卧式砂磨机的结构优化设计
2020-03-28王佳庆1 雷立猛2
（1、广州大学机电学院；2、广东派勒智能纳米科技股份有限公司）
摘 要：以目前应用广泛的卧式砂磨机为研究对象，对卧式砂磨机结构进行优化设计。通过对机座部件位置的合理配置，达到了增加机座刚性的目的；通过对主轴结构进行改良设计，实现了研磨过程中冷却效果的有效改善。
关键词：卧式砂磨机；结构优化；刚性；主轴
近年来，随着我国材料科学的飞速发展，各行业对精细材料需求日益增加。砂磨机是精细材料制备的关键设备之一。砂磨机属于湿法超细研磨设备，是从球磨机发展而来，是物料适应性广、效率高的研磨设备，广泛应用于冶金、矿业、非金属矿物材料、化工、陶瓷和新材料领域。砂磨机主要分为立式砂磨机和卧式砂磨机两种。卧式砂磨机由机座、主轴部件、研磨装置、冷却装置、控制系统、辅助装置等组成。本文以目前在湿法研磨技术中应用广泛的卧式砂磨机为研究对象，通过对卧式砂磨机机座进行改进设计，采取整体机座以增加刚性，主轴部件的实心主轴改进为空心主轴，以改善冷却效果。
01 卧式砂磨机工作原理简述
卧式砂磨机是具有水平筒体的可连续生产的超微粒研磨分散机械。其工作原理是：预先进行分散润湿处理的固-液相混合物料经计量泵，从卧式砂磨机上部进料管输入筒体内，电动机带动主轴上的分散器旋转产生动能，物料和筒体内的研磨介质一起被高速旋转的分散器搅动，从而使物料中的固体微粒和研磨介质相互间产生强烈的碰撞、摩擦、剪切作用，介质间的物料粒子受力变形并产生应力场。当应力达到颗粒的屈服或断裂极限时，便产生塑性变形或破碎。未被粉碎的颗粒受离心力作用被甩向砂磨机筒壁，此区研磨介质密度Z大，从而强化了粉碎作用，粉碎后的微小颗粒经分离器与研磨介质分离后，从出料管流出[3]。卧式砂磨机结构简图如图1所示。
关键词：卧式砂磨机；结构优化；刚性；主轴
近年来，随着我国材料科学的飞速发展，各行业对精细材料需求日益增加。砂磨机是精细材料制备的关键设备之一。砂磨机属于湿法超细研磨设备，是从球磨机发展而来，是物料适应性广、效率高的研磨设备，广泛应用于冶金、矿业、非金属矿物材料、化工、陶瓷和新材料领域。砂磨机主要分为立式砂磨机和卧式砂磨机两种。卧式砂磨机由机座、主轴部件、研磨装置、冷却装置、控制系统、辅助装置等组成。本文以目前在湿法研磨技术中应用广泛的卧式砂磨机为研究对象，通过对卧式砂磨机机座进行改进设计，采取整体机座以增加刚性，主轴部件的实心主轴改进为空心主轴，以改善冷却效果。
01 卧式砂磨机工作原理简述
卧式砂磨机是具有水平筒体的可连续生产的超微粒研磨分散机械。其工作原理是：预先进行分散润湿处理的固-液相混合物料经计量泵，从卧式砂磨机上部进料管输入筒体内，电动机带动主轴上的分散器旋转产生动能，物料和筒体内的研磨介质一起被高速旋转的分散器搅动，从而使物料中的固体微粒和研磨介质相互间产生强烈的碰撞、摩擦、剪切作用，介质间的物料粒子受力变形并产生应力场。当应力达到颗粒的屈服或断裂极限时，便产生塑性变形或破碎。未被粉碎的颗粒受离心力作用被甩向砂磨机筒壁，此区研磨介质密度Z大，从而强化了粉碎作用，粉碎后的微小颗粒经分离器与研磨介质分离后，从出料管流出[3]。卧式砂磨机结构简图如图1所示。
02 卧式砂磨机结构优化
卧式砂磨机主要组成部分是机座、主轴部件、研磨装置、冷却装置、控制系统、辅助装置等。随着卧式砂磨机应用范围日益广泛，人们对砂磨机的研究越来越深入。但现在大多数研究主要集中在卧式砂磨机的研磨原理、研磨盘的结构参数以及工艺参数等，而很少对机座、主轴部件进行研究。本文以目前应用广泛的25升卧式砂磨机为研究对象，对其机座、主轴部件等结构进行优化改进分析。
2.1机座部件优化改进
一般而言，砂磨类的工况环境较为恶劣，振动很大，不仅对零部件的损耗较大，直接影响到机器本身的使用寿命，而且振动作用通过机器本身的刚性结构传递给操作者，导致操作者易产生疲劳感，在一定程度上造成职业病的发生，可能对操作者人身造成一定伤害。
