CN1007586B - 一种改进的离心式研磨机 - Google Patents

Abstract

一种改进的离心式研磨机包括：

一个研磨室(4)，它对于对称中心线(2)大体上是一个圆形断面，它被强迫围绕一个相对固定的中心线(1)转动形成一个锥形面；

支撑装置(7)用来支承上述研磨室；

一个进料通道(5)与研磨室相连通。

传动装置(11)用来传动研磨室对于上述相对固定的中心线运动；

限定装置(12，14)用来限定研磨室的上述对称中心线的运动方式。

Description

本发明有关利用松散磨料的作用将固体颗粒尺寸减小的研磨机。

一般的固体颗粒的研磨如矿石的破碎是在一个圆柱形或者圆柱-圆锥形的围绕水平轴回转的研磨室里进行的，在这个研磨室的部分空间里装有松散的磨料，当固体颗粒通过这个研磨室的时候即被磨料破碎。这种研磨机从种属上来说叫做“滚筒式磨机”。所用的磨料可以是用钢或其他材料制造的型粒，也可以就用所研磨材料的颗粒较粗大的部分作为磨料，这种方法就是大家知道的自研磨方法。

滚筒式磨机的特点是它所可以达到的单位动力输入受到重力加速度的限制，一般来说，每立方米研磨室体积的动力少于20千瓦。因此，每单位研

磨室体积的研磨能力是较低的。

与滚筒式磨机相比，如果研磨室绕一个固定的中心线通常做圆周轨道旋转的话，就可提高单位动力输入和研磨效率。用这种方法可以使研磨室及其中所装的东西得到一个比重力加速度大得多的加速度，这里所根据的是下列的关系式，即

加速度∞W²r。

式中W为角速度，r为旋转半径。按照这种原理工作的研磨机一般是称作“播动式研磨机”及“离心式研磨机”，通常把旋转半径r比其直径或者说比研磨室的尺寸小得多的叫做摇动式研磨机。按照旋转半径与研磨室直径之比值来说，当这一比值小于0.05时叫做摇动式研磨机，而比值在0.15～0.5范围内时叫做离心式研磨机。离心式研磨机的每立方米研磨室体积的单位动力输入已经能够达到500千瓦，单位体积的研磨能力也相应提高。不过，这种研磨机在工业上没有得到广泛使用，主要原因是它在机械、几何尺寸以及进料出料方面的特性与其使用中的优点抵销了。

本发明的一个目的就是要提供一个离心式研磨机，其中至少能克服上述某些与一般常用研磨机形有关的缺点。

本发明包括一种研磨室大体上与一个轴线相对称的离心式研磨机，该轴线可以移动，并且被迫使相对于一个固定中心线转动形成一个锥形面，研磨室与其对称中心线垂直的所有断面实质上是一个圆形并且从进料开口（最接近研磨室中心线与转动中心线交点的地方）到离开上述交点最远的出料格子，圆形半径在不断增加。一般来说，从进料开口到出料格子之间，研磨室的四壁构成了一个截头锥体，其锥顶靠近研磨室中心线与转动中心线的交点。具有代表性的出料格子的内表面是凹的，从圆周上来说，这一内表面垂直于研磨室的锥形表面。

上述的研磨室的运动按其特性来说是一种与一般离心式研磨机的旋转运动截然不同的章动，在一般离心式研磨机上，研磨室中心线不得不大体上与转动中心线平行。而在章动的研磨机上，转动中心线实质上可以在水平和垂直之间的任何方向定位，当转动中心线垂直时，研磨机进料是从上垂直向下，这样给研磨机的进料和出料带来很大的好处，本发明在这里介绍的所有实施例中的转动中心线都具有这样的方向。

