振动磨基本原理与振动磨类型（3）

在详细叙述振动球磨机的现状之前，为便于理解实用范围，有必要简要分析一下振动磨的基本原理。

最简单的振动磨通常是一个装有钢球或瓷球的磨筒结构。

磨筒由弹簧支撑从而可产生摇摆振动。振动一般但未必一定是在垂直平面内进行的。

在悬挂质量上安装某种装置，通常采用旋转偏心块激振的机械装置以保持强迫振动。但并不一定只限于这类系统，电机激振的振动磨如交流激磁的筒形线圈也是可行的。

图1.1为艾利斯－－查默尔公司磨机的局部剖视图，它显示了振动磨的所有基本特征。

圆柱形的振动磨筒受四个强化弹簧支撑，通过拉杆施力的四个附加调节弹簧使磨机运转平稳，该系统的固有频率为500～600转/分。

该机的激振装置包括一根轴，它由流动轴承固定于磨筒上并与之同心，轴的两端均装有调整偏心块，该轴由电机通过一弹性联轴器驱动，转速为1200～1500转/分，从而使磨机处于激烈的强迫振动状态，由此引起的磨介的振动被将磨物料磨碎，该机的轮廓如图1.2所示。

图1.3为一台典型的振动磨，该机采用“C”型弹簧悬挂，并使重心降低。磨筒为“V”形。更大的工业磨机由两个截面“V”形的磨筒连成一体，一般认为其加速了物料在仓内的循环，这种结构使物料经上筒流入下筒，下筒磨介较小，从而比单筒研磨效果好。

图1.6磨机是用橡胶块做弹簧两筒布置成连续磨形式。

作者实验用磨机，如图1.7，该机有一中枢装置，可将任意形状的一对磨筒固定住。实际结构较复杂，它安装在一对只允许垂直振动的板弹簧的中点上，可用一对夹子将弹簧上的给定位置固定在硬铝质架上，这样弹簧的有效长度和刚度就可以调节。

这对弹簧的两端固定在硬铝质桁架两端的支座上。而支坐又固定在另外两对只允许水平振动的板弹簧的中点，这两对弹簧的两端固定在磨机机体的支座上，而这四个支座实为四个夹子，其位置可以调整，从而使允许水平运动的弹簧的有效长度和刚度发生变化。

因此，通过改变夹子的相对位置就可以单独调节弹簧的水平刚度和垂直刚度。

在复杂的中枢装置上有一绕滚子轴承转动的轴，轴上有一对可调节的偏心块，每一组偏心块由两片组成，用键固定在轴上，两片之间的固定夹角可以调节，显然这种方案可以任意选择激振力，当偏心块之间的夹角为180°时，偏心块的转动不再产生不平衡力，而当两个偏心块重叠在一起时，激振力最大。在使用当中发现悬挂系统处于近共振状态时，所需的偏心块质量较小。而事实上。偏心块几乎总处于接近相对位置的状态。

