ШМК-2 - это уже вторая моя шаровая мельница. Первая реализация была из говна и палок и рассчитана на совсем небольшой объем. Тем не менее, она отлично функционирует до сих пор и, главное, позволила мне убедиться в крайней эффективности шаровухи. Что, собственно, и сподвигло меня на создание следующего уже достаточно солидного релиза, который можно рекомендовать к ознакомлению всем заинтересованным лицам.

В статье о вышибном составе я уже говорил, что качественный тонкий помол топливного состава с помощью кофемолки получить нельзя. Реально качественный помол может обеспечить шаровая мельница. К счастью, конструктивно это не сложный агрегат. Как его собрать самостоятельно я расскажу в данной статье. Поскольку элементная база и требования к шаровухе могут быть разными, мой конструктив можно рассматривать просто как типичный пример реализации. Однако основное, что мне хочется донести здесь до читателя, это базовые теоретические и эмпирические сведения, без которых сборка и нормальное эффективное функционирование самодельной шаровухи не возможно. /23.07.2025, kia-soft/

Механика

Конструкция шаровой мельницы очень проста - мотор, валики и барабан с шарами. Барабан и шары рассмотрим отдельно.

Вся механика крепится на мощной МДФ плите 430х230х26. Для влагостойкости её можно чем-нибудь покрасить, например, эпоксидкой. Для устойчивости и уменьшения шумности плита устанавливается на резиновые ножки.

Главное в мельнице, конечно, мотор. Кроме достаточной мощности, главное требование к мотору, чтобы он был рассчитан на продолжительную работу в течениии нескольких часов.

В закромах нарыл мотор от старого принтера. Хороший, мерседесовский, но, к сожалению не мощный, всего 100Вт, зато с редуктором на 500 об/мин и регулировкой оборотов. Редуктор и регулировка очень важные элементы конструкции, поскольку нам надо будет обеспечить определенную скорость вращения барабана. Если без регулировки худо-бедно можно перекантоваться, то без редуктора не получится. В данном редукторе выход осуществлен на ось с шлицевым пазом, что очень облегчило процедуру соединения с ведущим валиком.

Подобрать подходящие готовые валики, на которые ставится барабан, не удалось. Пришлось изобретать. Получилось не сложно, но вполне себе. На шпильку М12 сначала надел РР водпроводную трубу диаметром 20мм и длинной 23 см, а сверху натянул подходяший силиконовый шланг со стенкой 3мм. В итоге диаметр валиков получился 26 мм.Зафиксировал шпонкой от проворота и сделал выточки под фиксирующие винты подшипников и шкивов. На ведущем валике сточил один торец под шлиц редуктора.

Валики поставил на стандартные подшипниковые узлы с посадочным отверстием 12 мм. Крепление узлов к основанию осуществил через резиновые прокладки для борьбы с шумом. Оба валика связал ременной передачей с обоих торцов для надежности. Использовал запчасти для 3D-принтеров. Шкивы типа GT-2 на 60 зубцов под ремень шириной 6 мм. Сами ремни на 320 зубцов. В итоге получилось расстояние между осями валиков 10 см.

Уточню, делать передачу с ведущего вала на ведомый не обязательно, но очень желательно.
,

Осталось установить мотор на металлические конструкционные уголки, соединив редуктор с ведущим валом и - вуаля! Мельница почти готова.

Для полного счастья нам не хватает ограничителя от дрейфа барабана. Небольшой подшипник на стоечке из шпильки М6 без проблем справляется с этой задачей. Понятно, что таких ограничителей нужно две штуки - с обоих сторон. При желании можно на стойку законтачить провод заземления, на всякий случай.

Барабан

Самая распространенная ошибка - многие считают, что помол осуществляется соударением шаров со стенкой барабана. Поэтому начинаютя поиски каких-то огнетушителей, газовых баллонов, расширительных бачков и т.п. для изготовления барабана. Это не нужно. Помол осуществляется от трения и соударения шаров между собой. Так что материал барабана не принципиален. Главное, чтобы он был в меру прочным и держал форму. Важно также, чтобы барабан был герметичен, так как мелкая фракция измельчаемого состава может легко просочиться в мельчайшие щели.

Например, можно взять в качестве барабана пластиковую банку от спортивного питания. Они бывают разного размера, довольно жесткие и плотно закрываются. Я бы вполне обошелся таким, но у меня нашлась только баклажка объемом 750 мл. Она тоже подходит, но моя мельница может вытянуть и барабан в 1л.

Пришлось сделать альтернативную конструкцию на базе сантех муфты 110х110 мм. Из фотки видно, что система простейшая - муфта и две стандартные крышки стянутые в центре шпилькой М6. Но дьявол, как говорится, кроется в мелочах. А именно в герметизации. Если одну крышку можно посадить на герметик намертво, то вторую надо уплотнить качественно, но оставить съемной. Стандартное сантех уплотнение не подходит. Оно герметично, но плохо разбирается. Кроме того, длинный бортик крышки выходит за уплотнительную резинку и создает полости, не доступные для помола.

