基于绿色设计理念的球磨机设计

    朱跃华 姜利珍

    

    

    摘 要：本文介绍了传统建材机械的设计体系、评价体系，绿色设计的内容及特点。以磨机振动、噪声、“跑、冒、滴、漏”为切入点，就磨机的绿色设计阐述了自己的观点。

    关键词：建材机械;绿色设计;磨机

    文章编号：2095-4085（2020）10-0058-02

    1 建材机械的设计与评价体系

    依据绿色设计所研究的内容及评价标准，对磨机的绿色设计作以下几方面的探讨。首先我们要明确传统建材机械的设计与评价体系。

    1.1 建材机械的设计体系

    ①设计准备：依据用户或市场要求明确设计任务，拟定设计方案和计划并通过调研修正。

    ②方案设计：拟定几种不同的方案对比、选择，经试验总结正式采用。

    ③施工图设计：工艺布置、设备装配、零件图说明书的设计和编写。

    ④小结和总结：提出设计的主要优缺点、经验和教训、设计水平的初步评价、改进意见，整理文件归档。

    1.2 建材机械的评价体系

    ①满足使用要求：有效地执行预期的全部功能。

    ②满足经济性的要求：在设计、制造上，要求成本低，生产周期短;在使用上，要求生产率高，适用范围大，燃料、电能和辅助材料等消耗少，管理方便，维修费用低廉等。

    ③满足工艺性要求：尽量采用标准零、部件及优先配合、优先系列和标准结构等;制造及 装配的劳动量要少;装拆、维修方便。

    ④满足劳动保护的要求：注意技术安全;最大限度减少体力和脑力消耗;改善工作环境。

    2 绿色设计理念与传统建材机械设计的融合

    传统建材机械设计主要是根据用户（如水泥厂）提出产品的性能、质量和成本的要求来设计的。这种设计很少考虑节省能源、资源再生利用以及对生态环境的影响（如球磨机的能耗和噪声）。

    建材机械一向被认为是“傻、大、笨、粗” 的形象。传统设计是“为制造而设计”，强调功能完善和使用可靠，不太注重外观造型和色彩，产品数十年仍是“老面孔”（球磨机），缺乏鲜明的时代感和个性特点。

    传统建材机械设计中的“跑、冒、滴、漏”问题未能给以足够的重视，不仅造成了环境的污染、资源的浪费，还时常引发各种事故，造成人身伤害。

    “绿色设计”是“为环境而设计”，它要求设计人员在产品构思和设计阶段就要把降低能耗、资源再生利用，保护生态环境，与保产品的性能、质量和成本的要求视为同等重要，绿色设计提倡完善的功能与优美的造型相结合，营造绿色视觉环境及人文环境的和谐统一，并保证在一定工艺流程中及相应环境条件下能够实现。

    3 球磨机的绿色设计

    3.1 控制“跑、冒”，清洁蓝天

    建筑材料的生产过程中，在每台设备的内部都有气体和固体物料的运动。“跑、冒”便成了建材行业的一大公害，磨房内磨头冒灰、磨尾跑灰使得车间内外粉尘飘扬，严重影响到工作人员的身体健康和附近农作物的生长，因此磨机应强制性执行粉尘排放标准，对于今后新产品的研发和鉴定及新上生产线必须实行排放达标一票否决制。绿色设计从根本上是减少环境污染、降低物质无谓消耗。实现清洁文明生产。

    3.2 改进密封设计，避免“滴、漏”发生

    磨机的“滴、漏”是使用过程中的常见问题，润滑部位可能会因漏油而润滑不良，影响设备的使用寿命和工作性能，浪费油液，污染环境，甚至发生火灾等安全事故。分析研究各种“滴、漏”现象发现：

    ①密封件技术不过关，尤其是当油站供油压力增大到40MPa以上的高压时，系统的密封装置就可能失效，导致泄漏;

    ②结构设计问题，磨机主轴衬采用滑动轴承结构设计不如滚动轴承结构设计密封性能好，大齿轮罩及大小齿轮的传动方式设计不尽合理;

    ③密封材料质量问题。为此，一些重要设备（如油站）或液压系统中的关键零部件仍要依赖进口。显然密封的设计、制造、材料已成为磨机实施绿色设计的“瓶颈”问题。因此，新型密封结构的设计、优化，性能的提高，材料的改进是密封技术研究的重要课题。

