开题 卧式振动磨机的结构设计

中北大学信息商务学院
毕业设计开题报告
学生姓名：郝振吉学号：09020143X15 学院、系：信息商务学院机械工程与自动化系专业：机械设计制造及其自动化
设计题目：卧式振动磨机的结构设计
指导教师:管兰芳讲师
系主任祝锡晶教授
2013年3月13日
毕业设计开题报告
1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文献综述
一、概述
振动磨机是一种利用振动原理来进行固体物料粉磨的设备。

该设备能有效地进行细磨和起细磨，振动磨是由槽形或圆筒形磨体及装在磨体上的激振器（偏心重体）、支承弹簧所组成[1]。

振动磨的磨介装填系数很高，磨体装有占容积65%以上的磨介，最高可达85%。

磨介为钢球、钢棒、钢段、氧化铝球、瓷球或其他材料的球体，磨介的直径一般为10～50mm。

由于磨介充填系数高，因此振动磨机磨介的总体表面积较其他类型同容积的球磨机高，其磨碎效率也相应较高。

振动磨机的振动频率在1000～1500次/min，其振幅为3～20mm。

选择频率与振幅的大小，主要是根据被磨物料的物性及产品粒度[2]。

振动磨机的磨体在激振力的作用下，产生强烈的振动，使磨介在磨体内产生高领冲击与旋转运动，磨介与磨介、磨介与物料间相互冲击和研磨作用频繁而激烈，从而达到将物料磨细的目的[3]。

通过近年来的实际使用，证明振动磨机设备投资少，加工制造容易，能有效地细磨各种固体物料，尤其在超细磨物料的粉磨工艺流程中，选择振动磨机能提高系统的粉磨效率，节省基建投资[4]。

振动磨机的应用范围是相当广泛的，它可用于陶石、长石、粘土、滑石、硅砂、石英、高岭土、石灰石、镁砂、中萤石、氧化铝、熟耐火粘土、玻璃、锆石、矿渣、水泥等原料的耐磨，也可用于锌烧结矿、硫化矿、铝矿、超硬合金、铬矿、镍合金、铜及铁粉、搪瓷粉等物料的研磨[5][6]。

我国的振动磨机试制工作开始于20世纪60年代末期，直到80年代初期浙江温州矿山机器厂推出ZM802和. ZM802型振动磨产品，在80年代中期河南省新乡东方矿山设备厂也试制成功MGZ-1型振动磨机，但在试制、试验过程中发现弹簧在较高频的振动下，易于疲劳，经过近年来的改进，上述工厂已成功地生产出系列振动磨机产品[7]。

二、振动磨机的国内外发展现状
1.国内振动磨机发展概况
我国的粉磨设备有：球磨机、气流磨、雷蒙磨、搅拌磨、辊式磨和柱磨机等。

球磨
机目前仍是我国水泥、陶瓷等行业的主导磨机。

上述这些设备虽然有许多优点，但也有本身的弱点。

比如，受到工艺及磨机本身加工特点的限制，大多都无法加工硬度较高的矿渣、粉煤灰以及高硬度非金属材料，特别是球磨机还存在着噪音大、能耗高、污染环境等缺点，无法满足生产高标号水泥、高档次陶瓷制品和其它新型建筑材料所需的粉体细度。

大型多用途超细振动研磨机从结构、工艺、磨介外形以及原理上都与传统的磨机有根本的不同，它是采用机械振动原理，整机在较小的能量消耗下就可以工作，从而降低在超细粉加工过程中，材料破碎等所需的较大功耗。

这项技术成果可以说是对传统研磨技术的一场革命，比较适合对硬度较高的脆性材料做超细、超微粉加工。

同时具有噪音小、能耗低、不污染环境等优点[8]。

由于受各种历史原因的影响，我国在六十年代初开始从事这方面研究，但由于大型振动磨机在设计和生产中还存在诸多技术问题，如支承弹簧寿命、磨体整体钢度及连接件强度、焊接强度、耐磨材料等，并缺少配套的部件及相应的设计标准等原因，其研究进展缓慢。

到了八十年代中期，仅有温州矿山机械厂生产小型振动磨机。

以后相继有河南新乡东方矿山设备厂、烟台卓悦机械传动有限公司、洛阳矿山研究所、武汉大学、西安建筑科技大学等单位生产振动磨机。

但是，上述单位所研制生产的振动磨机普遍存在的问题是台时加工量偏小、大规模工业化生产时工艺配套不理想、粉磨过程中铁杂质污染原材料。

由于超细粉体在加工、分级、去污提纯、表面改性方面仍存在的许多技术难题，使得超细粉体加工工艺及设备，长期落后于发达国家。

许多产品因原材料及制造工艺与国外尚有一定差距，造成几十年超细粉体加工质量徘徊不前，尤其在水泥、建材、陶瓷、油漆、涂料等领域很难迈进市场产品品质优良和制造技术领先行列。