上面所讲的章动比旋转运动具有很重要的优点，这一点从本发明的附图1到图7中的一些形式中可以看得更加清楚。

附图1到图7是各种不同型式的研磨机沿其转动中心线的轴向断面图。

图8所示的本发明的装置是关于一种典型的闭路湿研磨法。

图9所示是典型的空气分离的干研磨方法。

附图中所示的每一种不同型式的研磨机所具有的特征是有一个垂直的转动中心线1，一个与中心线1相交于章动点3的章动中心线2，一个章动研磨室4和一个与中心线2对称的章动进料通道5，一个出料格子6，和支撑装置，这个支撑装置包括支架7用来支承研磨机并且能够把操作中所产生的力和力矩传到适当的基础上。

在图1，图2和图3中所示的每一种不同型式的研磨机，所具有的特征是在支架7中有一个转动件8，它可以围绕垂直中心线1在轴承9上转动，并且能通过轴承10来带动章动部件，轴承10安装在对于章动中心线2相对称的上述部件上，上述部件8可以通过任何适合的装置如伞齿轮和皮带传动的轴11来传动。在图2这种型式的研磨机中，轴承10联同轴承9还用来使章动部件定位，并且迫使其中心线2围绕转动中心线1进行所需要的章动。在图1所示的这种型式的研磨机中，章动部件的定位和其章动运动是靠一些支承面来实现的，环状的章动支承面12和13分别在与其相对的环状支承面14和15上滚动，而圆周面16则与支架7上的相对的面17相滑动或者滚动。在图5所示的这种型式的研磨机中，是靠喇叭口形的章动支承面18在支架7上的喇叭口形支承面19上进行滚动来使研磨室得到章动运动的。在图3和图4所示的这种型式的研磨机中，是通过不少于三个球20来使章动部件定位和进行章动的，这些球布置在对于章动点3相同半径的地方，每一个球都装在同样配合形状的导槽21和22中，而这两个导槽分别开在球形的章动部件23和支架7上的互补的球面24上，这样，球20便可以滚动一个要求的距离，并且可以传送章动部件和支架之间的力。

在图2，图3，图4，图6和图7所示的各种不同型式的研磨机中，都有一个挠性的管件25把章动进料通道5与相对固定的进料开口26连接起 来，用来把需要研磨的材料送入研磨室中，同时也用来与传动装置和轴承所占据的空间隔开。在图1所示的这种型式的研磨机中，挠性管件25由一个开口向上的锥形章动进料开口27代替，这个锥形的进料开口用来从固定的进料管28接受所要研磨的材料。在图5所示的这种型式的研磨机中，挠性管件25由一个刚性管件29代替，这个刚性管件安装在支架7上，管件的下端与章动进料通道5的球形面开口30滑动连接在一起。在使用挠性管件25连接章动部件和支架的情况下，要么这个挠性管件本身必须具有足够的强度来承受由于章动轴承10的摩擦阻力所引起的力矩，要么就必须在支架和章动部件之间另外安装一个用来承受这一力矩的装置。这个装置可以是图2中所示的那种恒速连接器31，也可以用图6和图7中所示的那种中间伞齿轮32来达到上述目的。在图3和图4所示的那种用球来进行章动部件定位和章动运动的方式本身就具有限制扭转的作用。如果象图1和图5所示的不同型式的研磨机中在支架和章动部件之间没有限制扭转的机械装置，那么就得靠滚动接触面12、13和18相对于14、15和19之间的滑动摩擦阻力来限制扭转，上述相对的两个接触面长度上的微小差别使研磨室4在研磨机工作时围绕章动中心线2做缓慢的转动。

研磨机及里面装的研磨料在进行章动时会产生很大的离心力和力矩，对抗或者平衡这种离心作用的装置和办法对于研磨机的工作效率是极为重要的。不管用什么样的装置和办法来达到这个目的，本发明的一个主要要求和重要目的是减小章动部件的重量并且合理分布以使围绕章动点3的力矩为最小。