    3.3 减小振动、降低噪声，改善作业环境

    建材行业使用的矿山开采设备、工程机械、球磨机、破碎机等大型设备都会强烈的振动和较高的噪声，磨机的噪声通常可以高达120dB以上，严重恶化了工作环境。因此选用好的减振、隔振材料及结构（如隔振性能好的各种弹性支承）;选用合适的隔音材料及恰当的装配联接并从参数选择到具体的结构设计与布置，都要从提高产品的抗震、隔音性能上加以综合考虑及科学设计。绿色设计要求建材机械运转和作业中产生的噪声对周围环境的影响，不超过国家标准。而对于磨房、泵房等作业空间小，噪声扩散性差的环境则应制订更为严格的噪声限值标准。

    分析磨机等建材机械噪声产生机理，可以对不同的设备从噪声发生源和噪声传播路径两个方面加以控制和解决。下面以磨机为例加以分析。

    （1）噪声发生源 依据磨机的工作原理知，磨机能量的95%以上都转化为热能和声能，噪声产生的主要原因是磨内研磨体与研磨体之间、研磨体与衬板之间、研磨体与隔仓板之间相互碰撞、摩擦所致。磨机的直径越大噪声越大、球料比越大噪声越大、研磨体直径越大噪声越大。显然适当减小磨机直径不仅可以降低噪声，而且有利于磨机的加工制造和运输，对道路的建设及维护也是非常有利的;降低球料比，磨机的噪声也会相应降低;增加预破碎，减小入料粒度，降低研磨体的直径，噪声同样会降低。当然提高传动系、制动系及齿轮机构中各运动体、执行件的制造精度和装配质量同样有助于降低机械噪声和系统的噪声。

    （2）传播路径 采用吸声材料和吸声结构，或者利用具有一定质量、堅实的材料与结构去隔离噪声传播途径都是比较常见的方法，如济南裕兴化工厂的球磨机首先安装在磨房内，然后再在磨机的周围用隔音材料做了一个小房间把磨机罩起来，隔音效果明显。另外从磨机的结构分析，作者认为采用图1结构隔音效果会更好。

    （3）振动的起源与隔振 由球磨机的工作原理图（图2）可知，磨机运转过程中主要克服物料和研磨体产生的偏心力矩，而这一偏心力恰恰是磨机振动产生的主要原因，因此，消除磨机偏心力或减小偏心力是降低磨机振动的有效方法，如减小磨机直径、降低球料比，这会影响磨机产量，不利于磨机大型化。为此作者认为发展多筒磨机能够协调产量提高和降低噪声的问题。当然这还不能彻底解决震动问题，必须切断震源的传播途径才能消除震动对周围环境的影响，有效的方法是研究设计一种阻尼弹性地基。

    3.4 改进外观设计，塑造绿色形象

    建材工业中水泥厂使用的窑的最大规格已达Ф7.6m×232m，磨机的规格达Φ5.5m×16.5m，单件设备重量高达几百t，一直给人以“傻、大、笨、粗”的形象。磨机发明一百多年来仍是“老面孔”，缺乏新鲜感和时代特色。绿色设计强调功能与造型相结合的理念，在保证功能和内在质量完善的前提下，通过改进结构、刮泥子、焊补、色彩搭配等方法提高设备的外观质量和艺术欣赏性，吸引用户、抢占市场。

    4 球磨机绿色设计的未来

    随着全民环境意识的不断提高及可持续发展战略的进一步落实，磨机这一传统的“粗大、笨重”设备实施绿色设计必将得到建材行业同仁的共识和支持，磨机的设计要求将绿色选材设计、绿色工艺设计、绿色制造环境设计、绿色包装设计和绿色回收处理设计等产品生命周期的绿色设计全过程，通过绿色系统“链”的形式得以真正实施和实现。磨机绿色设计发展的方向就是不断完善绿色系统“链”的各个具体环节，通过建立数学模型、评价体系，分解具体量化指标，实现磨機的绿色设计，造福后代。

    总之，磨机的绿色设计，是将材料选择、产品结构设计、工艺方法研究、外观造型改进和色彩搭配等方面巧妙融合的过程，以达到人—机—环境的和谐统一。

    参考文献：

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    [3]孙家寿.绿色设计的现状与展望[J].环境科学动态，1996，（05）.

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