球磨机无齿传动模式研究及解析

李维强

（紫金矿业集团股份有限公司，福建 龙岩 364200）

常规齿轮啮合传动球磨机通常由轴承座、筒体、大齿圈、小齿轮、减速机、驱动电机和润滑系统及冷却系统组成。球磨机筒体通常由三节筒体组装而成，每节筒体由2片半圆形筒体组装而成，大齿轮通常采用铸钢铸造方式，经CNC数控机床精加工而成。啮合齿轮球磨机在安装过程中通常分为如下步骤[1]。

1 坐标校核

在坐标设定前期，通常需要设定控制点，该控制点和土建控制点一致。在实施球磨机土建基础过程中，通常由6个～8个控制点组成测量控制网，通常用铁质或铜质圆柱体，并用混凝土基墩固定，在圆柱体顶部划上“+”作为标记，作为全站仪的引导点，并选定一个作为安装控制基准点。通过全站仪将基准控制点引至球磨机安装基准面，结合球磨机的总装图，计算副底板的定标高，采用相对标高或绝对标高均可，并做好测量数据原始记录。

2 副底板和主底板安装

按照副底板的顶标高，用精密水准仪进行副底板的安装（粗调）。通过精度0.02mm的方框式水准仪进行水平度精密调平，达到副底板的安装标高要求，精度误差控制0.05mm以内。满足标高和水平度精度条件后，配置自密实灌浆料，采用木制长条形小木板分别置于副底板周围并固定，浇筑自密实灌浆料，以不高于副底板标高为准，待自密实混凝土强度达到30MPA要求后，拆除副底板外围木制小框。

根据总装图技术要求，利用精度为0.02mm的方框式水准仪进行主底板的安装。如果主底板顶标高低于总装图要技术求标高，可以通过采用在副底板和主底板之间加装不锈钢垫片，不锈钢垫片厚度规格为0.1mm或0.2mm不等，以达到安装标高，误差精度控制在0.05mm。

3 轴承座和筒体就位

轴承座吊装就位后，用厂家提供的不锈钢长螺杆固定并锁紧。不锈钢长螺栓外涂的防腐油脂可采用0#柴油清洗干净，以达到安装洁净要求。在筒体组装前，需根据设备基础标高加工1个～2个钢结构支墩架，顶部用20mm钢板铺平。将厂家提供的2个弧度板置于钢板面上，用于支撑筒体对接组装。

3节筒体共6片筒体，在地面组装完成后。吊至弧度板上，用2台500t的液压千斤顶支撑，待3节筒体对接组装后，再移除500吨液压千斤顶。按技术规范要求，通过筒体法兰上顶丝调整大齿圈的径向跳动公差和端面跳动公差，公差精度在0.8mm以内。

4 大小齿轮就位

大齿轮采用分片安装的方式，先行安装一片半圆齿圈，利用齿圈重力采用缓慢松紧措施，第一片半圆齿圈转至底部，再吊装第二片半圈齿圈，和第一片半圈齿圈组对安装。

按总装图校核公共基础班顶部标高，小齿轮就位于公共基础板上后，先行调整大、小齿轮啮合间隙和啮合度，通过塞尺对球磨机齿轮齿隙校核。进料端齿隙略大于出料端齿隙为宜，保证主受力面在出料端，减少齿隙温差，确保齿隙温差在合格范围以内。啮合度按齿长不低于65%、齿高不低于40%为基准，并做好数据记录。也可以通过在齿轮啮合面涂刷红丹漆方式，采用慢驱，缓慢驱动筒体数圈，查看红丹漆脱落程度佐证啮合面是否达到啮合要求。

5 减速机、电机和慢驱就位

减速机、电机和慢驱就位于公共基础板上后，进行同轴度校核。采用红外线同轴度测量仪器，由于球磨机电机转速通常为960转/分，属于低速重载电机，衡量同轴度的四个参数值在0.1mm/m～0.15mm/m以内为标准。