优化前，轴承座安装于机架上，轴承座与机架用螺钉固定连接在一起，刚性较差；电机轴与主轴的平行度需安装时人工保证。电机置于机架内部，皮带的松紧程度通过电机板处的螺栓螺母机构来调节，操作比较困难。优化后，轴承座与机架合为一体，整体铸造、加工，整机刚性大大改善；电机安装孔与主轴组件安装孔在同一设备上一次加工成形，有效保证了电机轴与主轴的平行度。电机置于机座上部，皮带的松紧程度通过涨紧轮来调节，操作简易方便。
2.2主轴部件优化改进
在研磨过程中研磨筒体内由于摩擦会产生很高的热量，随着温度升高物料会产生凝结的现象，对设备的正常运转和产品的质量产生很大的影响。砂磨机内筒体产生的温度通常用冷却循环水进行冷却，因转子周围流体的层流运动，在转子周围形成“热斑”，“热斑”温度过高将对热敏性浆料的质量造成不良影响。
卧式砂磨机主要组成部分是机座、主轴部件、研磨装置、冷却装置、控制系统、辅助装置等。随着卧式砂磨机应用范围日益广泛，人们对砂磨机的研究越来越深入。但现在大多数研究主要集中在卧式砂磨机的研磨原理、研磨盘的结构参数以及工艺参数等，而很少对机座、主轴部件进行研究。本文以目前应用广泛的25升卧式砂磨机为研究对象，对其机座、主轴部件等结构进行优化改进分析。
2.1机座部件优化改进
一般而言，砂磨类的工况环境较为恶劣，振动很大，不仅对零部件的损耗较大，直接影响到机器本身的使用寿命，而且振动作用通过机器本身的刚性结构传递给操作者，导致操作者易产生疲劳感，在一定程度上造成职业病的发生，可能对操作者人身造成一定伤害。
优化前，轴承座安装于机架上，轴承座与机架用螺钉固定连接在一起，刚性较差；电机轴与主轴的平行度需安装时人工保证。电机置于机架内部，皮带的松紧程度通过电机板处的螺栓螺母机构来调节，操作比较困难。优化后，轴承座与机架合为一体，整体铸造、加工，整机刚性大大改善；电机安装孔与主轴组件安装孔在同一设备上一次加工成形，有效保证了电机轴与主轴的平行度。电机置于机座上部，皮带的松紧程度通过涨紧轮来调节，操作简易方便。
2.2主轴部件优化改进
在研磨过程中研磨筒体内由于摩擦会产生很高的热量，随着温度升高物料会产生凝结的现象，对设备的正常运转和产品的质量产生很大的影响。砂磨机内筒体产生的温度通常用冷却循环水进行冷却，因转子周围流体的层流运动，在转子周围形成“热斑”，“热斑”温度过高将对热敏性浆料的质量造成不良影响。
优化后，将主轴由实心轴改成中空轴，通过对主轴强度和刚度计算，内径设为 28 mm，在主轴中心装入一根水管，使冷却循环水从水管外侧与主轴形成的空腔中流进，冷却主轴及与其接触的物料，降低了主轴周边的温度，带走主轴、转子以及密封件产生的热量，改善了整个系统的性能。对25升卧式砂磨机机座、主轴部件等结构优化前、优化后结构组成具体见图2和图3。
03 结语
通过优化前、优化后两种结构组成对比分析，可以得出结论：对传统卧式砂磨机机座、主轴部件结构优化，能够有效地提升卧式砂磨机的使用性能，确保砂磨效果，并能在一定程度简化操作。其中，对机座部件结构优化，可以增强整机刚性，延长整机使用寿命，降低操作难度，减少对操作者的职业伤害；对主轴部件进行优化设计可以较好地克服砂磨过程中的“热斑”效应，改善研磨过程中的冷却效果，确保研磨浆料特别是热敏浆料的质量，有效提升经济效益。
03 结语
通过优化前、优化后两种结构组成对比分析，可以得出结论：对传统卧式砂磨机机座、主轴部件结构优化，能够有效地提升卧式砂磨机的使用性能，确保砂磨效果，并能在一定程度简化操作。其中，对机座部件结构优化，可以增强整机刚性，延长整机使用寿命，降低操作难度，减少对操作者的职业伤害；对主轴部件进行优化设计可以较好地克服砂磨过程中的“热斑”效应，改善研磨过程中的冷却效果，确保研磨浆料特别是热敏浆料的质量，有效提升经济效益。
来源：《机电工程技术》 2018年03期