Долго ломал голову, но решение нашлось и не сложное.

Во-первых, перевернул стандартный резиновый уплотнитель на 180 градусов и он стал работать в "упорном" режиме. Бортик крышки обрезал до 17 мм, и она стала практически полностью заглубляться в муфту и при этом торцом упираться в резинку. При стягивании крышек шпилькой, уплотнение получается качественным. Однако на практике оказалось этого не достаточно.

Поэтому, во-вторых, пришлось сделать еще один контур уплотнения. Для этого взял еще одно стандартное резиновое уплотнительное кольцо и одел его на борт крышки. Надел таким образом, чтобы углубление резинки смотрело вверх. При этом, когда крышка вставляется в муфту это углубление заходит на торцевой край муфты и надежно герметезирует стык.

Такое двойное уплотнение стыка оказалось надежным, легко разборным и не создающим никаких препятствий помолу. Естественно, обе крышки уплотнил таким образом.

Тут, правда, вылез один неприятный нюанс. Барабан, фактически, стал опираться на уплотнительные резинки второго контура. Это не есть правильно. Для устранения этого эффекта, одел на муфту два резиновых кольца 100х6 мм. Получилось удачно. Кольца взяли на себя основную опорную нагрузку, обечспечили надежное сцепление с валиками и заметно способствовали снижению шумности.

Ну, и чтобы исчерпать все возможные средства по борьбе с шумом, натянул на центральную часть муфты кусок камеры от автомобильного колеса. Стенка центральной части муфты создает основной шумовой эффект и такое мероприятие совсем не лишнее.

Собственно, на этом изготовление барабана завершено. На практике все оказалось не плохо. Барабан практически не травит в процессе помола, а шумность даже меньше, чем от стиральной машины.

Шары

Как я уже упоминал выше, основной помол осуществляется при взаимодействии шаров друг с другом. Шары это важнейший элемент мельницы. В связи с этим, возникают следующие вопросы:

- материал шаров,

- размер шаров,

- количество шаров,

- где взять эти шары,

- уровень засыпки шаров в барабан,

- уровень засыпки измельчаемого состава,

- скорость вращения барабана,

- время помола.

Давайте по порядку.

С материалом тут все очевидно. Шары должны быть прочные, не хрупкие и не слишком легкие. Еще шары должны быть химически неактивны. Стандартные доступные материалы для шаров - сталь, свинец, корунд. У каждого материала есть свои плюсы и свои минусы. Например, стальные шары очень удобны и доступны. Они бывают разных размеров, очень прочные и вмеру тяжелые. Но стальные шары подвержены окислению и годятся только для размола отдельных компонентов или неактивных полусмесей. Требуют ухода. Стальные шары можно приобрести по разумным ценам в виде подшипников или шаров для декоративно-сварочных работ.

Свинцовые шары не имеют большой жесткости, но вполне годятся для размола большинства хим. компонентов. У них есть неоспоримые достоинства. Химически они практически нейтральны. Свинец - очень доступный материал. Сами шары можно приобрести в виде рыболовных грузил, охотничьих шаровых пуль и т.п.. Но главное, их можно сделать самостоятельно. Еще одно их важное преимущество, свинцовые шары можно использовать для размола некоторых готовых смесей, конечно соблюдая при этом повышенные меры безопасности такие, как удаленный помол в защищенном месте.

У меня в деле есть набор как стальных, так и свинцовых шаров. Что касается корунда, то сейчас это тоже доступный вариант. Однако, при всех достоинствах корунда, его избыточная жесткость и недостаточно высокая плотность делают его не лучшим выбором. Собственно, корунд нужен для размола очень твердых веществ, а такая необходимость возникает очень редко.

Касательно размера шаров, в доступной литературе удалось выловить только требование, чтобы шары были в несколько (3-5) раз больше, чем начальный размер кусков размалываемого вещества. Такой критерий для любителя не имеет большого зачения. Никто не станет в свою любимую шаровуху кидать неподготовленную субстанцию. Обязательно предварительно прогонит через какой-нбудь измельчитель типа кофемолки.

Тут важнее другой критерий. Вес шара влияет на тонкость помола, поскольку от веса зависит энергентика взаимодействия шаров. Т.е. чем больше - тем лучше. Это с одной стороны, но с другой стороны надо, чтобы поверхность взаимодействия тоже была большой, от чего зависит производительность мельницы. Значит шаров надо много, т.е. чем мельче - тем лучше. Получается противоречие. Истина она, как всегда, где-то в промежутке. Найти оптимум - чисто практическая задача. Тут могу только основываться на своем опыте и опыте коллег. На мой взгляд, оптимальный диаметр шаров, как стальных, так и свинцовых лежит в диапазоне 12-22 мм. При этом желательно использовать набор из шаров разного размера, что обеспечит более полное заполнение объема шарами и увеличенную поверхность взаимодействия шаров.

