一、前言
球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)在水泥(ni)、陶瓷、冶金企(qi)業(ye)(ye)(ye)里被大(da)(da)量(liang)(liang)使用(yong),是(shi)物料(liao)粉(fen)碎(sui)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)可缺(que)少的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)生產設(she)備(bei)。球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)一(yi)般功率都較(jiao)大(da)(da)，工(gong)作(zuo)效率又(you)很低(di)，占據了企(qi)業(ye)(ye)(ye)總(zong)用(yong)電量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)80%以(yi)上，成(cheng)(cheng)為上述(shu)(shu)行(xing)業(ye)(ye)(ye)最(zui)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)耗電設(she)備(bei)之一(yi)，因此(ci)降低(di)球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)耗是(shi)上述(shu)(shu)行(xing)業(ye)(ye)(ye)降低(di)成(cheng)(cheng)本，提(ti)高產品競爭力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效途徑。球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)一(yi)般采(cai)用(yong)簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)頻控制，易(yi)造成(cheng)(cheng)物料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)度研(yan)磨(mo)，所需研(yan)磨(mo)周期較(jiao)長，研(yan)磨(mo)效率較(jiao)低(di)，單(dan)位產品功耗較(jiao)大(da)(da)，啟(qi)(qi)動電流(liu)大(da)(da)，對(dui)設(she)備(bei)和電網(wang)的(de)(de)(de)(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)很大(da)(da)，機(ji)(ji)械設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)生產維護量(liang)(liang)也大(da)(da)。直接(jie)工(gong)控球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)弊病并嚴重地阻礙了各工(gong)業(ye)(ye)(ye)企(qi)業(ye)(ye)(ye)快(kuai)速發展。球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)屬(shu)于低(di)速重載(zai)設(she)備(bei)，裝(zhuang)載(zai)量(liang)(liang)大(da)(da)，起動力(li)矩也很大(da)(da)，一(yi)般需要(yao)加裝(zhuang)液(ye)力(li)耦合器(qi)來完(wan)成(cheng)(cheng)傳動系統的(de)(de)(de)(de)(de)啟(qi)(qi)動和調速。如(ru)陶瓷工(gong)業(ye)(ye)(ye)球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)通常采(cai)用(yong)附加啟(qi)(qi)動電機(ji)(ji)沖(chong)(chong)擊(ji)啟(qi)(qi)動或(huo)軟(ruan)啟(qi)(qi)動裝(zhuang)置來啟(qi)(qi)動，對(dui)電網(wang)沖(chong)(chong)擊(ji)大(da)(da)，而(er)且啟(qi)(qi)動完(wan)成(cheng)(cheng)后運轉時所需的(de)(de)(de)(de)(de)轉距減小，所以(yi)在節約能(neng)源方面有(you)很大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)空間(jian)。
隨著變頻(pin)技術的(de)快速發展及在(zai)水泥、陶瓷、冶金企業的(de)大(da)(da)量應(ying)(ying)用(yong)，變頻(pin)器控(kong)制球(qiu)磨機也成(cheng)為可(ke)能。作(zuo)為專業生產高性能變頻(pin)器的(de)普(pu)傳科技股份有限公(gong)司(si)根(gen)據(ju)球(qiu)磨機工作(zuo)原(yuan)理和機械特點開(kai)發出(chu)大(da)(da)功(gong)率球(qiu)磨機專用(yong)變頻(pin)控(kong)制器（系統）在(zai)現(xian)實中有很好(hao)的(de)應(ying)(ying)用(yong)。
