一、前言(yan)
球磨(mo)(mo)機(ji)(ji)在(zai)水(shui)泥、陶瓷、冶金企(qi)業(ye)里被大(da)(da)(da)量使(shi)用(yong),是(shi)物(wu)(wu)料粉碎(sui)的(de)不可缺少(shao)的(de)重(zhong)(zhong)要生產設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)。球磨(mo)(mo)機(ji)(ji)一(yi)般功率(lv)都較(jiao)大(da)(da)(da)，工(gong)作效率(lv)又很(hen)低(di)，占(zhan)據了(le)企(qi)業(ye)總用(yong)電(dian)(dian)量的(de)80%以上，成(cheng)為上述行業(ye)最大(da)(da)(da)的(de)耗電(dian)(dian)設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)之一(yi)，因此降(jiang)低(di)球磨(mo)(mo)機(ji)(ji)的(de)能耗是(shi)上述行業(ye)降(jiang)低(di)成(cheng)本，提(ti)高產品(pin)競爭力(li)的(de)有效途徑(jing)。球磨(mo)(mo)機(ji)(ji)一(yi)般采(cai)用(yong)簡單的(de)工(gong)頻控制，易造(zao)成(cheng)物(wu)(wu)料的(de)過度研磨(mo)(mo)，所需研磨(mo)(mo)周期較(jiao)長，研磨(mo)(mo)效率(lv)較(jiao)低(di)，單位產品(pin)功耗較(jiao)大(da)(da)(da)，啟(qi)動(dong)(dong)(dong)電(dian)(dian)流大(da)(da)(da)，對設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)和電(dian)(dian)網的(de)沖擊(ji)很(hen)大(da)(da)(da)，機(ji)(ji)械設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)的(de)生產維護量也(ye)大(da)(da)(da)。直接工(gong)控球磨(mo)(mo)機(ji)(ji)的(de)弊病(bing)并嚴重(zhong)(zhong)地阻礙了(le)各工(gong)業(ye)企(qi)業(ye)快(kuai)速發展。球磨(mo)(mo)機(ji)(ji)屬于(yu)低(di)速重(zhong)(zhong)載設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)，裝載量大(da)(da)(da)，起動(dong)(dong)(dong)力(li)矩也(ye)很(hen)大(da)(da)(da)，一(yi)般需要加裝液力(li)耦(ou)合器來(lai)(lai)完(wan)成(cheng)傳動(dong)(dong)(dong)系統的(de)啟(qi)動(dong)(dong)(dong)和調速。如陶瓷工(gong)業(ye)球磨(mo)(mo)機(ji)(ji)通常采(cai)用(yong)附加啟(qi)動(dong)(dong)(dong)電(dian)(dian)機(ji)(ji)沖擊(ji)啟(qi)動(dong)(dong)(dong)或(huo)軟啟(qi)動(dong)(dong)(dong)裝置來(lai)(lai)啟(qi)動(dong)(dong)(dong)，對電(dian)(dian)網沖擊(ji)大(da)(da)(da)，而且啟(qi)動(dong)(dong)(dong)完(wan)成(cheng)后運轉時(shi)所需的(de)轉距減(jian)小，所以在(zai)節約能源方面有很(hen)大(da)(da)(da)的(de)空間。
隨(sui)著變(bian)(bian)頻(pin)技(ji)術的(de)(de)快速(su)發(fa)(fa)展(zhan)及在水泥(ni)、陶瓷、冶金(jin)企業的(de)(de)大(da)量應用(yong)，變(bian)(bian)頻(pin)器控制球磨(mo)機(ji)也成為可能(neng)。作(zuo)為專業生產高性能(neng)變(bian)(bian)頻(pin)器的(de)(de)普傳科技(ji)股(gu)份有限公司根據球磨(mo)機(ji)工作(zuo)原理和機(ji)械特點開發(fa)(fa)出大(da)功率球磨(mo)機(ji)專用(yong)變(bian)(bian)頻(pin)控制器（系統）在現實(shi)中有很(hen)好的(de)(de)應用(yong)。
二、球磨機工作原理