如果研磨机是用螺栓固定地安装在重量大大超过研磨机章动部件重量的基础上并且牢牢地坐在地里面，最经济的研磨机结构是使离心力和力矩通过轴承和支架直接传到基础上，而不为研磨机配备动力平衡装置。图1，图3和图4中的研磨机就是这种结构。

另一方面，如果研磨机是安装在非刚性的支座上，如图5所示，章动部件所产生的力和力矩基本上可以用支架7上配置的重量平衡了，支架上所配的重量大大地超过章动部件的重量，上述支架的重心33就在或者接近转动中心线1上，并且在章动重量振动中心线34的运动面上。由于剩余离心力的结果而使研磨机设备相对于基础产生的运动由弹性支座35来承受。

在需要或想要采用动力平衡的情况下，就存在一个选择问题，是用回转装置还是用章动装置。图2所示的回转平衡装置中，轴承10使章动部件相对于非平衡回转部件8定位是使章动重量的振动中心34以及围绕中心线1回转的部件的重心36处于上述中心线1两侧的半径上并且在垂直于该中心线的同一个平面中，以便使章动部件和回转部件所产生的离心力大体上相等而方向相反，从而可以相互抵销，只需要用轴承9把任何未能被平衡的力或力矩、齿轮传动止推力以及重力和轴向定位负荷传给支架7。另外一种章动动力平衡装置示于图6和图7中，在这种平衡装置中，章动平衡部件37是围绕中心线38对称配置的，中心线38通过章动点3并且绕这一点章动，而章动点3是在转动中心线1上。章动平衡部件37的大小比例和其重量的配置最好是使其重量以及从章动点3到振动中心线的半径大体上与研磨室，支撑装置和其中装的东西的这些数值相同。平衡部件37可以是围绕中心线38的连续的环形断面，如图6所示，也可以象图7中那样分成几个向下垂的环状扇形块39，扇形块之间有一定的间距，可以便于从外面靠近研磨室4及其连接件40，以便进行更换或修理。章动平衡部件37上有一凸缘41，它具有环形锥面42，其锥顶在章动点3上，这个锥面在相对的支架锥面43上滚动，同时还有一个圆周面44在相对的支架圆周面45上滑动。凸缘41上还有一个环形支撑面46，它与章动平衡中心线38相垂直并且以中心线38对称，这个支承面用来与回转靠模48上的相对的支承面47靠在一起，此外，凸缘41还有一个环形锥面49，其锥顶在章动点3上，用来在相对的环形章动锥面50上滚动。回转靠模48有一个上环形支承面51与章动组合体的凸缘53上的相对的章动支承面52滑动接触，这个支承面52垂直于章动中心线2，以便使布置在这一中心线周围的部件进行所需要的章动。回转靠模48上还装有传动装置，比如伞齿轮或者装在天轴上的齿轮传动11（如图6所示），也可以象图7所示的那样用皮带轮54传动。章动凸缘53上还有一个环形锥面55，其锥顶在章动点3上，这个锥面在相对的 固定面56上滚动，同时还有一个圆周面57在相对的圆周面58上滑动。上述这些相对滚动的锥面以及相互滑动的圆周面用来限定研磨室和其平衡装置的章动运动并且可以把任何剩余的回转力和力矩传给支架7。

图4和图5所示的液压传动装置包括三个以上的活塞59，活塞在支架7上的油压缸60中滑动。在图4所示的这种型式的研磨机上，活塞59都是自定位的并且通过止推球轴承61与章动部件23相连接。通过适当的阀门（图上未示出）控制液压油进入油缸和从油缸中排出的程序，从而使章动部件23和研磨室4进行所要求的章动运动，章动的振幅是由支承球20在导槽21和22中的滚动距离来限定。在图5所示的这种型式的研磨机上，活塞杆59上装有自定位的托板62，它与章动凸缘64的环形支承面63相接触。从油泵65供送的液压油以适当的程序交替地通过管线66送到每一个液压油缸60中去，从而使章动凸缘64和研磨室4进行所要求的章动运动，章动的振幅大小由支承面13和18与支架7上的相应支承面15和19的滚动接触来加以限定。

