譚開強

（萬向錢潮(桂林)汽車底盤部件有限公司，廣西 桂林 541004）

1 引言

R型擺式磨粉機是我國建材、礦山、冶金、化工等行業(yè)粉磨各種莫氏硬度七級以下、濕度6%以下、產(chǎn)品細度在0.044～0.125mm范圍內(nèi)的礦石的主要研磨設(shè)備，我國R 型擺式磨粉機的標(biāo)準規(guī)格有2R2613、3R2714、4R3216、5R4119型擺式磨粉機[1]。R型擺式磨粉機的進料粒度(物料尺寸)是磨機的主要控制參數(shù)，決定著物料在磨機內(nèi)能否進行研磨粉碎。國內(nèi)目前尚無R型擺式磨粉機進料粒度的計算公式，進料粒度主要參考國外同類相應(yīng)規(guī)格機型確定。

本文對R型擺式磨粉機的工況進行研究，推導(dǎo)進料粒度計算公式，合理確定R型擺式磨粉的最大進料粒度，以保證R型擺式磨粉機對物料的有效研磨。

2 R型擺式磨粉機進料粒度的研究與計算

2.1 R型擺式磨粉機的結(jié)構(gòu)和工作原理

R型擺式磨粉機對物料的研磨由磨粉機主機完成。磨粉機主機的結(jié)構(gòu)和工作原理(見圖1)，磨粉機主機主要由中心軸、梅花架、磨輥裝置、磨輥、磨環(huán)、鏟刀裝置、鏟刀、底座等零部件組成。傳動裝置將運動傳遞給中心軸帶動梅花架旋轉(zhuǎn)，主機內(nèi)懸掛于梅花架上的多個磨輥裝置隨梅花架繞中心軸旋轉(zhuǎn)，磨輥同時繞磨輥軸自轉(zhuǎn)，磨輥裝置在離心力作用下向外擺動、磨輥壓緊磨環(huán)。需研磨的物料給入主機后，由隨中心軸旋轉(zhuǎn)的鏟刀拋至磨輥、磨環(huán)間，物料在磨環(huán)表面上受公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的磨輥滾、擠壓而粉碎研磨[2]。

圖1 磨粉機主機工作原理示意

2.2 R型擺式磨粉機物料嚙合角的計算

物料在R型擺式磨粉機磨輥、磨環(huán)間被滾、擠壓研磨的首要條件是物料被送至磨輥、磨環(huán)間被嚙合而不反彈出去。圖2中α角為嚙合角，嚙合角對應(yīng)的物料粒度半徑為R物。 R型擺式磨粉機實際進料粒度小于或等于2R物時，在磨輥、磨環(huán)間被嚙合而被滾、擠壓粉碎，反之不能研磨粉碎。

設(shè)定物料為球形，物料在磨輥、磨環(huán)間嚙合時與磨環(huán)、磨輥分別相切于A、B點，物料受4個力的作用(見圖2)。

圖2 無物料層狀態(tài)示意

NA：磨環(huán)對物料的正壓力；

NB：磨輥對物料的正壓力；

FA：磨環(huán)與物料間的摩擦力；

FB：磨輥與物料間的摩擦力。

圖2為計算關(guān)系示意，過物料中心O2建立XX、YY坐標(biāo)。物料在磨輥、磨環(huán)間被嚙合而不反彈出去的條件是物料所受各力在XY 坐標(biāo)上分力的合力為零。

在直角三角形ΔAO2D、ΔACD、ΔBO2D、ΔBCD中可得：

磨環(huán)、磨輥的材料均為高錳鋼，設(shè)其與物料的摩擦系數(shù)為f ，則FA=f NA、FB=f NB，代入上二式后整理得：

(2)式/(1)式得:

根據(jù)文獻[3]，摩擦系數(shù)f =0.3，則：

嚙合角：α≤33.33°=33°20′。

2.3 R型擺式磨粉機進料粒度的計算

2.3.1 R型擺式磨粉機磨環(huán)、磨輥間無物料層的進料粒度

2.3.1.1 進料粒度公式的推導(dǎo)