二、球磨機工作原理
球(qiu)磨(mo)(mo)(mo)(mo)機(ji)主要(yao)由(you)(you)傳(chuan)動裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、筒體(ti)(ti)(ti)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、加料(liao)(liao)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、卸料(liao)(liao)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)及電(dian)(dian)氣控(kong)制裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)等組成，分給料(liao)(liao)部(bu)、出(chu)料(liao)(liao)部(bu)、回轉部(bu)、傳(chuan)動部(bu)（減速機(ji)、小(xiao)傳(chuan)動齒(chi)輪(lun)、電(dian)(dian)機(ji)、電(dian)(dian)控(kong)）等主要(yao)部(bu)分。其主體(ti)(ti)(ti)是一(yi)(yi)個水平(ping)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)兩個大型軸承上的(de)(de)(de)(de)(de)低速回轉的(de)(de)(de)(de)(de)簡(jian)體(ti)(ti)(ti)。球(qiu)磨(mo)(mo)(mo)(mo)機(ji)由(you)(you)電(dian)(dian)動機(ji)通過減速機(ji)及周邊大齒(chi)輪(lun)減速傳(chuan)動、或由(you)(you)低轉速同步(bu)電(dian)(dian)機(ji)直接通過周邊大齒(chi)輪(lun)減速傳(chuan)動，驅動回轉部(bu)回轉。筒體(ti)(ti)(ti)內(nei)部(bu)裝(zhuang)(zhuang)有適當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)礦介(jie)質(zhi)一(yi)(yi)鋼球(qiu)。磨(mo)(mo)(mo)(mo)礦介(jie)質(zhi)在(zai)離(li)心力(li)(li)和(he)摩擦(ca)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)，被提升到一(yi)(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)度，呈拋(pao)落(luo)或泄落(luo)狀態落(luo)下(xia)。被磨(mo)(mo)(mo)(mo)制的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)料(liao)(liao)由(you)(you)給料(liao)(liao)口連續地進(jin)入簡(jian)體(ti)(ti)(ti)內(nei)部(bu)，被運動的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)礦介(jie)質(zhi)所粉碎，并通過溢流和(he)連續給料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)量將(jiang)產品排(pai)出(chu)機(ji)外(wai)(wai)，以進(jin)行下(xia)一(yi)(yi)段(duan)工序處理(li)。用(yong)(yong)于陶瓷(ci)工業(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)球(qiu)磨(mo)(mo)(mo)(mo)機(ji)具有一(yi)(yi)個水平(ping)放置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)筒體(ti)(ti)(ti)，筒體(ti)(ti)(ti)被隔板(鉆有許多小(xiao)圓孔(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)圓板——篩(shai)板)分成2～4個研磨(mo)(mo)(mo)(mo)腔，每個研磨(mo)(mo)(mo)(mo)腔內(nei)裝(zhuang)(zhuang)有一(yi)(yi)定(ding)(ding)形(xing)狀尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)研磨(mo)(mo)(mo)(mo)體(ti)(ti)(ti)，筒體(ti)(ti)(ti)旋(xuan)轉時，物(wu)(wu)料(liao)(liao)和(he)研磨(mo)(mo)(mo)(mo)體(ti)(ti)(ti)等在(zai)摩擦(ca)力