P,也是沿筒体长度均匀分布.由于各仓平均球径和研磨体装载量不同,产生的作用力大小也不一样,所以应该分仓计算。
一仓单位长度上受的力为:
(4-10)
二仓单位长度上受的力为:
(4-11)
式中: 、——分别为一、二仓单位长度上受的力,;
、——分别为一、二仓动态研磨体的作用力,N;
、——分别为一、二仓的长度,.
P=G= （4-12）
代入公式（4-12）

根据生产实践，一般干法开流生产磨机：双仓磨时，第一仓仓长为全长的30%～40%，第二仓仓长为全长的60%～70%。

代入公式（4-10）
=
=
c.边缘传动大齿轮的重力作为集中载荷。磨头重力和磨尾重力也作为集中载荷，其作用点在磨头（或磨尾）和筒体接触面至支座（主轴承）支反力作用点距离的1/3处。
D.筒体弯曲强度,由[11]
a.进料端主轴承处的支反力

（4-13）
代入公式（4-13）

图4-1 磨机筒体作用力的分布
b.出料端主轴承处的支反力
（4-14）
代入公式（3-14）

d.磨机筒体所受的最大弯矩
（4-15）
令
代入公式（4-15）

e.磨机筒体所受的扭矩
（4-16）
将式（4-8）代入（4-16）中得

（4-17）

代入公式（4-17）

f.磨机筒体所受当量弯矩M
（4-18）
代入公式（4-18）
式中: ——筒体所受当量弯矩，；
——筒体所受最大弯矩，；
——筒体所受扭矩，；
——折合系数，一般取为0.5～0.6。
g.磨机筒体抗弯断面模数W
（4-19）
式中: ——筒体抗弯断面模数，；
——磨机筒体的外半径，；
——磨机筒体的内半径，。
代入公式（4-19）
h.磨机筒体所受的弯曲应力
（4-20）
式中: ——筒体所受的弯曲应力，；
——筒体所受的当量弯矩，；
——筒体抗弯断面模数，；
——筒体断面消弱系数，是由人孔和衬板螺栓孔所引起的，一般取C=0.8～0.9。
代入公式（4-20）
i.磨机筒体的许用弯曲应力
磨机筒体是在变载荷作用下长期连续工作，因此，筒体断面许用应力应按筒体材料的疲劳极限来确定。