球(qiu)磨(mo)(mo)機主(zhu)要(yao)由(you)傳(chuan)動(dong)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置、筒(tong)體(ti)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置、加料(liao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置、卸料(liao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置及電(dian)氣控(kong)制裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置等(deng)組成(cheng)，分(fen)給料(liao)部(bu)(bu)(bu)(bu)、出料(liao)部(bu)(bu)(bu)(bu)、回(hui)轉部(bu)(bu)(bu)(bu)、傳(chuan)動(dong)部(bu)(bu)(bu)(bu)（減(jian)速(su)機、小傳(chuan)動(dong)齒輪、電(dian)機、電(dian)控(kong)）等(deng)主(zhu)要(yao)部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)。其主(zhu)體(ti)是一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)水平裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)在兩(liang)個(ge)(ge)大(da)(da)型軸承上的(de)(de)(de)(de)(de)低速(su)回(hui)轉的(de)(de)(de)(de)(de)簡體(ti)。球(qiu)磨(mo)(mo)機由(you)電(dian)動(dong)機通過(guo)減(jian)速(su)機及周(zhou)邊大(da)(da)齒輪減(jian)速(su)傳(chuan)動(dong)、或(huo)由(you)低轉速(su)同步電(dian)機直(zhi)接通過(guo)周(zhou)邊大(da)(da)齒輪減(jian)速(su)傳(chuan)動(dong)，驅動(dong)回(hui)轉部(bu)(bu)(bu)(bu)回(hui)轉。筒(tong)體(ti)內部(bu)(bu)(bu)(bu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)有(you)(you)適當的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)礦介質一(yi)(yi)(yi)鋼球(qiu)。磨(mo)(mo)礦介質在離心力(li)和(he)(he)(he)(he)摩擦力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作用下(xia)，被提升到一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)高度，呈(cheng)拋(pao)落或(huo)泄落狀(zhuang)態落下(xia)。被磨(mo)(mo)制的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)料(liao)由(you)給料(liao)口連續(xu)地(di)進入簡體(ti)內部(bu)(bu)(bu)(bu)，被運(yun)動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)礦介質所粉碎，并通過(guo)溢流和(he)(he)(he)(he)連續(xu)給料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)量將(jiang)產品排出機外，以進行下(xia)一(yi)(yi)(yi)段工(gong)序處理。用于陶瓷工(gong)業(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)球(qiu)磨(mo)(mo)機具有(you)(you)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)水平放(fang)置的(de)(de)(de)(de)(de)筒(tong)體(ti)，筒(tong)體(ti)被隔板(鉆有(you)(you)許多小圓孔的(de)(de)(de)(de)(de)圓板——篩板)分(fen)成(cheng)2～4個(ge)(ge)研(yan)(yan)(yan)磨(mo)(mo)腔，每(mei)個(ge)(ge)研(yan)(yan)(yan)磨(mo)(mo)腔內裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)有(you)(you)一(yi)(yi)(yi)定(ding)形狀(zhuang)尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)磨(mo)(mo)體(ti)，筒(tong)體(ti)旋(xuan)轉時(shi)，物(wu)料(liao)和(he)(he)(he)(he)研(yan)(yan)(yan)磨(mo)(mo)體(ti)等(deng)在摩擦力(li)和(he)(he)(he)(he)離心力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作用下(xia)被筒(tong)體(ti)提升到一(yi)(yi)(yi)定(ding)高度，然后在重(zhong)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作用下(xia)沿近似拋(pao)物(wu)線(xian)軌跡落下(xia)來(lai)沖擊和(he)(he)(he)(he)研(yan)(yan)(yan)磨(mo)(mo)筒(tong)體(ti)底部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)另(ling)一(yi)(yi)(yi)部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)物(wu)料(liao)，并產生一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)軸向(xiang)運(yun)動(dong)促使物(wu)料(liao)研(yan)(yan)(yan)磨(mo)(mo)和(he)(he)(he)(he)混合均勻。 