Очевидно, что количество шаров зависит от объема барабана. Но и тут не всё так просто. Дело в том, что в теории барабан надо заполнять шарами на 40-50% от объема самого барабана. В этом случае можно добиться максимальной эффективности помола. Но практика говорит о том, что можно заполнять до 70% объема барабана шарами, без особых потерь по качеству и времени помола. Тут важно понять, что измельчаемый состав засыпается таким образом, чтобы после утряски он слегка прикрывал верхний уровень шаров. Поэтому, чем больше шаров мы запихнем в барабан, тем больше состава мы сможем засыпать. Однако и тут может быть затык в том плане, что, если есть ограничения по мощности мотора, то могут быть и ограничения по весу закладываемых шаров. Конкретный пример. Моя мельница вытягивает не более 2,8 кг шаров. При этом заполнение барабана на 1л свинцовыми шарами будет 50%, а барабана на 0,75л уже 70%. Оба варианта рабочие, и количество размалываемого состава в них одинаковое, где-то 150-200г.

Очевидно, что набор шаров по размеру тоже влияет на их количество. На практике на 1л барабана может приходиться до 100 шаров. Как я уже упоминал, у меня два комплекта шаров одного объема. Стальные шары диаметром 12-22мм в количестве 90шт весом 2,0кг, и свинцовые шары диаметром 17-22мм в количестве 70шт весом 2,8 кг.

Теперь давайте разберемся со скоростью вращения барабана. Теория, как впрочем и практика, нам говорит, что существует три режима работы, см. картинку. При медленном вращении барабана возникает "каскадный" режим (а). Шары поднимаются вместе со стенкой барабана, и верхние начинают скатываться вниз. В этом режиме помол происходит за счет трения между шарами, или перетирания.

При увеличении скорости вращения, в некоторый момент шары начинают не просто скатываться, а падать с верху вниз. Возникает, так называемый, "водопадный" режим (б), в котором кроме перетирания присутствует еще помол от соударений.

Дальнейшее увеличение скорости вращения барабана, в конце-концов, приведет к ситуации, когда шары за счет центробежного эффекта просто прилипнут к стенке. Возникнет "сверхкритический" режим (в).

Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы догадаться, что "сверхкритический режим" нам нах не нужен. А вот первые два, в-принципе, годятся. Но наиболее эффективным в плане качества и скорости помола является "водопадный" режим. Поэтому нам надо подобрать соответствующую скорость вращения барабана, или близкую к ней. Теория утверждает, что оптимальное количество оборотов барабана в минуту можно посчитать по формуле:

N = 32 / D^0.5

Для моих барабанов это где-то 90-110 оборотов в минуту. На практике этот расчет подтверждается, можно смело его использовать. При желании и возможности регулировок, можно настроить работу мельницы по звуку. Максимальный шум, очевидно, соответствует "водопадному" режиму.

Тут важно оговориться. Заполнение барабана шарами на 40-50% по объему как раз соответствует оптимальному для "водопадного режима". Заполнение шарами более, чем 50% может привести к невозможности возникновения такого режима. Однако на расчетных оборотах и "каскадный" режим довольно эффективен. Так что заполнение до 70% допустимо. Вот больше 70% уже не рекомендую.

И, наконец, надо определиться по времени помола. Оно зависит от многих факторов и, по большому счету, все сводится к формулировке "чем больше, тем лучше". Но по своему опыту и отзывам других пользователей аналогичных шаровух, могу дать вполне конкретные рекомендации. При закладке составов в виде порошков кофемольного помола, для получения хорошего результата достаточно 2-х часов работы мельницы. Если нужна очень мелкая фракция, например, при изготовлении высококачественного ДП, то следует увеличить время работы до 4-х часов. Да, процесс не быстрый, но оно того стоит.

Заключение

В заключение хочу сказать, что шаровуха очень полезный агрегат. Она поможет перейти на другой уровень изготовления хим. смесей. Более того, некоторые составы без неё изготовить просто невозможно. Хорошая мельница дает тонкость помола до 5 мкм. Даже если помол получится в районе 50 мкм, это тоже будет достойный результат, не доступный никакой кофемолке. Так что рекомендую.

В данной статье не ставилось целью дать точную инструкцию по сборке шаровой мельницы. Скорее хотелось показать, что это не сложно и доступно без серьезных капиталовложений. А так же хотелось пояснить принцип работы и привести конкрентные теоретические и практические рекомендации, которые помогут избежать ошибок при сборке своей мельницы и оптимизировать процесс помола. /29.07.2025 kia-soft/

***