开发推广新一代节能振动粉磨设备，既可以填补超细粉加工行业设备空缺，又能加快企业旧设备的技术改造，并充分发挥新技术设备的加工能力，增加产品的市场竞争能力[9]。

2、国外振动磨机研究发展概况
德国是振动磨机研制较早的国家。

四十年代初，虽然Hochst公司对振动磨机进行了较系统的研制，但直到五十年代末，西德Klockner-Humboldt-Deutz公司研制的PALLA 系列振动磨机才成为定型产品在欧州各国普遍畅销。

从七十年代起德国国家研究部一直把超细粉体制备技术作为特殊研究领域（Sonderforxchungbereich）对待，并以Claus tabl Braunschweig工业大学及KHD Alpine公司为中心形成了攻关群体。

据资料介绍，目前Lurge公司所生产的振动磨机品种齐全，工艺配套性好，磨筒有效容积为60～
2500L，可满足不同加工场合的需求。

但由于德国在设备制造过程中对材料选择比较精良，以及工艺标准较高，参振磨体支承采用橡胶复合簧，使整机生产成本偏高，难于向发展中国家销售。

日本中央化工机械、川崎重工、大工产物等公司制造的振动磨机，是六十年代初从西德SIEBTECHNIK公司引进的单筒磨技术，尔后他们独立地进行研究试制。

目前，日本不仅可生产间歇式的，也可生产连续和卧式涡流振动磨机，无论在生产数量、种类、技术性能、理论研究和新品试制方面都是极为先进的，在市场上获得很高的声誉，并申报了许多专利，产品销往中国及东南亚各国。

美国Allis-chalmers也采用德国技术，生产出多管振动磨机，磨管可达六管，台时产量较高，传动方式由德国的单边传动改为中心驱动双边激振。

该系列振动磨机工作稳定，工艺配套性好，应用范围广，已被世界上许多国家所接受，对世界振动磨机的发展起了推进作用，是九十年代超细粉体加工的主要设备。

前苏联曙光生产联合体（CBITAHOK），于八十年代末在引进德国振动磨机技术的基础上，设计开发出双电机同步驱动式振动磨机，并采用特殊设计的非线性空气弹簧作支承，既改善了磨体的振型，又起到了隔振降噪的效果。

为振动磨机向大型化发展奠定了基础，在振动磨的设计研究领域取得了突破性进展。

目前，该公司生产的振动磨机有单管和双管两种类型，台时产量0.3～8T/h，被广泛应用于东欧及南亚各国的建材、矿山行业。

俄罗斯·斯特罗诺佛依德工厂也在研制振动磨机方面做了许多工作。

据介绍，该厂已完成粉磨CaO达15t/h的磨机设计，磨管有效容积达3000L以上，但由于该企业经济原因，至今也未制造出样机[10]。

由此可见，制造大型振动磨机技术，尤其是某些关键技术，至今仍为少数国家掌握，并且对我国采取一定程度的限制。

因此开发研制中国自己的大型振动磨，将显示我们的科研实力和水平,同时也对我国的国民经济建设起到重要促进作用。

三、振动磨机的工作原理
振动磨机由粉末筒体、激振器、支撑弹簧和驱动电机等部件组成[11]。

驱动电机通过挠性联轴器带动激振器中的偏心重块旋转，从而产生周期性的激振力，使磨机筒体在支承弹簧上产生高频振动，机体获得了近似于圆的椭圆形运动轨迹。

随着磨机筒体的振动，使筒体内介质获得三种运动：强烈地抛射运动，可将大块物料迅速破碎；高速同向自转运动，对物料起研磨作用；慢速的公转运动，起均匀物料作用。

磨机简体振动时，粉磨
介质强烈地冲击和旋转，进入简体的物料在粉磨介质冲击和研磨作用下被磨细，并随着料面的平衡逐渐向出料口运动，最后排出磨机筒体成为粉磨产品[12]。

由于振动磨机振动频率可达1500次/分，虽然冲击次数在相同时间内要比球磨机高得多，但是振动磨内每个研磨体的冲击力要比球磨机小得多，这是由于球磨机的钢球直径较大，磨机筒体又作回转运动，自由抛落高度大，冲击力就大，而振动磨不作回转运动，其磨介冲击力就小，而对细颗粒物料其能量利用率更高[13] [14]。

由于振动磨机磨介的运动特性，其研磨粉碎作用较强，即钢球之间的搓研作用，使物料处于剪切应力状态，而脆性物料的抗剪切强度远小于抗压强度，所以脆性物料在研磨作用下极易破坏。