從工(gong)藝(yi)上來(lai)分(fen)類，有(you)(you)干(gan)磨(mo)(mo)和(he)(he)(he)(he)濕磨(mo)(mo)兩(liang)種。其外形結構如(ru)圖1所示。
驅(qu)動(dong)部分(fen)(fen)是(shi)球磨(mo)機的(de)關鍵(jian)：球磨(mo)機屬(shu)于低速(su)(su)重載(zai)設備，裝(zhuang)載(zai)量大，起動(dong)力(li)(li)矩(ju)也很(hen)(hen)大，一般需要加(jia)裝(zhuang)液(ye)力(li)(li)耦合(he)器(qi)(qi)來完成傳動(dong)系統的(de)啟動(dong)和調速(su)(su)。陶瓷工業(ye)球磨(mo)機通(tong)常采(cai)用(yong)附加(jia)啟動(dong)電機沖擊啟動(dong)或(huo)軟(ruan)啟動(dong)裝(zhuang)置來啟動(dong)，對電網(wang)沖擊大，而且(qie)啟動(dong)完成后運轉(zhuan)(zhuan)時(shi)所需的(de)轉(zhuan)(zhuan)矩(ju)減小(xiao)，所以在節約能源方(fang)面有很(hen)(hen)大的(de)空間(jian)。目前普(pu)遍采(cai)用(yong)的(de)驅(qu)動(dong)方(fang)式是(shi)三(san)相交流(liu)電動(dong)機-液(ye)力(li)(li)耦合(he)器(qi)(qi)-齒輪減速(su)(su)器(qi)(qi)-皮(pi)帶輪減速(su)(su)器(qi)(qi)。由于球磨(mo)機屬(shu)恒(heng)轉(zhuan)(zhuan)矩(ju)負載(zai)，在用(yong)液(ye)力(li)(li)耦合(he)器(qi)(qi)調速(su)(su)時(shi)，其調速(su)(su)效率等(deng)于調速(su)(su)比，有很(hen)(hen)大一部分(fen)(fen)能量在液(ye)力(li)(li)耦合(he)器(qi)(qi)中被浪費掉。
三、球磨機的生產(chan)工藝
球(qiu)磨(mo)機一(yi)般以固定(ding)(ding)轉速(su)(su)運行(xing)，筒體的(de)(de)轉速(su)(su)是由皮帶輪(lun)或齒輪(lun)減速(su)(su)機構(gou)（也有(you)用(yong)液力耦(ou)合(he)器(qi)）決定(ding)(ding)的(de)(de)。球(qiu)磨(mo)機的(de)(de)轉速(su)(su)直接影(ying)響到鋼(gang)球(qiu)和物(wu)料(liao)的(de)(de)運動狀況及物(wu)料(liao)的(de)(de)研(yan)磨(mo)過(guo)程，在不(bu)同的(de)(de)轉速(su)(su)下，筒體內的(de)(de)鋼(gang)球(qiu)和物(wu)料(liao)的(de)(de)運動狀況如圖(tu)2所示。
1）當轉(zhuan)速(su)較低(di)時(shi)，鋼(gang)球和(he)物料(liao)隨筒體內壁上升，當鋼(gang)球和(he)物料(liao)的(de)傾(qing)角等于(yu)或大于(yu)自然傾(qing)角時(shi)，沿斜面滑下，不能形(xing)成足夠的(de)落(luo)差，鋼(gang)球對物料(liao)的(de)研磨作用很小，球磨機(ji)的(de)效(xiao)率很低(di)。
2）如果筒體的轉(zhuan)(zhuan)速很高，由于離心(xin)力的作(zuo)用(yong)，以致使物料和鋼(gang)球不再脫(tuo)離筒壁，而隨其一同旋轉(zhuan)(zhuan)，這時鋼(gang)球對物料已無撞擊作(zuo)用(yong)，研磨效(xiao)率(lv)則(ze)更低。這種(zhong)狀態的最低轉(zhuan)(zhuan)速稱為臨(lin)界轉(zhuan)(zhuan)速。
3）當筒體的轉(zhuan)(zhuan)速處于上述二者之(zhi)間的某一轉(zhuan)(zhuan)速時，鋼(gang)球被帶到一定的高度后沿拋物線落下，對筒底物料的撞擊作用最(zui)(zui)大，研磨(mo)效(xiao)率(lv)最(zui)(zui)高，此時的轉(zhuan)(zhuan)速稱為最(zui)(zui)佳工作轉(zhuan)(zhuan)速。
四(si)、球磨機(ji)系統存在(zai)的(de)問題
1）球磨機一(yi)般采用簡單(dan)的工頻控(kong)制，易造成(cheng)物料的過渡研磨，所需研磨周期(qi)較長，研磨效率較低(di)，單(dan)位產(chan)品功耗較大(da)；
2）球(qiu)磨機一般采用(yong)星(xing)三(san)角(jiao)或自耦(ou)降壓啟動，啟動電(dian)(dian)流特別大，對設備和(he)電(dian)(dian)網(wang)的沖擊很大；