(li)(li)和(he)離(li)心力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)被筒體(ti)(ti)(ti)提升到一(yi)(yi)定(ding)(ding)高(gao)度，然后在(zai)重力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)沿近(jin)似拋(pao)物(wu)(wu)線軌(gui)跡(ji)落(luo)下(xia)來沖擊和(he)研磨(mo)(mo)(mo)(mo)筒體(ti)(ti)(ti)底部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)另一(yi)(yi)部(bu)分物(wu)(wu)料(liao)(liao)，并產生(sheng)一(yi)(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)軸向運動促使物(wu)(wu)料(liao)(liao)研磨(mo)(mo)(mo)(mo)和(he)混(hun)合均勻。 從工藝(yi)上來分類，有干磨(mo)(mo)(mo)(mo)和(he)濕(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)兩種。其外(wai)(wai)形(xing)結構(gou)如圖1所示。
驅(qu)動(dong)(dong)(dong)部分是球磨(mo)(mo)機(ji)的關鍵：球磨(mo)(mo)機(ji)屬于低(di)速(su)(su)(su)重(zhong)載設備，裝載量(liang)大(da)(da)，起(qi)動(dong)(dong)(dong)力(li)矩也很大(da)(da)，一般(ban)需要加裝液力(li)耦(ou)(ou)合(he)器來完成傳動(dong)(dong)(dong)系(xi)統的啟動(dong)(dong)(dong)和調速(su)(su)(su)。陶瓷工業球磨(mo)(mo)機(ji)通常(chang)采(cai)用附加啟動(dong)(dong)(dong)電機(ji)沖擊啟動(dong)(dong)(dong)或軟啟動(dong)(dong)(dong)裝置(zhi)來啟動(dong)(dong)(dong)，對(dui)電網(wang)沖擊大(da)(da)，而且啟動(dong)(dong)(dong)完成后運(yun)轉時所需的轉矩減小，所以在(zai)(zai)節約能(neng)源方面有很大(da)(da)的空間(jian)。目前普遍采(cai)用的驅(qu)動(dong)(dong)(dong)方式是三相交流電動(dong)(dong)(dong)機(ji)-液力(li)耦(ou)(ou)合(he)器-齒輪(lun)減速(su)(su)(su)器-皮帶(dai)輪(lun)減速(su)(su)(su)器。由于球磨(mo)(mo)機(ji)屬恒轉矩負載，在(zai)(zai)用液力(li)耦(ou)(ou)合(he)器調速(su)(su)(su)時，其(qi)調速(su)(su)(su)效率等于調速(su)(su)(su)比(bi)，有很大(da)(da)一部分能(neng)量(liang)在(zai)(zai)液力(li)耦(ou)(ou)合(he)器中被浪費掉。
三、球磨機的生產工藝(yi)
球磨(mo)機(ji)一般(ban)以(yi)固定轉速(su)運(yun)行，筒體(ti)的轉速(su)是由皮帶輪(lun)或齒(chi)輪(lun)減速(su)機(ji)構（也有用液力(li)耦合器）決定的。球磨(mo)機(ji)的轉速(su)直接影(ying)響(xiang)到鋼(gang)球和物料的運(yun)動狀況及物料的研磨(mo)過程，在不同的轉速(su)下，筒體(ti)內的鋼(gang)球和物料的運(yun)動狀況如圖2所(suo)示。
1）當轉速較低(di)時，鋼球(qiu)和(he)物(wu)料(liao)隨筒體內壁(bi)上(shang)升，當鋼球(qiu)和(he)物(wu)料(liao)的傾角等于或大于自然傾角時，沿斜(xie)面(mian)滑下，不(bu)能形(xing)成足夠(gou)的落差，鋼球(qiu)對物(wu)料(liao)的研磨作用很小(xiao)，球(qiu)磨機的效率很低(di)。
2）如(ru)果筒(tong)體的(de)轉速很高，由于離心(xin)力(li)的(de)作(zuo)用，以致使物料和鋼球(qiu)不(bu)再脫(tuo)離筒(tong)壁(bi)，而隨(sui)其一同旋轉，這時鋼球(qiu)對(dui)物料已無撞擊作(zuo)用，研磨效(xiao)率則更低。這種狀(zhuang)態(tai)的(de)最(zui)低轉速稱為臨(lin)界轉速。
3）當筒體(ti)的(de)(de)轉(zhuan)速(su)(su)(su)處于上(shang)述二者之間的(de)(de)某一(yi)轉(zhuan)速(su)(su)(su)時，鋼球被帶到(dao)一(yi)定的(de)(de)高度后沿拋物線落(luo)下，對筒底物料的(de)(de)撞(zhuang)擊(ji)作用最(zui)大，研磨效(xiao)率最(zui)高，此(ci)時的(de)(de)轉(zhuan)速(su)(su)(su)稱為最(zui)佳工作轉(zhuan)速(su)(su)(su)。