达到上述技术规范要求后，对不锈钢长螺栓孔洞等进行二次灌浆，灌浆材料采用自密实灌浆料，在卡莫阿（KAMOA）铜业有限公司实施第一系列和第二系列建设过程中，采用南非生产的525#标准的“MASTER”品牌自密实灌浆料[2]。

6 润滑站和冷却系统调试

润滑站工艺管道需要经过严格的酸洗作业，通常采用30%稀硫酸进行酸洗2次，去除管道内油污及杂物，管道吹干或晾干后再行装配。管道应标明出油方向和回油方向。初装油在磨机完成调试运转后需要及时全部更换，同时更换纸质滤芯，保证正常的供油压力和流量。主轴承润滑站润滑油经泵加压后，高压润滑油在前后轴承的免刮铜瓦表面形成0.5mm～1mm的高压油膜，保证球磨机筒体的稳定运转。检测前后轴承座的润滑油流量是否一致。

冷却系统在安装时应注意采用洁净水作为冷却水，以免管道堵塞，从而润混系统的油温升高，触发连锁系统，导致报停。冷却水如条件许可，建议单独供水，保证水质洁净和水量充裕。冷却管道应标明出水方向和回水方向。

球磨机如果采用变频启动，根据P=FV，应该采用低频启动，通常从5%转速切入，运行几分钟后再阶段调速，直至正常运转。

球磨机筒体螺栓应按规定扭矩用专用扭矩扳手进行锁紧，钢球充填率达到设计要求的33%并进行试运行1周后，需要对螺栓重新紧固，螺栓采用双螺母紧固模式。

7 啮合齿轮球磨机调整过程中常出现的问题

7.1 基础沉降

球磨机基础混凝土方量大，通常采用C30或C35配合比，混凝土比重大，质量大。如果设备基础下方的回填密实度达不到要求，特别是在北半球或高原地带存在冻土情况下，由于冻土存在缓慢融化现象，加之寒冷地区通常有供暖设施，通过观测沉降观测点，大型设备基础将会明显沉降。国内某矿山曾出现球磨机电机基础建立在冻土上方，由于室内温度较高，冻土缓慢融化，传动轴系出现扭断生产事故。所以设备基础下方的回填土碾压的密实度和含水率等技术指标要严格保证，基础应开挖至基岩实地，回填土粒级配比符合技术规范要求，回填土碾压密实度通常在92%～95%之间，含水率在92%～95%之间。

7.2 大小齿轮啮合达不到要求

大小齿轮啮合是否良好通常通过齿隙大小和啮合面二个参数方面衡量。进料端齿隙应略大于出料堵齿隙，保证主要受力面在出料端。齿轮温差热电偶测温仪将对进料端和出料端的温差进行实时监测，假定环境温度在15℃范围以内，进料端和出料端温差应在10℃以内为宜。

通常出现由于啮合度达不到技术规范标准，导致温差超过20℃。如果出现这种情况，需要对球磨机的前、后轴承座标高进行校核，前轴承座标高是否高于后轴承座标高0.5mm～0.8mm。如果达不到误差范围以内，需要对前轴承座和主底板之间的不锈钢垫片厚度进行调整，可以采用2*500吨液压系统顶升球磨机筒体以增减垫片，重新调校水平精度标高至合格技术标准，并采用百分表监测前轴承座前后偏移量。

7.3 传动轴系同轴度不符合技术规范

传动轴系同轴度精调采用分段精调方式，先对减速机进行精调，以满足同轴度0.1mm/m～0.15mm/m精度要求，再对电机和减速机进行同轴度精度调校。如果在调试过程中，同轴度不符合精度要求，通过对公共基础顶丝进行左右偏移量精度调整，通过增减0.1mm或0.2mm厚度的不锈钢垫片进行水平度调整，以达到安装精度要求。