3）機(ji)械設備的(de)生(sheng)產維護量也大，而(er)且耗電量相當驚人，這必然會給(gei)生(sheng)產廠家(jia)帶來很多不必要的(de)麻煩和嚴重的(de)資源浪費。
五(wu)、改造(zao)方(fang)案
根(gen)據原工(gong)況存在的(de)問(wen)題并(bing)結(jie)合生產工(gong)藝要(yao)求，改(gai)造后的(de)球磨機系統滿足以下要(yao)求。
1）改造后的設備要有足(zu)(zu)夠的起動轉(zhuan)距(ju)，滿足(zu)(zu)還球(qiu)磨機裝載量大(da)的要求，并且保證設備在變頻運行(xing)狀態下使電機平穩運行(xing)，保障電動機具(ju)有恒轉(zhuan)矩特性。
2）利(li)用(yong)變(bian)頻調速控制(zhi)系統改造原有(you)球磨機(ji)拖(tuo)動系統，滿足(zu)球磨機(ji)低速時的(de)正常運(yun)行，確保正常的(de)工(gong)藝控制(zhi)，使球磨機(ji)及電動機(ji)的(de)使用(yong)壽命延長，減(jian)少維(wei)護。
3）改造后的設備(bei)能(neng)夠實現自(zi)動(dong)控制(zhi)，及手(shou)動(dong)/工(gong)頻和故(gu)障自(zi)切換等功能(neng)，并能(neng)克服球磨機大(da)慣性引(yin)起(qi)回(hui)升電壓，有效(xiao)地保證設備(bei)的正常運行。
4）針對球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)生(sheng)產工藝和控(kong)制(zhi)特(te)點，普傳科技研發了球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)變頻節(jie)能(neng)控(kong)制(zhi)柜（如圖3），通過(guo)采用DSP控(kong)制(zhi)技術(shu)，內置的(de)(de)優(you)(you)化(hua)(hua)控(kong)制(zhi)程序，并根據(ju)球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)實時運(yun)行(xing)負荷自(zi)動調(diao)(diao)整電機(ji)在運(yun)行(xing)過(guo)程中(zhong)的(de)(de)各項(xiang)參數(shu)，使(shi)(shi)電機(ji)運(yun)行(xing)軸功率得到最佳化(hua)(hua)；球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)優(you)(you)化(hua)(hua)系統使(shi)(shi)球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)轉速可以隨球(qiu)(qiu)磨(mo)工藝條件變化(hua)(hua)而自(zi)動調(diao)(diao)節(jie)(不同的(de)(de)工作時間具有(you)不同的(de)(de)調(diao)(diao)制(zhi)參數(shu))，以保證(zheng)其高效工作，同時有(you)效的(de)(de)節(jie)約電能(neng)。其控(kong)制(zhi)電氣圖如圖4所示。
六、應(ying)用效果
利(li)用變頻(pin)調速(su)技術改造后的(de)球磨(mo)(mo)(mo)機(ji)拖(tuo)動(dong)(dong)系統，滿足了(le)(le)球磨(mo)(mo)(mo)機(ji)低(di)速(su)運行、大起動(dong)(dong)轉(zhuan)矩(ju)的(de)特點(dian)，實現了(le)(le)球磨(mo)(mo)(mo)機(ji)的(de)運行速(su)度連(lian)續可調，電機(ji)起動(dong)(dong)時無沖擊(ji)電流，保(bao)(bao)護(hu)(hu)功能完善，保(bao)(bao)證了(le)(le)工藝控制質量，節約了(le)(le)維護(hu)(hu)成(cheng)本，取(qu)得了(le)(le)以下效果(guo)：
1）軟啟動(dong)(dong)：球(qiu)磨機(ji)使用變(bian)頻(pin)調(diao)速后，起(qi)動(dong)(dong)電(dian)(dian)(dian)流(liu)可比原先小3-5倍，（如(ru)110kW電(dian)(dian)(dian)機(ji)原先的(de)(de)起(qi)動(dong)(dong)電(dian)(dian)(dian)流(liu)在600A以(yi)上，變(bian)頻(pin)節(jie)能控制系統起(qi)動(dong)(dong)電(dian)(dian)(dian)流(liu)為(wei)120A～160A之間），實現了(le)真正的(de)(de)軟起(qi)動(dong)(dong)，也收到了(le)節(jie)能的(de)(de)效果。由于(yu)起(qi)動(dong)(dong)電(dian)(dian)(dian)流(liu)大大減小，不(bu)會造成對(dui)電(dian)(dian)(dian)網的(de)(de)沖(chong)擊(ji)和電(dian)(dian)(dian)網電(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)下(xia)降，消(xiao)除了(le)因球(qiu)磨機(ji)起(qi)動(dong)(dong)而引起(qi)的(de)(de)其它用電(dian)(dian)(dian)設備(bei)跳閘或故障(zhang)，在同樣(yang)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)網容量下(xia)，并可增加裝機(ji)臺數；
