卧式砂磨机的工作原理及总体设计

砂磨机的研磨原理
砂磨机的基本工作原理是在研磨筒内，装填一定比例的研磨介质（氧化锆珠）和被研磨的物料桨液，在主轴的搅拌作用下快速转动，从而达到研磨粉碎的效果。由于物料的运动结合了速度搅拌器的线速度和质量研磨介质的重量，砂磨机可产生非常强大的冲击力和剪切力。这种具备动量、冲量运动形式可以达到非常好的粉碎效果。一系列高速转动的水平侧臂被中心轴带动，并且横向切入不同位置的介质层，在这样高的旋转力和低的下坠引力的共同影响下，造成了介质在研磨筒内不规律的运动，从而产生强大的剪切力和冲击力，使砂磨机的超细研磨率提高，并使粒度分布曲线狭窄而均匀

砂磨机主要由以下几部分组成：
研磨装置研磨装置是砂磨机最核心的组成部分，包括钢套、陶瓷筒、主轴、研磨盘片和过滤器等主要的零部件。工作时，主轴转动带动研磨盘，搅拌物料和研磨介质，实现物料的研磨。
主轴部件主轴部件是机器的动力传输部分，包括主轴箱体、主轴、轴承、润滑装置和密封装置等零部件。把电机提供的动力通过带轮带动主轴，传递给研磨装置。
冷却装置冷却装置负责保证机器在工作状态下保持恒温，它由水槽、冷水机、水栗及连接水管等组成。通过水果提供的动力将水槽中的水流过砂磨机的研磨筒、端盖及主轴的冷却管道进行冷却，流出的水经冷水机冷却实现循环。
辅助装置包括进料系统，出料系统、气粟、隔膜粟等。
机座机座由角钢、钢板和外壳组合而成。其主要功能是对电动机和上述各项零部件的安装起固定和保护作用，以便于对设备进行操作。
控制系统控制系统包括电机、变频器、压力表、温度表、流量表、信号放大器、PLC、报警系统、控制面板等零部件。通过感知系统的压力、温度、速度、流量等信息，控制主轴的转速，当以上指标超过安全值时自动报警，超过临界值自动关闭，实现设备的智能化运转。

卧式砂磨机的整体结构设计
通常，设备所需的成形运动需求和研磨设备各主要部件的相互位置关系由产品研磨工艺方案决定。研磨设备结构布局与产品规格、实用性、使用场所及生产效率等密切相关。因此，砂磨机总体结构布局要首先满足产品的研磨工艺要求。
基于粉末状颗粒要进行超精细研磨工艺方案的特点，本文自主开发与研制的卧式砂磨机设备具有如下主要功能：实现研磨腔的可靠装夹，以确保研磨腔可以便于拆卸、清洗；进料与出料部分要求布置在机器研磨腔的两侧，以便于物料的进出，节省其他材料的消耗，降低物料被污染的可能性。另外考虑砂磨机壳体的尺寸规格适用范围、砂磨机的生产效率与自动化水平，还需配有卸料等附属装置。卧式砂磨机的工作原理图如下所示。

通过借鉴国内外现有超精细加工设备的结构布局形式，同时参考国内研磨设备具有的类似结构，综合考虑研磨设备关键部件（传动轴、机架等）的刚性、产品尺寸规格及力学需求，提出了本文所设计的卧式砂磨机总体结构布局方案，如图所示。
卧式砂磨机主要由床身、电动机、主轴传动系统、研磨机构、进料装置、出料装置及冷却系统等组成。
报据研磨工艺的要求，通过变频器，调整电机的输出转速，驱动主轴以工艺要求的转速旋转，实现研磨腔物料的研磨。
为防止研磨过程温度过高，影响研磨质量，在主轴、端盖和研磨筒设计了专用的冷却装置，冷却水管将经冷水机降温的冷水输送到冷却装置，实现整个设备的温度调节。
该设备采卧式结构布局，其丨以实现传动装置与研磨装置的联动加丨：。该卧式砂磨机可适用多种物料的研磨加工，前只是进行了初步幵发，今后将会设计更多种设备型号。

主轴部件的结构设计
主轴传动系统是卧式砂磨机实现旋转运动的核心部件，其主要由主轴、主轴箱体与安装在主轴上的传动件、密封件等组成。密封装置需要注入阻封液以确保研磨腔的物料不会向传动装置泄漏，轴承需要注入润滑液，确保其正常运转。通常，主轴部件起到传递运动与动力的作用，同时作为工件的支撑体，承受物料研磨过程中径向压力、轴向压力及切向压力等。因此，合理设计卧式砂磨机的主轴传动系统，对实现设备高效化、高回转精度、高强度与刚度等具有重要意义。