在振动磨机内钢球填充率可高达85%，又加大了研磨作用，因此采用振动磨机来进行固体物料的细磨和超细磨是非常有效的[15]。

四.磨介共振运动
磨介共振运动就是分析重力场中磨介与磨体在铅垂方向的冲击周期，当磨介的冲击周期等于磨体的振动周期成为磨体振动周期的整数倍，并且磨介与磨体碰撞后又立即被磨体抛出，再开始下一周期的运动，这种运动情况即称为磨介共振运动。

振动磨可以分为磨体和磨介两部分，振动磨在稳定运动时，二者都作周期运动（磨体的运动轨迹为圆形或椭圆形）[16]。

磨介由大量的研磨体（钢球或钢段）和充填在研磨体空隙中的被磨物料组成，在磨介与磨体冲击碰撞时，被磨物料起着缓冲作用，并吸收了冲击粉碎能量而达到粉碎的目的，因而磨介与磨体的冲撞是完全非弹性的。

磨介共振运动由德国学着D.巴赫曼在1840年提出，认为振动磨发生不同频率比（磨机振动频率与磨介冲击频率的比值）的磨介共振运动仅与磨体的加速度有关，并得出振动磨在磨介共振运动时磨机的粉碎效率达到极大值，因此把磨介共振运动作为设计振动磨，分析振动粉磨原理的主要依据[17]。

参考文献
[1] 张立德.超微粉体制备与应用技术.北京:中国石化出版社，2001;1(20);08～12
[2] 李凤生.超细粉体技术.北京:国防工业出版社，2000;1(10);274～310
[3] 郭伸. X 射线荧光光谱法在水泥生产质量监控中的应用.分析测试仪器通讯, 1999,7(4):16～38
[4] 姚胜兴. X 射线荧光分析在水泥质量自控系统中的应用. 云南建材，2000,
1(6)：24～29
[5] 罗帆，聂鸿丽. 振动粉磨与振动破碎技术的发展回顾. 中国水泥, 2004，9(2)：10～12
[6] 罗帆.振动磨理论及其装备技术进展. 中国建材装备,1998,5:19～20
[7] 郑水林.超细粉碎.北京：中国建材工业出版社出版，1999,5:129～194
[8] 任德树.粉碎筛分原理与设备.北京：中国冶金工业出版社出版，1984,9:420～430
[9] 孙成林. 破碎机的最新发展. 中国粉体技术,2000,6(3):26～31
[10] 张更超. 超细粉碎技术现状及发展趋势. 煤矿机械,2003,5:47～50
[11] 郑水林. 中国超细粉碎和精细分级技术现状及发展. 现代化工，2001， 1（6）：11～18
[12] 黄明福. 超细粉碎设备的研究进展. 辽宁工程技术大学学报,2002,8(4)：12～15.
[13] 付信涛. 超细粉体材料的应用. 中国粉体网，2005，2：31～33
[14] FMLea,RW Nurse. The specific surface of fine powders. J.Soc.Chem.Ind. 1979(58):277
[15] Dr-Ing K-E Kurrer, Prof Dr-ing E Cock, Effect of the operating conditions on motion andimpact processes in vibration tube mills. Berlin: Aufbereitungs-Technik, 1986 (10)
[09] Dr.-Ing.W.Vogeno. Vibration Grinding Mill, Chemical and Process Engineering,September. 1969
[16] H.Person. Fine grinding of a magnetite ore with a stirred ball mill.
Aufbereitungs-Technik ,1994 ,35 (6)；307～ 319
[17] L.M.Sheppard. Trends in milling equipment . Ceramic Bulletin ,1991 ,70 (5):803～808
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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
主要问题及解决方法
目前，国内各种振动磨机普遍存在的问题是台时加工量偏小、大规模工业化生产时工艺配套不理想、粉磨过程中铁杂质污染原材料、由于超细粉体在加工、分级、去污提纯、表面改性方面仍存在许多技术难题，使得超细粉体加工工艺及设备，长期落后于发达国家。

许多产品因原材料与制造工艺与国外尚有一定差距，造成几十年超细粉体加工质量徘徊不前，尤其在水泥、建材、陶瓷、油漆、涂料等领域很难迈进市场产品优良和制造技术领先行列。

研究方法
参考所搜集的振动磨机的相关资料进行总体方案设计，运用Solid Works三维实体建模设计软件对振动磨机进行三维实体建模。

Solid Works简洁、完善、强大的三维功能建立齿轮减速器的零部件, 振动磨机中的零部件一般包括电动机、挠性联轴器、主轴、偏心重（激振器）、轴承、筒体和弹簧等主要零件再组装成模型。

设计思路
1.确定传动方案。

2.电动机的选择。

选择电动机类型和结构形式，确定电动机的容量，确定电动机的转速。

3.传动装置的运动和动力参数的计算。

计算各轴的转速，功率，转矩。

4.传动零件的设计计算。

外部传动零件和内部传动零件的设计计算。

5.轴的设计计算。

6. Solid Works建立三维实体模型。

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指导教师意见：
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年月日所在系审查意见：
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年月日。