臥式砂磨機的結構優化設計
2020-3-25 來源： 廣州大學機電學院 廣東派勒智能納米科技 作者：王佳慶 雷立猛
摘要：以目前應用廣泛的臥式砂磨機為研究對象，對臥式砂磨機結構進行優化設計。通過對機座部件位置的合理配置，達到了增加機座剛性的目的；通過對主軸結構進行改良設計，實現了研磨過程中冷卻效果的有效改善。
關鍵詞：臥式砂磨機；結構優化；剛性；主軸
0 引言
近年來，隨著我國材料科學的飛速發展，各行業對精細材料需求日益增加。砂磨機是精細材料制備的關鍵設備之一。砂磨機屬于濕法超細研磨設備，是從球磨機發展而來，是物料適應性廣、效率高的研磨設備，廣泛應用于冶金、礦業、非金屬礦物材料、化工、陶瓷和新材料領域[1]。砂磨機主要分為立式砂磨機和臥式砂磨機兩種。臥式砂磨機由機座、主軸部件、研磨裝置、冷卻裝置、控制系統、輔助裝置等組成[2]。本文以目前在濕法研磨技術中應用廣泛的臥式砂磨機為研究對象，通過對臥式砂磨機機座進行改進設計，采取整體機座以增加剛性，主軸部件的實心主軸改進為空心主軸，以改善冷卻效果。
1、臥式砂磨機工作原理簡述
臥式砂磨機是具有水平筒體的可連續生產的超微粒研磨分散機械。其工作原理是：預先進行分散潤濕處理的固-液相混合物料經計量泵，從臥式砂磨機上部進料管輸入筒體內，電動機帶動主軸上的分散器旋轉產生動能，物料和筒體內的研磨介質一起被高速旋轉的分散器攪動，從而使物料中的固體微粒和研磨介質相互間產生強烈的碰撞、摩擦、剪切作用，介質間的物料粒子受力變形并產生應力場。當應力達到顆粒的屈服或斷裂極限時，便產生塑性變形或破碎。未被粉碎的顆粒受離心力作用被甩向砂磨機筒壁，此區研磨介質密度最大，從而強化了粉碎作用，粉碎后的微小顆粒經分離器與研磨介質分離后，從出料管流出[3]。臥式砂磨機結構簡圖如圖1所示。
圖1 臥式砂磨機結構簡圖
圖2 25升臥式砂磨機優化前結構組成
2、 臥式砂磨機結構優化
臥式砂磨機主要組成部分是機座、主軸部件、研磨裝置、冷卻裝置、控制系統、輔助裝置等。隨著臥式砂磨機應用范圍日益廣泛，人們對砂磨機的研究越來越深入。但現在大多數研究主要集中在臥式砂磨機的研磨原理、研磨盤的結構參數以及工藝參數等，而很少對機座、主軸部件進行研究。本文以目前應用廣泛的25升臥式砂磨機為研究對象，對其機座、主軸部件等結構進行優化改進分析。
2.1機座部件優化改進
一般而言，砂磨類的工況環境較為惡劣，振動很大，不僅對零部件的損耗較大，直接影響到機器本身的使用壽命，而且振動作用通過機器本身的剛性結構傳遞給操作者，導致操作者易產生疲勞感，在一定程度上造成職業病的發生，可能對操作者人身造成一定傷害。
優化前，軸承座安裝于機架上，軸承座與機架用螺釘固定連接在一起，剛性較差；電機軸與主軸的平行度需安裝時人工保證。電機置于機架內部，皮帶的松緊程度通過電機板處的螺栓螺母機構來調節，操作比較困難。優化后，軸承座與機架合為一體，整體鑄造、加工，整機剛性大大改善；電機安裝孔與主軸組件安裝孔在同一設備上一次加工成形，有效保證了電機軸與主軸的平行度。電機置于機座上部，皮帶的松緊程度通過漲緊輪來調節，操作簡易方便。
2.2主軸部件優化改進
在研磨過程中研磨筒體內由于摩擦會產生很高的熱量，隨著溫度升高物料會產生凝結的現象，對設備的正常運轉和產品的質量產生很大的影響。砂磨機內筒體產生的溫度通常用冷卻循環水進行冷卻，因轉子周圍流體的層流運動，在轉子周圍形成“熱斑”，“熱斑”溫度過高將對熱敏性漿料的質量造成不良影響。
圖3 25升臥式砂磨機優化后結構組成
優化后，將主軸由實心軸改成中空軸，通過對主軸強度和剛度計算，內徑設為 28 mm，在主軸中心裝入一根水管，使冷卻循環水從水管外側與主軸形成的空腔中流進，冷卻主軸及與其接觸的物料，降低了主軸周邊的溫度，帶走主軸、轉子以及密封件產生的熱量，改善了整個系統的性能。對25升臥式砂磨機機座、主軸部件等結構優化前、優化后結構組成具體見圖2和圖3。
3、結語
通過優化前、優化后兩種結構組成對比分析，可以得出結論：對傳統臥式砂磨機機座、主軸部件結構優化，能夠有效地提升臥式砂磨機的使用性能，確保砂磨效果，并能在一定程度簡化操作。其中，對機座部件結構優化，可以增強整機剛性，延長整機使用壽命，降低操作難度，減少對操作者的職業傷害；對主軸部件進行優化設計可以較好地克服砂磨過程中的“熱斑”效應，改善研磨過程中的冷卻效果，確保研磨漿料特別是熱敏漿料的質量，有效提升經濟效益。
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