基于綠色設計理念的球磨機設計

朱躍華 姜利珍

摘 要：本文介紹了傳統建材機械的設計體系、評價體系，綠色設計的內容及特點。以磨機振動、噪聲、“跑、冒、滴、漏”為切入點，就磨機的綠色設計闡述了自己的觀點。

關鍵詞：建材機械;綠色設計;磨機

文章編號：2095-4085（2020）10-0058-02

1 建材機械的設計與評價體系

依據綠色設計所研究的內容及評價標準，對磨機的綠色設計作以下幾方面的探討。首先我們要明確傳統建材機械的設計與評價體系。

1.1 建材機械的設計體系

①設計準備：依據用戶或市場要求明確設計任務，擬定設計方案和計劃并通過調研修正。

②方案設計：擬定幾種不同的方案對比、選擇，經試驗總結正式采用。

③施工圖設計：工藝布置、設備裝配、零件圖說明書的設計和編寫。

④小結和總結：提出設計的主要優缺點、經驗和教訓、設計水平的初步評價、改進意見，整理文件歸檔。

1.2 建材機械的評價體系

①滿足使用要求：有效地執行預期的全部功能。

②滿足經濟性的要求：在設計、制造上，要求成本低，生產周期短;在使用上，要求生產率高，適用范圍大，燃料、電能和輔助材料等消耗少，管理方便，維修費用低廉等。

③滿足工藝性要求：盡量采用標準零、部件及優先配合、優先系列和標準結構等;制造及 裝配的勞動量要少;裝拆、維修方便。

④滿足勞動保護的要求：注意技術安全;最大限度減少體力和腦力消耗;改善工作環境。

2 綠色設計理念與傳統建材機械設計的融合

傳統建材機械設計主要是根據用戶（如水泥廠）提出產品的性能、質量和成本的要求來設計的。這種設計很少考慮節省能源、資源再生利用以及對生態環境的影響（如球磨機的能耗和噪聲）。

建材機械一向被認為是“傻、大、笨、粗” 的形象。傳統設計是“為制造而設計”，強調功能完善和使用可靠，不太注重外觀造型和色彩，產品數十年仍是“老面孔”（球磨機），缺乏鮮明的時代感和個性特點。

傳統建材機械設計中的“跑、冒、滴、漏”問題未能給以足夠的重視，不僅造成了環境的污染、資源的浪費，還時常引發各種事故，造成人身傷害。

“綠色設計”是“為環境而設計”，它要求設計人員在產品構思和設計階段就要把降低能耗、資源再生利用，保護生態環境，與保產品的性能、質量和成本的要求視為同等重要，綠色設計提倡完善的功能與優美的造型相結合，營造綠色視覺環境及人文環境的和諧統一，并保證在一定工藝流程中及相應環境條件下能夠實現。

3 球磨機的綠色設計

3.1 控制“跑、冒”，清潔藍天

建筑材料的生產過程中，在每臺設備的內部都有氣體和固體物料的運動。“跑、冒”便成了建材行業的一大公害，磨房內磨頭冒灰、磨尾跑灰使得車間內外粉塵飄揚，嚴重影響到工作人員的身體健康和附近農作物的生長，因此磨機應強制性執行粉塵排放標準，對于今后新產品的研發和鑒定及新上生產線必須實行排放達標一票否決制。綠色設計從根本上是減少環境污染、降低物質無謂消耗。實現清潔文明生產。

3.2 改進密封設計，避免“滴、漏”發生

磨機的“滴、漏”是使用過程中的常見問題，潤滑部位可能會因漏油而潤滑不良，影響設備的使用壽命和工作性能，浪費油液，污染環境，甚至發生火災等安全事故。分析研究各種“滴、漏”現象發現：

①密封件技術不過關，尤其是當油站供油壓力增大到40MPa以上的高壓時，系統的密封裝置就可能失效，導致泄漏;

②結構設計問題，磨機主軸襯采用滑動軸承結構設計不如滾動軸承結構設計密封性能好，大齒輪罩及大小齒輪的傳動方式設計不盡合理;

③密封材料質量問題。為此，一些重要設備（如油站）或液壓系統中的關鍵零部件仍要依賴進口。顯然密封的設計、制造、材料已成為磨機實施綠色設計的“瓶頸”問題。因此，新型密封結構的設計、優化，性能的提高，材料的改進是密封技術研究的重要課題。