2）自(zi)動控(kong)制：改造后的設備(bei)能夠(gou)實現自(zi)動控(kong)制，以及市電/節電切換功能，并能克服球磨機大慣性引起的回升(sheng)電壓，能有(you)效地保(bao)證設備(bei)正常運行；
3）延(yan)長(chang)(chang)壽(shou)命(ming)：利用變頻器自動電壓調節功能，可(ke)在(zai)與負載無關的(de)條件(jian)下，保持電機效率最高，因(yin)消除了(le)起(qi)動時的(de)沖(chong)擊(ji)，所以延(yan)長(chang)(chang)了(le)機軸、齒輪、皮帶等機械(xie)件(jian)的(de)使用壽(shou)命(ming)，減少了(le)維修費(fei)用；
4）多段速度控制：普傳(chuan)科技變頻(pin)控制柜內置多段速自動(dong)運行功能(neng)，可以通過變頻(pin)器方便地設定研磨時間，加(jia)磨時間和自動(dong)停機功能(neng)，使(shi)操(cao)作(zuo)更加(jia)智能(neng)化(hua)，人性化(hua)；
5）動態節能(neng)(neng)(neng)功能(neng)(neng)(neng)：球磨機變頻調(diao)速節能(neng)(neng)(neng)系統的節能(neng)(neng)(neng)效(xiao)果一般可達5%～10%左(zuo)右。
; 6)高回報率(lv)：所有投(tou)資約6～12個月可通過電費節省回收。
河南某陶(tao)瓷廠(chang)一臺80噸球磨(mo)機采用(yong)普傳(chuan)科技球磨(mo)機變頻器改造(zao)。電動機功率為(wei)280 kW，改造(zao)前(qian)實際(ji)使用(yong)功率為(wei)270 kW,每(mei)天工作16h，普傳(chuan)變頻節能控制(zhi)柜型(xing)號為(wei)PS7800—280G3。原球磨(mo)機每(mei)月用(yong)電量(liang)為(wei)270×16×30＝129,600kWh（度）。控(kong)制(zhi)技術，內(nei)置的(de)優化(hua)控(kong)制(zhi)程(cheng)序，并根(gen)據(ju)球(qiu)磨機(ji)(ji)實時(shi)運(yun)行(xing)負荷自動(dong)調整電機(ji)(ji)在運(yun)行(xing)過程(cheng)中的(de)各項參數(shu)，使(shi)電機(ji)(ji)運(yun)行(xing)軸(zhou)功率得(de)到最佳化(hua)；球(qiu)磨機(ji)(ji)優化(hua)系統使(shi)球(qiu)磨機(ji)(ji)轉速可以隨球(qiu)磨工藝條件變化(hua)而(er)自動(dong)調節(jie)(不同(tong)(tong)的(de)工作時(shi)間(jian)具有(you)不同(tong)(tong)的(de)調制(zhi)參數(shu))，以保證其(qi)高(gao)效(xiao)(xiao)工作，同(tong)(tong)時(shi)有(you)效(xiao)(xiao)的(de)節(jie)約電能(neng)。其(qi)控(kong)制(zhi)電氣圖如(ru)圖4所示(shi)。安裝了(le)球(qiu)磨機專(zhuan)用變頻(pin)節能(neng)控制系(xi)統后(hou)實測(ce)節電(dian)率(lv)可達8.1%，則每月可節省電(dian)量約為(wei)129,600×8.1%=10497.6 kWh，按每度電(dian)費0.80元(yuan)計算(suan)，則每月節電(dian)費8398元(yuan)。若以每臺變頻(pin)節能(neng)柜投(tou)資為(wei)6.5萬元(yuan)計算(suan)，投(tou)資回(hui)收期(qi)(qi)約為(wei)65000÷6905＝7.7個(ge)月，即(ji)半年多(duo)即(ji)收回(hui)成本。而變頻(pin)器(qi)的使(shi)用壽命一般為(wei)5～10年，按6%保守節電(dian)率(lv)估算(suan)一年以后(hou)即(ji)為(wei)純(chun)回(hui)報期(qi)(qi)，年節電(dian)收益(yi)在9萬元(yuan)左右。如大功率(lv)球(qiu)磨機節能(neng)效果更(geng)明顯。
七、結論(lun)
大量應(ying)用(yong)實踐證明，普傳科技系列(lie)大功(gong)率(lv)變(bian)頻器用(yong)于水(shui)泥(ni)、鋼鐵、陶瓷(ci)行業(ye)球(qiu)磨機的(de)(de)節能改造十分成功(gong)，取得了良好的(de)(de)經濟效益。隨著用(yong)戶對變(bian)頻器的(de)(de)使用(yong)經驗和接受程度的(de)(de)提高(gao)，POWTRAN大功(gong)率(lv)變(bian)頻器在上述行業(ye)有著更加廣闊的(de)(de)應(ying)用(yong)前(qian)景。