8 无齿传动球磨机安装步骤

坐标校核在球磨机基础外围设定6个～8个控制点，形成测量控制网络。取其中一点作为测量基准点，通过全站仪引至安装基准面。副底板和主底板安装按照安装总图标高要求，将副底板固定，通过精密水准仪和精度为0.02mm的框式水准仪调校副底板顶面表格至安装标高，误差范围控制在0.5mm以内。合格后，通过自密实灌浆料将副底板固定。灌浆料强度达到30MPA强度后，将主底板就位于副底板上面，对主底板的顶面标高进行调校，主底板顶面标高精度误差在0.5mm以内，如果低于设计安装标高，可在副底板和主底板之间铺设厚度0.1mm或0.2mm的不锈钢垫片，以达到安装精度技术要求。

轴承座固定于主底板上面，用厂家提供的不锈钢长螺栓进行固定并紧固。3节筒体共6片，在地面组装完成后分别吊装至弧度板上组对，用2*500吨液压千斤顶顶升。临时的钢结构支架通常采用325*12mm无缝管焊接而成，以保证足够的支撑强度。待3节筒体组对完成后，通过释放千斤顶压力，将筒体缓慢落至轴承座上。

润滑系统和冷却系统调试和齿轮啮合传动球磨机流程相似。如果在高纬度北半球区域或高原地区，冷却系统建议采用室内内循环模式，一是保证冷却水洁净，冷却水流量稳定，二是保证冷却水不受冻或结冰，确保冷却系统正常运转。

无齿传动球磨机通常配备变频调速，根据P=FV，同等功率下，转速越低驱动力越大，通常以5%低频启动，经过阶段性调速至正常转速。无齿传动球磨机筒体作为电机的转子，8块磁力线圈现场进行组装，作为电机的定子。额定电压10KV交流电通电后，磁力线圈产生磁场，通过切割磁力线，产生磁力扭矩，驱动球磨机正常运转。结构简单，减少了传统球磨机齿轮和减速机的安装和精度调校。

9 无齿传动球磨机和齿轮啮合传动球磨机优缺点比较

（1）无齿传动球磨机安装步骤少，不需要安装齿轮，减少齿轮啮合度调试和传动轴系同轴度调试过程，安装工期短、效率高。

（2）无齿传动球磨机产能比较大，通常电机驱动功率大于齿轮啮合传动球磨机。无齿传动球磨机在世界上超大型矿山应用较多；

（3）设备大型化，同等生产规模情况可减少球磨机数量，运转平稳，安装时间短，简化了齿轮和减速机装置，便于维修。

（4）可以调节电源的频率，用低速变频启动，启动电流可以降低到额定电流的2倍以下。这与普通同步电动机很高的启动电流相比，是一个显著的优点。对于特大型球磨机而言，这点非常重要。同步电动机启动电流通常按额定电流5倍～7倍测算，选厂供电网络容易受到冲击，电网可能跳停，同时容易产生谐波。一般采用先行启动球磨机主设备，然后再启动破碎和浮选系统的方式，减缓电网供电影响。

（5）无齿传动球磨机的碳刷材料质量要求比较高，价格较贵，成本较高。如某知名品牌无齿传动球磨机采用碳纤维材料制作碳刷，价格较为高昂，在一定时期内，核心部件如碳刷等仍维持较高价格。

（6）无齿传动球磨机通过变频系统控制，方便结合处理量进行转速设定，在吨矿单位成本测算中，由于单位产能提升，低于齿轮啮合传动球磨机，有助于节能降耗。

1 0 结语

目前，中国拥有国际上完整的工业加工体系，随着新工艺、新材料、新技术的出现，技术创新也将得到进一步加强。无齿传动球磨机作为一种新型的传动方式，大大的简化了传动装置，不存在齿轮和减速机的检修和维护，随着技术创新和市场体系的进一步完善，磨机的关键部件价格如碳刷等也会调整到合适的市场预期价格，无齿传动球磨机市场性价比也会得到进一步提升。同时，无齿传动球磨机的启动电流可以降低到额定电流2倍以下，相比于同步电机的启动电流在额定电流的5倍～7倍，减缓了对供电电网的冲击，对于特大型球磨机，这个优点尤为重要。无齿传动球磨机节能效果明显，技术经济效益优点显著，将是球磨机长远发展的一个重要趋势。