四(si)、球磨機系(xi)統存(cun)在的問題
1）球磨機一般采用簡(jian)單的工頻控制，易造成物(wu)料的過(guo)渡研磨，所需研磨周期較長，研磨效率較低，單位產品功耗較大；
2）球磨機一般采用星三角或自耦降壓啟動(dong)，啟動(dong)電(dian)流特別大，對(dui)設(she)備和電(dian)網(wang)的沖擊很大；
3）機械設備的生產(chan)維(wei)護量(liang)也大，而且(qie)耗電(dian)量(liang)相(xiang)當(dang)驚人(ren)，這必然(ran)會給生產(chan)廠家(jia)帶來很多(duo)不必要的麻(ma)煩和嚴重的資源浪費。
五、改造方案(an)
根據原工(gong)況存(cun)在(zai)的問(wen)題并結(jie)合生產工(gong)藝(yi)要(yao)求，改造(zao)后的球磨機系統滿足(zu)以(yi)下要(yao)求。
1）改(gai)造后的(de)(de)設備(bei)要有足夠的(de)(de)起動轉距，滿足還球磨機(ji)裝載量大的(de)(de)要求，并(bing)且保(bao)證設備(bei)在變頻(pin)運(yun)行狀態下使電(dian)機(ji)平穩(wen)運(yun)行，保(bao)障電(dian)動機(ji)具(ju)有恒(heng)轉矩特性(xing)。
2）利用變頻調速控制(zhi)系統(tong)改(gai)造(zao)原(yuan)有球(qiu)(qiu)磨機(ji)(ji)拖動系統(tong)，滿足球(qiu)(qiu)磨機(ji)(ji)低(di)速時(shi)的正常運行，確保正常的工藝(yi)控制(zhi)，使球(qiu)(qiu)磨機(ji)(ji)及電動機(ji)(ji)的使用壽命延長(chang)，減(jian)少維護。
3）改(gai)造后的(de)設備能夠實現自(zi)動控制(zhi)，及手動/工頻和故障(zhang)自(zi)切換(huan)等功能，并能克服球磨機(ji)大慣性引(yin)起回升(sheng)電壓，有效地(di)保證設備的(de)正常運行。
4）針對球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)生產(chan)工(gong)藝和控(kong)(kong)制特點，普(pu)傳科(ke)技研發了球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)變頻節能控(kong)(kong)制柜（如(ru)圖(tu)3），通過(guo)采用DSP控(kong)(kong)制技術，內置的(de)優(you)化控(kong)(kong)制程(cheng)序，并根據球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)實時(shi)(shi)運行(xing)負荷自動調整電(dian)機(ji)(ji)在(zai)運行(xing)過(guo)程(cheng)中的(de)各項參數，使(shi)電(dian)機(ji)(ji)運行(xing)軸功率得(de)到最佳化；球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)優(you)化系統使(shi)球(qiu)(qiu)磨(mo)機(ji)(ji)轉(zhuan)速(su)可以(yi)隨(sui)球(qiu)(qiu)磨(mo)工(gong)藝條件(jian)變化而自動調節(不同(tong)的(de)工(gong)作時(shi)(shi)間具有(you)不同(tong)的(de)調制參數)，以(yi)保證其(qi)高效工(gong)作，同(tong)時(shi)(shi)有(you)效的(de)節約電(dian)能。其(qi)控(kong)(kong)制電(dian)氣圖(tu)如(ru)圖(tu)4所示。
六、應用效果
利用變(bian)頻調速(su)技術改造(zao)后的球(qiu)磨(mo)機拖動(dong)(dong)系統(tong)，滿(man)足了(le)球(qiu)磨(mo)機低速(su)運行、大(da)起動(dong)(dong)轉(zhuan)矩的特點，實現了(le)球(qiu)磨(mo)機的運行速(su)度連續(xu)可調，電機起動(dong)(dong)時無沖擊電流(liu)，保護功能完(wan)善(shan)，保證了(le)工藝控制(zhi)質量，節約了(le)維護成本，取得了(le)以下效果：
1）軟(ruan)啟動(dong)：球磨(mo)機使用變頻(pin)調速后(hou)，起動(dong)電(dian)(dian)流可(ke)比原先小3-5倍，（如110kW電(dian)(dian)機原先的(de)起動(dong)電(dian)(dian)流在600A以上，變頻(pin)節(jie)能(neng)控(kong)制系(xi)統起動(dong)電(dian)(dian)流為120A～160A之間），實(shi)現了(le)真正的(de)軟(ruan)起動(dong)，也收(shou)到了(le)節(jie)能(neng)的(de)效果(guo)。由于起動(dong)電(dian)(dian)流大大減小，不會造(zao)成對(dui)電(dian)(dian)網的(de)沖擊和電(dian)(dian)網電(dian)(dian)壓(ya)的(de)下降(jiang)，消除了(le)因球磨(mo)機起動(dong)而引(yin)起的(de)其它(ta)用電(dian)(dian)設備跳(tiao)閘(zha)或故障(zhang)，在同(tong)樣的(de)電(dian)(dian)網容量下，并(bing)可(ke)增加裝機臺數；
