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摘要：研磨体冲击作用是决定物料损伤和断裂关键。研究了钢球研磨体不同冲击速度、不同质量大小及水泥熟料颗粒粒径、堆积密度对水泥熟料冲击作用影响。试验结果表明：随着冲击速度增大，钢球对物料的最大冲击力也增大，但并不呈线性关系，随着冲击高度增大，冲击力增加幅度呈变缓趋势。当钢球质量增大时，其冲击力也增大，且两者基本呈线性关系。冲击力变化速率随钢球质量及冲击速度增大而增大。通过对比分析，发现由筒体赋予给钢球的能量，大质量低速率冲击比小质量高速冲击具有更好的研磨效果。在同条件冲击下，熟料颗粒直径越小，钢球对其最大冲击力也减小，且冲击力变化速率也减小，但冲击时间变化不大。
关键词：球磨机、磨球、最大冲击力、冲击力变化速率、冲击时间、粉磨效率
1引言
球磨机是最具历史的一类粉磨设备,至今仍被广泛应用。研磨体（钢球或钢锻）由于惯性和离心力、摩擦力作用，使它帖附于筒体衬板上被筒体带到一定的高度，通过其本身的重力作用抛落冲击而击碎或粉碎物料。研磨体的碰撞冲击作用过程使物料不断损伤和断裂，从而形成新的表面能。物料的粉碎与其受力形式、大小及本身应变速率有关[1]，因此，其冲击受力作用过程是决定球磨机粉磨效率的关键。早在20世纪50年代，艾利斯-查尔默斯公司就开始大规模研究破碎过程，并于20世纪60年代得出具有重大意义的结论[2-5]。前期工作中，人们对筒体如何最佳给研磨体赋能方式进行了一系列的实验和理论研究[6-8]，也对外力能量作用下物料粉碎提出了几种经典的能耗假说[9-11]，从而为物料粉碎及降低能耗提供了一定的指导。
物料受力作用过程决定了其损伤与断裂，研磨体对物料冲击作用力与其冲击速度、质量、冲击角度及物料本身的物理特性有关。本文通过试验，研究了钢球冲击水泥物料过程中力的变化，通过改变钢球质量、冲击速度及物料压实度、级配等参数，研究了这些参数变化对钢球对水泥熟料冲击作用影响，从而能够对冲击碰撞过程进行全面深入的分析，为球磨机的设计和优化及提高粉磨效率过程提供理论支持。
2试验原理及装置设计
为获得钢球对水泥熟料冲击过程中的力的变化历程，试验设计的冲击钢球头结构见图1（a）。首先将一个钢球对称切成两个半球，其中力传感器夹于两个半钢球之间并相互固定为一整体。当钢球头以一定的速度冲击水泥物料时，其也受到水泥物料给予的一个反向的大小相同的作用力，在该力作用下，下半球头会产生一入射应力脉冲波，由于该冲击系统满足一维应力试验条件，应力波将以一定速度向前传播到力传感器和上半球头。由力传感器的应变测量装置，即可获得所需的应变脉冲信号。冲击试验装置见图1（b）所示，冲击球头（球头直径略小于导向管内径）沿着切口导向管（切口的目的是便于力传感器连接线与球头随同坠落）下落冲击水泥熟料，力传感器获得的冲击信号经数据采集系统处理，最后经电脑软件分析，即可得到冲击过程中冲击力随时间的变化曲线。
3.4水泥熟料堆积密度对冲击作用过程影响
通过改变水泥熟料的堆积密度（松散或被压实），用同质量的钢球在同高度下冲击水泥熟料，得到的力的时间变化曲线如图7所示。由图可以明显看出，同样冲击条件下，钢球作用于松散的水泥熟料的最大冲击力和冲击力变化速率都远低于冲击在堆积密实的水泥熟料上。这主要是当钢球冲击到松散的水泥熟料上时，水泥熟料因冲击作用产生的相对位移消耗了大量的能量。试验结果说明了被压实的物料其被粉碎效果更好，但从实际粉磨过程来看，物料一般以自然堆积密度被研磨，并不存在物料被压实状态，也很难在实际过程中做到这一点。
4结论
（1）随着冲击速度增大，钢球对物料的最大冲击力也增大，但并不呈线性关系，冲击力的增大幅度随冲击高度增大呈变缓趋势。
（2）随着冲击球质量的增大，其冲击力也增大，且两者基本呈线性关系。
（3）冲击力变化速率随钢球质量及冲击速度增大而增大，由筒体赋予给钢球的能量，大质量低速冲击比小质量高速冲击具有更好的冲击作用效果。
（4）随着熟料颗粒直径的减小，同条件下，钢球对其最大冲击力和冲击力变化速率均减小，但冲击时间变化不大，体现了颗粒越小的物料越难以研磨。
参考文献
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