3.3 減小振動、降低噪聲，改善作業環境

建材行業使用的礦山開采設備、工程機械、球磨機、破碎機等大型設備都會強烈的振動和較高的噪聲，磨機的噪聲通常可以高達120dB以上，嚴重惡化了工作環境。因此選用好的減振、隔振材料及結構（如隔振性能好的各種彈性支承）;選用合適的隔音材料及恰當的裝配聯接并從參數選擇到具體的結構設計與布置，都要從提高產品的抗震、隔音性能上加以綜合考慮及科學設計。綠色設計要求建材機械運轉和作業中產生的噪聲對周圍環境的影響，不超過國家標準。而對于磨房、泵房等作業空間小，噪聲擴散性差的環境則應制訂更為嚴格的噪聲限值標準。

分析磨機等建材機械噪聲產生機理，可以對不同的設備從噪聲發生源和噪聲傳播路徑兩個方面加以控制和解決。下面以磨機為例加以分析。

（1）噪聲發生源 依據磨機的工作原理知，磨機能量的95%以上都轉化為熱能和聲能，噪聲產生的主要原因是磨內研磨體與研磨體之間、研磨體與襯板之間、研磨體與隔倉板之間相互碰撞、摩擦所致。磨機的直徑越大噪聲越大、球料比越大噪聲越大、研磨體直徑越大噪聲越大。顯然適當減小磨機直徑不僅可以降低噪聲，而且有利于磨機的加工制造和運輸，對道路的建設及維護也是非常有利的;降低球料比，磨機的噪聲也會相應降低;增加預破碎，減小入料粒度，降低研磨體的直徑，噪聲同樣會降低。當然提高傳動系、制動系及齒輪機構中各運動體、執行件的制造精度和裝配質量同樣有助于降低機械噪聲和系統的噪聲。

（2）傳播路徑 采用吸聲材料和吸聲結構，或者利用具有一定質量、堅實的材料與結構去隔離噪聲傳播途徑都是比較常見的方法，如濟南裕興化工廠的球磨機首先安裝在磨房內，然后再在磨機的周圍用隔音材料做了一個小房間把磨機罩起來，隔音效果明顯。另外從磨機的結構分析，作者認為采用圖1結構隔音效果會更好。

（3）振動的起源與隔振 由球磨機的工作原理圖（圖2）可知，磨機運轉過程中主要克服物料和研磨體產生的偏心力矩，而這一偏心力恰恰是磨機振動產生的主要原因，因此，消除磨機偏心力或減小偏心力是降低磨機振動的有效方法，如減小磨機直徑、降低球料比，這會影響磨機產量，不利于磨機大型化。為此作者認為發展多筒磨機能夠協調產量提高和降低噪聲的問題。當然這還不能徹底解決震動問題，必須切斷震源的傳播途徑才能消除震動對周圍環境的影響，有效的方法是研究設計一種阻尼彈性地基。

3.4 改進外觀設計，塑造綠色形象

建材工業中水泥廠使用的窯的最大規格已達Ф7.6m×232m，磨機的規格達Φ5.5m×16.5m，單件設備重量高達幾百t，一直給人以“傻、大、笨、粗”的形象。磨機發明一百多年來仍是“老面孔”，缺乏新鮮感和時代特色。綠色設計強調功能與造型相結合的理念，在保證功能和內在質量完善的前提下，通過改進結構、刮泥子、焊補、色彩搭配等方法提高設備的外觀質量和藝術欣賞性，吸引用戶、搶占市場。

4 球磨機綠色設計的未來

隨著全民環境意識的不斷提高及可持續發展戰略的進一步落實，磨機這一傳統的“粗大、笨重”設備實施綠色設計必將得到建材行業同仁的共識和支持，磨機的設計要求將綠色選材設計、綠色工藝設計、綠色制造環境設計、綠色包裝設計和綠色回收處理設計等產品生命周期的綠色設計全過程，通過綠色系統“鏈”的形式得以真正實施和實現。磨機綠色設計發展的方向就是不斷完善綠色系統“鏈”的各個具體環節，通過建立數學模型、評價體系，分解具體量化指標，實現磨機的綠色設計，造福后代。

總之，磨機的綠色設計，是將材料選擇、產品結構設計、工藝方法研究、外觀造型改進和色彩搭配等方面巧妙融合的過程，以達到人—機—環境的和諧統一。

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