应用图8所示的本发明的装置是关于一种典型的闭路湿研磨法，而图9所示是典型的空气分离的干研磨方法。

在图8中，当研磨室4静止不动时，大约50%的容积是被装入的磨料67所占据，研磨机以所要求的速度章动，把需要研磨减小尺寸的固体颗粒68、水69以及闭路返回的超尺寸颗粒70通过固定的进料管件28装入章动进料开口27中，并且在重力作用下垂直向下经过章动的管子通道5进入研磨室4中。上述各种材料进入研磨室的流速可以进行控制，使研磨室中的砂浆比重或者粘度以及它的体积大体上保持恒定，并且是能够提高研磨效率的最佳值。研磨室章动的作用是使装在其中的材料向垂直于研磨室锥形侧壁71的方向散开并且进行翻滚。研磨室锥形侧壁71对于转动中心线1的倾斜角度可以使物料的离心力作用在锥形面上的压力产生一个朝向凹面格子件6的分力，因而可以抑制散开，有效地保持磨料在研磨室中，同时还可促使所研磨的材料以较快的速度通过研磨室。当章动半径与研磨室半径的比值接近0.4时，散开作用的动态特性和研磨室内所装物料的形状和紧密度可以共同地改善研磨特性，使之达到最佳值。当锥形侧壁71的顶点接近章动点3时，上述比例值在研磨室的所有断面上都大体相同，在整个研磨室的有效容积内都可以得到最佳的研磨特性。带小孔72的凹面格子件6的作用是把所有大于一定尺寸的松散磨料挡住，同时使小孔的大部分面积敞开以便让已研磨的材料从研磨室中很快地排出去。由于这一格子件6是在研磨室的最下面，因此就可以得到研磨室的单位有效容积最大的目的。从上到下靠重力向研磨室直接送料，离心力在锥形侧壁上的反作用力向下分力作用在物料上，格子孔面积的大部分用来使研磨的材料排出去，这些因素综合起来就可以使原始进料和循环物料的生产率非常高，很容易使循环负荷比达到20∶1以上，并且可以得到相应的好处。

从研磨机下面格子件6中排出的研磨材料被收集在一个适合的漏斗73中（图8），接着从这里以适当的稀度送到一台泵74中，并通过管道75送到一个如水力旋转分粒机76的这种筛分装置中，溢流部分77是最终产品，而下流部分70是包含半成品材料的循环物流，这一部分被送到固定进料管件28中，再回到研磨机中。

在图9中，研磨机以所要求的速度进行章动，研磨室4中装有适量的磨料67，如图8所示，把需要研磨的干的颗粒材料68从固定进料开口26中装入，基本上是垂直向下进入挠性管件25中，然后经过章动管件通道5进到研磨室4中，研磨室周围由一个外壳78包起来，从鼓风机80经管道79送来的风进入这个外壳中。研磨室4的底部用一块板81封闭起来，板的里面呈凹形，从圆周上来说，底板内表面与研磨室锥形侧壁71相垂直，在研磨室锥形侧壁的下部有一些小孔82，这些小孔是渐伸的并且在章动运动的方向向下倾斜，从而可以让外壳78中的气流83进入研磨室4中。

由于在小孔82和管件通道5之间的压力逐渐减小，在这种压力递减的影响下，在研磨室4内产生了一个向上的气流，同时由于研磨机工作时散开物料的翻滚作用，会使向上移动的气流产生旋涡，这一气流便把已经研磨过的较细小的部分从研磨室4带到了章动管件通道5那里，这是与向下移动的粗大颗粒材料68滚动方向相反的一股逆流。携带着已研磨的细小材料的气流84通过环形的通道85 被风机80间接地吸出来，并且通过管道86送到一个适当的筛分装置，比如空气分粒器87中，其中细小的部分用一个旋风集尘器88从气流中收集出来，这就是最终的成品89。颗粒尚粗大的非成品材料90被送到进料开口26中，再回到研磨机中去。

