王佳慶¹　雷立猛²

（1、廣州大學(xué)機(jī)電學(xué)院；2、廣東派勒智能納米科技股份有限公司） 

摘　要：以目前應(yīng)用廣泛的臥式砂磨機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)臥式砂磨機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)機(jī)座部件位置的合理配置，達(dá)到了增加機(jī)座剛性的目的；通過(guò)對(duì)主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了研磨過(guò)程中冷卻效果的有效改善。
關(guān)鍵詞：臥式砂磨機(jī)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；剛性；主軸
近年來(lái)，隨著我國(guó)材料科學(xué)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)精細(xì)材料需求日益增加。砂磨機(jī)是精細(xì)材料制備的關(guān)鍵設(shè)備之一。砂磨機(jī)屬于濕法超細(xì)研磨設(shè)備，是從球磨機(jī)發(fā)展而來(lái)，是物料適應(yīng)性廣、效率高的研磨設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、非金屬礦物材料、化工、陶瓷和新材料領(lǐng)域。砂磨機(jī)主要分為立式砂磨機(jī)和臥式砂磨機(jī)兩種。臥式砂磨機(jī)由機(jī)座、主軸部件、研磨裝置、冷卻裝置、控制系統(tǒng)、輔助裝置等組成。本文以目前在濕法研磨技術(shù)中應(yīng)用廣泛的臥式砂磨機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)臥式砂磨機(jī)機(jī)座進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，采取整體機(jī)座以增加剛性，主軸部件的實(shí)心主軸改進(jìn)為空心主軸，以改善冷卻效果。
01　臥式砂磨機(jī)工作原理簡(jiǎn)述
臥式砂磨機(jī)是具有水平筒體的可連續(xù)生產(chǎn)的超微粒研磨分散機(jī)械。其工作原理是：預(yù)先進(jìn)行分散潤(rùn)濕處理的固-液相混合物料經(jīng)計(jì)量泵，從臥式砂磨機(jī)上部進(jìn)料管輸入筒體內(nèi)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸上的分散器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)能，物料和筒體內(nèi)的研磨介質(zhì)一起被高速旋轉(zhuǎn)的分散器攪動(dòng)，從而使物料中的固體微粒和研磨介質(zhì)相互間產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞、摩擦、剪切作用，介質(zhì)間的物料粒子受力變形并產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到顆粒的屈服或斷裂極限時(shí)，便產(chǎn)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(jī)筒壁，此區(qū)研磨介質(zhì)密度Z大，從而強(qiáng)化了粉碎作用，粉碎后的微小顆粒經(jīng)分離器與研磨介質(zhì)分離后，從出料管流出[3]。臥式砂磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

 

02　臥式砂磨機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
臥式砂磨機(jī)主要組成部分是機(jī)座、主軸部件、研磨裝置、冷卻裝置、控制系統(tǒng)、輔助裝置等。隨著臥式砂磨機(jī)應(yīng)用范圍日益廣泛，人們對(duì)砂磨機(jī)的研究越來(lái)越深入。但現(xiàn)在大多數(shù)研究主要集中在臥式砂磨機(jī)的研磨原理、研磨盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工藝參數(shù)等，而很少對(duì)機(jī)座、主軸部件進(jìn)行研究。本文以目前應(yīng)用廣泛的25升臥式砂磨機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其機(jī)座、主軸部件等結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)分析。
2.1機(jī)座部件優(yōu)化改進(jìn)
一般而言，砂磨類的工況環(huán)境較為惡劣，振動(dòng)很大，不僅對(duì)零部件的損耗較大，直接影響到機(jī)器本身的使用壽命，而且振動(dòng)作用通過(guò)機(jī)器本身的剛性結(jié)構(gòu)傳遞給操作者，導(dǎo)致操作者易產(chǎn)生疲勞感，在一定程度上造成職業(yè)病的發(fā)生，可能對(duì)操作者人身造成一定傷害。
優(yōu)化前，軸承座安裝于機(jī)架上，軸承座與機(jī)架用螺釘固定連接在一起，剛性較差；電機(jī)軸與主軸的平行度需安裝時(shí)人工保證。電機(jī)置于機(jī)架內(nèi)部，皮帶的松緊程度通過(guò)電機(jī)板處的螺栓螺母機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)，操作比較困難。優(yōu)化后，軸承座與機(jī)架合為一體，整體鑄造、加工，整機(jī)剛性大大改善；電機(jī)安裝孔與主軸組件安裝孔在同一設(shè)備上一次加工成形，有效保證了電機(jī)軸與主軸的平行度。電機(jī)置于機(jī)座上部，皮帶的松緊程度通過(guò)漲緊輪來(lái)調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)易方便。
2.2主軸部件優(yōu)化改進(jìn)
在研磨過(guò)程中研磨筒體內(nèi)由于摩擦?xí)a(chǎn)生很高的熱量，隨著溫度升高物料會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)的現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。砂磨機(jī)內(nèi)筒體產(chǎn)生的溫度通常用冷卻循環(huán)水進(jìn)行冷卻，因轉(zhuǎn)子周圍流體的層流運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子周圍形成“熱斑”，“熱斑”溫度過(guò)高將對(duì)熱敏性漿料的質(zhì)量造成不良影響。

優(yōu)化后，將主軸由實(shí)心軸改成中空軸，通過(guò)對(duì)主軸強(qiáng)度和剛度計(jì)算，內(nèi)徑設(shè)為 28 mm，在主軸中心裝入一根水管，使冷卻循環(huán)水從水管外側(cè)與主軸形成的空腔中流進(jìn)，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(zhuǎn)子以及密封件產(chǎn)生的熱量，改善了整個(gè)系統(tǒng)的性能。對(duì)25升臥式砂磨機(jī)機(jī)座、主軸部件等結(jié)構(gòu)優(yōu)化前、優(yōu)化后結(jié)構(gòu)組成具體見(jiàn)圖2和圖3。
03　結(jié)語(yǔ)
通過(guò)優(yōu)化前、優(yōu)化后兩種結(jié)構(gòu)組成對(duì)比分析，可以得出結(jié)論：對(duì)傳統(tǒng)臥式砂磨機(jī)機(jī)座、主軸部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能夠有效地提升臥式砂磨機(jī)的使用性能，確保砂磨效果，并能在一定程度簡(jiǎn)化操作。其中，對(duì)機(jī)座部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以增強(qiáng)整機(jī)剛性，延長(zhǎng)整機(jī)使用壽命，降低操作難度，減少對(duì)操作者的職業(yè)傷害；對(duì)主軸部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以較好地克服砂磨過(guò)程中的“熱斑”效應(yīng)，改善研磨過(guò)程中的冷卻效果，確保研磨漿料特別是熱敏漿料的質(zhì)量，有效提升經(jīng)濟(jì)效益。

來(lái)源：《機(jī)電工程技術(shù)》 2018年03期