偏心块的轴由电机驱动，并配有KOPP变速器可在400～4000转/分的范围内无级变速，电机与振动控制之间由弹性联轴器相连。

图1.8为另一种大型工业振动磨机。

由剖面图1.9可以看出，该磨机的偏心轴是垂直的，所以偏心块的作用平面是水平的。而磨筒则在水平面作轻微圆摆动。

但由于偏心块的作用平面高于或低于支撑弹簧的作用平面，故在回转轴与偏心块确定的垂直平面内有一摆动矩存在，该平面随轴一起转动。

因此，除了水平摆动外，磨机填料还有小振幅的垂直振动，从而防止了填料密集，改进了研磨工艺。

图1.10为一电磁激振的微型磨机，该磨机是用来研磨红外望远镜中的卤化碱的，它有一个玛瑙筒，筒中装有玛瑙球，磨筒装在由交流电激磁而摆动的衔铁的一端。

有报道说，该磨机可在几分钟内将物料从360目，磨碎至微米级。

上述分析表明，制造大型磨机的首要条件是大量物料能够高频振动，大量的物料与处理能力有关，而高频振动则与高研磨率相关。

而振动磨的设计与制造的难点恰恰就在这里。

尽管有这些困难存在，制造中型振动磨并不特别困难，因而可以相见，这些磨机将在小型磨矿作业中获得非常广泛的应用。

事实并非如此，尽管该类磨机为获得高研磨率提供了一种方法，但可以肯定其潜力远未发挥出来。

应该指出，虽然使大量物料作高频振动有技术困难，但Grimme在有关俄国振动磨发展概况的文章中表明他们已经在生产可替代管磨机研磨水泥熟料的振动磨。

这个例子说明目前已可以制造满足工业所需最大产量的磨机。

大部分工业磨机的振动频率是1500转/分，这无疑是因为这个频率可通过磨机直接与电机连接在一起而获得 。

然而值得注意的是，据Grimme^₍5₎报道，在俄国即使大型磨机也采用了3000转/分的速度。本书后面将阐明，研磨速度大约与速度的三次方甚至更大的幂成正比，无疑这种改进的方向是正确的。

对俄国磨机设计的研究表明，按常规设计原理，必须采取强有力的措施，如轴承的水冷和采用六十个螺旋弹簧支撑才行。而这些必要的措施影响了该类磨机的推广应用。

可以说，当前阻碍振动磨发展的正是磨机设计者过多的专注一此原理。这些原理适用于许类磨机的设计且正为设计者普遍接受，但却成了发展迅速、冲击高效磨机所难于克服的障碍。

因此有必要研究该类磨机的设计原理，并在现有知识的基础上将这些原理尽可能加以发展。

关于最佳振幅和振形式并实践中差别很大，如俄制最大型磨机的总位移是4毫米，而艾利斯－查莫尔制造公司的磨机的总位移达¾不特英寸时（18毫米）。

一般认为振动形式并不特别重要，在设计支撑磨筒的弹簧时通常以容易制造为目的进行设计并不努力使弹簧的水平刚度与垂直刚度相等。本书后面将说明，振动形式对研磨率有潜在影响。

实际上，所有工业磨机都是通过使用可调偏心块调整不平衡力的大小来改变振幅的。

现在看一下振动磨的工作方式，象球磨机家族的任何一员一样，振动磨可以间断或连续工作，每一种工作方式又可分为干式或湿式。

间断磨矿已众所周知勿需赘述，但应该指出的是由于振动磨的振幅仅为几个毫米，且磨筒不转，故易于与高真空及类似装置相连，再加上该磨机生产率高，从而使之成为在高度真空或在控制环境下制备极细粉未的理想手段。

振动磨可能的连续工作方式如图1.11（а）所示。

开路磨矿如图1.11（а）所示，进料速度可以调节以便磨机生产出所要求的产品。

带分级的研磨如图1.11（b）所示，磨碎产品被送到筛子或其他类型的分级设备，超过尺寸的返回储料斗进入磨机，筛下物即为最终产品。

图1.11（c）为一湿式间断磨矿的简单回路，此时物料由泵进行循环，直至系统中所有的物料达到所需的细度为止，最后从进料斗中取出成品   

这些系统可以进行变化，如图1.11（b）所示的干式磨矿可以变为湿式，只不过将斗式提升机用循环泵代替，用湿式分极设备代替干式筛子即可。

可以看出，在这些系统中无论是干料还是湿浆均靠重力进料，在振动磨中尚未见到用普通球磨机常用的风扫装置。由于振动磨填充率高，工作效率高，采用这种系统是不切合实际的。

应该指出的是，有足够的证据表明，在振动磨中，干粉可以达到极高的流速，因此至少就自由流动的粉未而言，保持其持续流动并不特别困难。

因此，当前应把主要精力放在振动磨的研究上，而不应放在辅助设备上，特别是因为许多研究人员已经对普通磨机的辅机进行了研究，且振动磨的辅机与球磨机及其他类型磨机的辅机并无明显差别。

显然，振动磨的发展可能使研磨物料的比能耗降为常规球磨机的三分之一，那么辅机的功耗在总功耗中所占的比例就更大了。因此，要使振动磨的优越性得以充分发挥，低能耗辅助设备的相应发展不仅有用而且非常有必要。

综上所述，振动磨的设计和应用中存在的问题是复杂的，而且可能为设计提供依据的数据不足。将在现有知识的基础上努力消除这个差距，为振动磨的设计和应用打下坚实的基础。