如果在研磨过程中承受磨损的那些部件能够便于靠近，能够容易而且迅速地更换，那么研磨机的使用将更为方便、生产将更加提高。把研磨室从外面装到单独设置和封闭的传动装置和支架上，同时配置用来把研磨室同章动进料通道5联接到一起（可以拆卸）的有效装置，如图中40所表示的各种方式，在图3中是用螺栓连接的法兰盘，在图1和图7中是用夹紧法兰盘，在图6中是用螺纹和台肩连接，在图4中是用螺纹、台肩和楔形连接，图5中是用螺纹、台肩和压套连接，这些连接方法都能满足要求，这也是本发明的重要特征。

Claims (18)

1、一种离心式研磨机，包括：一个用来容纳研磨物料的研磨室，该研磨室相对于对称轴线为基本圆形断面，对称轴线被强制围绕一个相对固定轴线进行章动，对称轴线和相对固定轴线在章动点上相交，支撑研磨室的支架装置，连通研磨室的进料通道，驱动研磨室使之围绕相对固定轴线转动的驱动装置和确定研磨室的对称轴线章动形式的限动装置，其特征在于：研磨室的容积由朝向对称章动轴线的内表面限定，该内表面在离开章动点的方向上直径增大。

2、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于相对固定轴线基本上是垂直的，进料通道是向下通入研磨室的。

3、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于研磨室基本上是一个截头锥体的形状，其几何锥顶在章动点的附近。

4、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：最远离开对称章动点的研磨室端部处有开孔，使经过研磨的材料从研磨室中排出去。

5、按照权利要求4的离心式研磨机，其特征在于：研磨室排料端部的内表面是凹形的。

6、按照权利要求2的离心式研磨机，其特征在于：进料通道是向上张开的，用来从一个单独固定进料管件那里接受装入的材料。

7、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：进料通道包括一个连接固定进料孔的挠性管件。

8、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：进料通道包括一个与环形面开口滑动连接的刚性固定管件。

9、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：研磨室绕其对称轴线的转动可以通过任何一种把研磨室连接到支架装置上的适当的力短限定装置来加以控制。

10、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：驱动装置包括齿轮，皮带用来使之围绕相对固定的轴线转动，并且配备一个与章动轴线同轴的轴承，从而驱动或者定位研磨室。

11、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：驱动装置包括一组液压缸和活塞组件，对称地布置在对称章动点的周围，它们按顺序起动使研磨室进行所要求的章动。

12、按照权利要求11的离心式研磨机，其特征在于：驱动液压缸和活塞组件是借助于一种交替供油的液压泵按顺序进行起动的。

13、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：限动装置包括一些与研磨室相连的环形的支承面，研磨室与支架上相对的支承面互相接触，提供一个球面的支承，限定了章动中心并且球面的支承以章动中心相对称，适合限制章动运动的振幅。

14、按照权利要求10的离心式研磨机，其特征在于：由驱动装置驱动的部件是一个不平衡的部件，它相对于章动件定位，使章动部分和回转部分重量所产生的离心力和力矩基本上自行抵销。

15、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：支架装置包括框架件，其重量适合抵销研磨室的章动运动所产生的离心力和力矩。

16、按照权利要求1的离心式研磨机，其特征在于：一个平衡重，它的运动与章动相反，基本上抵销研磨室的章动运动而产生的离心力和力矩。

17、按照上述权利要求1-16中任何一项的离心式研磨机，其特征在于：干研磨的研磨室上具有可以使气体进入的开孔，这些开孔设置在使气体与研磨料混合或冲刷研磨料的位置。

18、按照上述权利要求1-16中任何一项的离心式研磨机，其特征在于：研磨室用一个接头与进料管件通道相连接。

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