2）自(zi)動(dong)控制：改造后的設(she)備能夠實現自(zi)動(dong)控制，以及市電(dian)/節電(dian)切換功能，并(bing)能克服球磨機(ji)大慣性引起的回升電(dian)壓，能有效地保證設(she)備正常運行；
3）延長壽(shou)命：利用(yong)變頻(pin)器自動電壓調(diao)節功能，可在與負載(zai)無關的條件(jian)下，保(bao)持電機效(xiao)率最高，因消除了起動時的沖擊，所(suo)以延長了機軸(zhou)、齒輪、皮帶等機械件(jian)的使用(yong)壽(shou)命，減少(shao)了維修費用(yong)；
4）多段(duan)速度控(kong)制(zhi)：普傳科技變(bian)頻控(kong)制(zhi)柜內置多段(duan)速自(zi)(zi)動運行功能(neng)，可以(yi)通過變(bian)頻器(qi)方便地(di)設定研磨(mo)(mo)時間，加(jia)磨(mo)(mo)時間和自(zi)(zi)動停機功能(neng)，使操(cao)作(zuo)更加(jia)智能(neng)化(hua)(hua)，人性化(hua)(hua)；
5）動態節能功能：球磨機變頻調速節能系統的節能效果(guo)一般可達(da)5%～10%左右。
; 6)高回報(bao)率：所(suo)有投資約(yue)6～12個月可通(tong)過電費節省回收。
河(he)南某陶瓷(ci)廠一臺80噸球(qiu)磨機采(cai)用普(pu)傳科技(ji)球(qiu)磨機變頻(pin)器改(gai)造。電(dian)動機功率(lv)為(wei)(wei)280 kW，改(gai)造前實際使用功率(lv)為(wei)(wei)270 kW,每(mei)天工作16h，普(pu)傳變頻(pin)節(jie)能控制柜型(xing)號為(wei)(wei)PS7800—280G3。原(yuan)球(qiu)磨機每(mei)月(yue)用電(dian)量為(wei)(wei)270×16×30＝129,600kWh（度）。控制(zhi)技術(shu)，內置的(de)優化(hua)控制(zhi)程序，并根(gen)據球(qiu)(qiu)磨機實時運(yun)(yun)行(xing)負(fu)荷自動調整電機在運(yun)(yun)行(xing)過程中的(de)各(ge)項參數(shu)，使(shi)(shi)電機運(yun)(yun)行(xing)軸功率得到最佳化(hua)；球(qiu)(qiu)磨機優化(hua)系(xi)統使(shi)(shi)球(qiu)(qiu)磨機轉速可以隨(sui)球(qiu)(qiu)磨工藝條件變(bian)化(hua)而自動調節(不同的(de)工作時間具有不同的(de)調制(zhi)參數(shu))，以保證其高效(xiao)工作，同時有效(xiao)的(de)節約電能(neng)。其控制(zhi)電氣圖(tu)如圖(tu)4所示。安裝(zhuang)了球磨(mo)機專用變頻節(jie)能控(kong)制系統(tong)后(hou)實測(ce)節(jie)電(dian)率可達8.1%，則每(mei)(mei)月(yue)可節(jie)省電(dian)量(liang)約為129,600×8.1%=10497.6 kWh，按每(mei)(mei)度電(dian)費(fei)0.80元計算，則每(mei)(mei)月(yue)節(jie)電(dian)費(fei)8398元。若以(yi)每(mei)(mei)臺變頻節(jie)能柜投資(zi)為6.5萬(wan)元計算，投資(zi)回(hui)收期(qi)約為65000÷6905＝7.7個(ge)月(yue)，即半(ban)年(nian)多即收回(hui)成(cheng)本。而變頻器的使用壽(shou)命一(yi)般為5～10年(nian)，按6%保守(shou)節(jie)電(dian)率估(gu)算一(yi)年(nian)以(yi)后(hou)即為純回(hui)報(bao)期(qi)，年(nian)節(jie)電(dian)收益在9萬(wan)元左右(you)。如(ru)大(da)功(gong)率球磨(mo)機節(jie)能效(xiao)果更明顯(xian)。
七、結論
大量應(ying)用(yong)(yong)(yong)實踐證明，普傳科技(ji)系列大功(gong)率變(bian)頻(pin)器用(yong)(yong)(yong)于水泥(ni)、鋼鐵(tie)、陶(tao)瓷行(xing)業(ye)球磨機的節能改造十分(fen)成功(gong)，取得了良好的經濟效益。隨(sui)著(zhu)用(yong)(yong)(yong)戶對(dui)變(bian)頻(pin)器的使(shi)用(yong)(yong)(yong)經驗(yan)和接受程度的提高，POWTRAN大功(gong)率變(bian)頻(pin)器在上述行(xing)業(ye)有著(zhu)更加廣闊的應(ying)用(yong)(yong)(yong)前景。
