液力偶合器在球磨机上的应用及其选型匹配

　　0 引言

　　球磨机是矿山、冶金、电力、轻工、化工、建材等行业广泛应用的重要设备和耗能较大的设备。 球磨机(以及圆筒混合机)属于惯量大、启动困难的重型设备。合理选型并正确使用液力偶合器， 对于改善球磨机启动性能、降低其电动机功率配置节约能源、延长整机使用寿命、提高设备使用效率是十分重要的。

　　1 球磨机的启动与运行特点

　　由于各行业用途及其工艺要求的不同， 所使用的球磨机品种类型也不尽相同。 矿山选矿厂、水泥厂、化工厂等行业使用的球磨机为连续进出料类型。 该类型又分为周边齿轮传动型（见图 1）、胶轮传动型（即托辗式见图 2）、中心传动型（见图 3）等类型；轻工业用于凉席竹片打磨，陶瓷厂用于长石、石英、泥料湿法间歇细磨等所使用的球磨机为间歇进出料类型。 即球磨机一次性装料粉磨完成后须停机卸料再重新装料启动运行。 此类型多为周边皮带传动型（见图 4）。 在此还要特别提到钢铁厂烧结车间使用的原料圆筒混合机， 无论是设备结构还是工作原理都与周边齿轮传动连续进出料类型的球磨机十分相似，故并此讨论。

　　我们以间歇进出料型球磨机为例分析球磨机启动过程：在重新装料后，密度较大的钢球集中置于转筒下层，待粉磨原料覆盖其上，湿式球磨机内还注有液体，转筒内填充物的重心偏离转筒旋转轴线距离 r0(见图5a)。 在球磨机启动之初，电动机除要克服传动系统摩擦阻力矩 Mf、对大惯量加速的阻力矩 Mr外，还必须克服填充物因重力形成的偏心力矩 Mr（见图 5b）。 偏心力矩Mf起初是按正弦函数关系变化，最大值为 mgr0，直至进入球磨机稳定运行工况后转变为恒定值， 随着原料钢球互混并作抛落运动， 其平均重心的位置与距旋转轴线的距离比较静态均发生了改变（见图 5c）。 球磨机启动时的阻力矩可表示如下：

　　M=M_f+M_j+M_r

　　式中 M_f——传动摩擦阻力矩；

　　M_j——惯量加速阻力矩；

　　M_r——物料偏心力矩。

　　球磨机的启动运行过程阻力矩变化如图 6 所示，图中横坐标为转筒转角 α，纵坐标为阻力矩 M，从图上可知启动过程的最大力矩不是在零速点而是在转筒旋转约 α=π/2 之处， 这也就是球磨机在启动时转筒旋转了一定角度后常发生堵转闷车的缘故。

　　2 球磨机应用液力偶合器的必要性

　　由球磨机启动过程分析可知， 其启动过载系数很高， 一般为 2.5~3.5。 为使直接拖动的电动机能顺利启动， 往往电动机的额定功率是按正常运行功率的 1.4~1.5 倍配置，这种为解决大惯量重型设备满载启动困难而采取加大装机容量即大马拉小车的办法， 缺点是显而易见的。 首先是能源消耗大，由于电动机功率富裕量大， 正常运行工况负载率低， 故而电动机的功率因数低，无功功率偏大，造成电动机及网络系统的铜、铁损耗大、能耗高；其次是传动系统的传动品质差，由于是电动机直接拖动启动， 电动机启动时产生冲击扭矩对传动系统的元件均产生冲击作用而加剧其磨损和疲劳影响到设备的使用寿命； 再者由于单机功率配置大使整个供电网络的投资加大，生产成本提高。