由于本文研制的卧式砂磨机主轴传动系统靠变频器调节转速，因此主轴箱内不需齿轮传动机构来实现调速，其结构可以得到很大程度的简化。综合考虑轴上零件的装配、定位和主轴的制造工艺性等，对传动装置进行设计，使传动装置与研磨装置相连接，实
现旋转运动和动力的传递。
主轴箱体的设计
主轴箱体起到对砂磨机主轴箱内各个零部件的支撑作用，它的综合性能对主轴、轴承的安装精度和受力情况将产生直接影响。为了确保主轴箱内各个零部件能够正常稳定地运转，主轴箱体应具有足够的刚度、强度和抗振性能。在设计主轴箱体时，不仅要选
取合适的材料，包括力学性能和工作环境等参考因素，还要考虑主箱体的制造工艺，主轴箱体通常情况下有以下两种设计方案铸造工艺
优点：强度和刚度大，吸振性好，适合大、中批量生产；
缺点：制造成本高、周期长。
揮接工艺
优点：生产成本低、精度高、周期短、市场适应性好；
缺点：在爆缝处易出现应力集中现象，使强度降低。
基于本文自主研制的卧式砂磨机主轴箱体和传统齿轮变速箱体存在差异，其主要起支撑作用，载荷相对比较稳定，但其密闭性要求高，箱体上端要幵一个润滑油口，还要有阻封液的进出口，所以要保证箱体内注入的液体不会泄漏。为了避免研磨腔的物料反流，在机械密封的地方要加压，箱体就要承受一定的压力，因此选择采用铸造工艺。

轴封装置的结构
目前市面上可以见到各种结构形式的密封装置，类似应用于离心栗、压缩机、撹拌器等等诸多回转机械设备上的轴封上，其应用范围己经涵盖了化工、电力、石油等各大行业。可见范围之广可见一斑。然而，如此广泛的行业里却很难找到针对建材行业砂磨机上的机械密封装置产品。由于机械密封装置在砂磨机研磨腔内要受到研磨物料及研磨介质的磨削挤压，这对机械密封装置的材质及结构提出了非常荀刻的要求，所以要保证机械密封装置在砂磨机上的正常使用难度很大。
密封是砂磨机的重要组成部分之一。在机械设计中，所有和流体接触的、可拆卸的设备，以及机器设备中将两个装有流体的区域隔开并作旋转或往复运动的部件之间，都需要密封装置在卧式砂磨机中，传动轴处于旋转状态，而主轴箱体固定不动，且主轴箱体中存有润滑的油液，研磨腔内装有物料菜液，因此要设有密封装置，砂磨机的轴封通常采用机械密封的方式。随着环境保护和安全生产要求的提高，对设备密封的要求也在提高。砂磨机需要一种性能优良的密封以满足安全生产和环境保护的要求。
机械密封可划分为以下基本类型：接触式和非接触式；
内流式和外流式；
内装式和外装式；
平衡式和非平衡式；
单端面、双端面和多端面机械密封。
密封的基本形式有：集裝式机械密封、窄环刃边机械密封、波纹管机械密封、开浅槽机械密封等。
由于砂磨机对密封的要求比较高，所以选择双端面机械密封。双端面机械密封的优良性能主要体现在以下方面
密封效果好；
端面温度低；
端面磨损小、使用寿命长；
双端面机械密封的密封形式在工业生产中应用非常广泛，在使用机械密封的过程中，它是一种布置方式，“双”代表有两套机械密封，它们以面对面、背对背或面对背的方式安装在需要密封的腔体中，引入能够起到密封、冷却和润滑作用的阻塞流体，但是在使用这种密封方式的过程中，当一端密封发生泄漏时，阻塞液可以缓冲或防止被密封介质泄露出去，采用这种密封设备的主要依据是由美国国家石油协会（发布的《离心粟以及转子栗用轴密封系统》。


采用双端面密封方式时，需要考虑配合这种密封型式，在保障安全生产的前提下，不仅能够提供密封装备，还能够提供相应的冲洗方案，配套的冲洗方案通常需要注意的足口于阻封液的液压要高于被密封介质左右，所以要在外部设置一个能够增压的设备，对阻塞液进行加压处理。因此在选择阻塞液时，要选用成本低并且不会对被密封介质造成污染的流体，避免对物料的生产造成不必要的影响。阻塞液通常是靠栗进行循环工作的，因此在安装时要利用辅助系统使阻塞液流体能顺利流通。综上所述：卧式砂磨机在釆用双端面密封时，设计中不仅需要设计机械密封方式，还要针对工作环境，选择合适的阻封液，并进行正确合理的使用，避免在使用中造成砂磨机的损坏或引起其他故障，以致发生泄漏。
机械密封动静环的材料要选择碳化桂陶瓷，这种材料具有较高的耐磨性，在外形尺寸上需要进行严格的对照，防止在轴与密封轴套的间隙处发生泄漏；两套密封中间要设置弹簧确保动环和静环能够紧密接触，并且用栗促使阻封液进行循环输送，保证整个双端面机械密封能够有效实施。

研磨腔的结构设计
研磨装置是卧室砂磨机的工作部件，产品的加工由研磨装置的运转得以实现，通过主轴的旋转带动轴上套的研磨盘，物料在受到研磨搅拌时随其旋转运动，发生摩擦撞击，颗粒度逐渐变小，最终达到加工要求。

研磨装置及工作原理