R型擺式磨粉機磨環(huán)、磨輥間無物料層狀態(tài)如圖2所示。

ΔOO1O2中，∠OO2O1=180°-2∠BO2C=180°-2(90°-α/2)=α

根據(jù)余弦定理：

即：

展開后整理得：

解方程得：

2.3.1.2 進料粒度的計算

(1)R型擺式磨粉機磨環(huán)、磨輥未磨損狀態(tài)下的進料粒度。

我國標(biāo)準規(guī)格R型擺式磨粉機的磨環(huán)、磨輥裝機尺寸列于表1。

表1 磨環(huán)、磨輥未磨損狀態(tài)下的進料粒度

將α=33.33°和各規(guī)格擺式磨粉機的磨環(huán)、磨輥半徑值分別用公式(3)計算得出的進料粒度也列于表1。

(2)R型擺式磨粉機磨環(huán)、磨輥磨損極限狀態(tài)下的進料粒度。

R型擺式磨粉機在工作過程中，由于磨環(huán)、磨輥與物料不斷的摩擦而磨損，磨環(huán)內(nèi)徑逐漸變大、磨輥外徑逐漸變小。磨環(huán)、磨輥尺寸的不斷變化，要求的進料粒度不斷發(fā)生變化。磨環(huán)、磨輥磨損更換前對應(yīng)的進料粒度為極限進料粒度。根據(jù)R型擺式磨粉機實際使用情況，磨環(huán)、磨輥磨損極限尺寸狀態(tài)及相應(yīng)的進料粒度按公式(3)計算值(見表2)。

表2 磨環(huán)、磨輥磨損極限尺寸狀態(tài)下的進料粒度

2.3.2 R型擺式磨粉機磨環(huán)、磨輥有物料層的進料粒度

R型擺式磨粉機在工作過程中，物料在磨環(huán)、磨輥間通常形成一個物料層，改變磨輥在主機內(nèi)的位置，影響進料粒度。

2.3.2.1 進料粒度公式推導(dǎo)

如圖3所示，設(shè)物料層厚度為y，則：

展開上式后得：

圖3 有物料層狀態(tài)示意

R型擺式磨粉機不同規(guī)格的磨環(huán)、磨輥裝機尺寸和磨損極限尺寸下的進料粒度，按公式(4)計算，結(jié)果列于表3。

3 結(jié)果分析

由表3可以看出：R型擺式磨粉機在工作中磨環(huán)、磨輥間形成物料層后，物料層越厚允許的進料粒度越大。

綜合表1、表2、表3結(jié)果，表明：R型擺式粉磨機進料粒度在磨環(huán)、磨輥磨損極限尺寸且無料層狀態(tài)下的進料粒度最小。

R型擺式磨粉機在實際工況中是在有料層、無料層(進料不均勻時)以及磨環(huán)和磨輥從裝機尺寸逐漸磨損的狀態(tài)下進行工作，為保證R型擺式磨粉機對物料穩(wěn)定的進行研磨，應(yīng)按公式(3)計算出的表2中的進料粒度，并將其規(guī)定為R型擺式磨粉機的最大進料粒度。

表2與JB/T4084-2007標(biāo)準[1]規(guī)定的進料粒度對比情況見表4。

4 結(jié)論

本文通過對R型擺式磨粉機工況的分析，進行了進料粒度計算公式的推導(dǎo)和計算，結(jié)果表明：R型擺式磨粉機在磨環(huán)、磨輥間未形成料層的狀態(tài)下，用磨環(huán)、磨輥磨損極限尺寸計算得出的進料粒度可作為R型擺式磨粉機的最大進料粒度。

表3 磨環(huán)、磨輥有物料層的進料粒度

表4 進料粒度對比

近年來國內(nèi)R型擺式磨粉機生產(chǎn)廠家對R型擺式磨粉機的規(guī)格有不同的擴展設(shè)計，如4 R32 20、5R4124、5R3220、6R5525型擺式磨粉機等，本文的研究可以用于擴展規(guī)格R型擺式磨粉機最大進料粒度的確定。

[1]國家發(fā)展和改革委員會.JB/T8084-2007 R型擺式磨粉機[S].北京:機械工業(yè)出版社,20 07.

[2]鄭水林.非金屬礦加工工藝與設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:21-22.

[3]王利劍.非金屬屬礦粉碎工程與設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011:27-28,114.