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郑州山川重工有限公司
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有限元法在球磨机结构研究中的应用

今天我们山川重工就来给大家介绍一下有限元法在球磨机结构研究中的应用,球磨机的发展已经有100余年的历史,而有限元不支是近几十年才得以逐渐应用的。因此,球磨机的研究已经积累起一定的传统方法和经验。如在结构设计上,传统的设计方法是采用比例放大技术,即在实验室设计小型的球磨机进行试验,试验成功后再按比例放大尺寸来制造大型的球磨机。这种方法的缺点是不能准确了解个部分的应力分布情况,因而不容易暴露极限问题,从而可能造成事故。目前这种方法已经越来越不能适应球磨机大型化趋势的要求。

随着有限元分析技术和能力的发展,球磨机应用分析技术在过去10~15年里有了引人注目的变化。这一迅速发展已使得能对球磨机三维有限元模型进行球磨机分析。采用这一模型有如下优点:

1、可以很好的直观表示磨机结构,并指出模型的准确性和可靠性;

2、可以直接显示球磨机形变和比较分析形变图形和希望值的差别

3、可以直观显示球磨机圆周上的应力。因为关键是确定应力范围而不是最大应力值,所以了解评估球磨机圆周上的应力变化就非常重要了;

4、能够细致地将非轴对称结构(如人孔和径向连接)模型化,这比二维对称模型具有更高的准确性和可靠性;

5、能够进行非线性分析,以研究螺栓联接、插口等处的特殊行为。

ANI公司在分析的基础上还进行了广泛的球磨机现场监测,将应变仪数据与分析结果相比较,以修正模型技术,从而保证了球磨机在大型化后仍保持分析的正确性。

我国已基本实现了陶瓷球磨机的国产化,且有向大型化方向的发展趋势,但一个重要的制约因素就是我国球磨机的自主设计仍然停留在很初级的阶段,传统的设计是将筒体简化为筒支梁等,这种设计实际上是不准确的。因此用这种方法进行大型产品的设计开发是不可行的。随着有限元软件进行分析来验证设计或者进行设计,进而缩短产品开发周期,节约人力物力。

实践表明,利用有限元分析应用于球磨机上可行的并且国内已有关的研究工作,但比较完全的系列化的研究未见有相关报导。如罗贤海、冯浩、冯景华等人采用大型通用有限元软件ANSYS对14吨球磨机进行了应力计算,得到了球磨机的变形及应力分布,指出了危险截面位置及应力大小,其分析结果表明了球磨机的强度分析不能简单的用梁模型,球磨机有较大的强度储备,可进一步对壁厚进行优化。高兴岐等建立了大型球磨机半外圈滚动轴承三维模型,并对其进行了接触问题有限元分析,求解出了滚动轴承的接触应力和变形。周敬宣、王方明、何锃等采用随机有限元求解球磨机结构动力响应,在对球磨机结构及激励力建立简化模型的基础上,计算球磨机结构的动力位移响应。结果表明,对于大型复杂结果,振动特性为宽频带振动,利用摄动随机有限元方法能准确地反映系统的实际行为,从而获得较好的预测效果。

其它比较早的还有李振华应用SPA5有限元程序进行间歇式球磨机筒体的强度分析,得到了筒体的径向和环向位移以及静态、动态状况下的环向和径向应力分布状态;齐纪渝,杨企秦等对筒式磨煤机衬板进行了有限元应力分析,成功实现了小型衬板小型化改造;还有陈黎明、李小东等对球磨机筒体建立了有限元模型,并对球磨机筒体进行了三维有限元分析以及剩余的预测研究;王藏柱、杨晓红等对球磨机端盖强度和动应力进行了有限元分析,并给出了新端盖的安全系数和端盖动应力的变化规律;吴晓元、陈忠基、朱希玲等利用有限元法分析得出了球磨机压轴承油膜内的速度分布情况和压力分布情况,油膜的承载能力等,为进一步进行轴承参数优化设计奠定了基础。

以上报导的研究中,仅作了局部结构上的研究和对整机进行了研究,但只针对于特定的14吨级别球磨机。他们的研究对我们具有重要的借鉴意义。而有关球磨机的结构优化分析至今未见有相关报导。尤其是筒体的壁厚,我国几十种规格球磨机的筒体由于制造厂家的不同,筒体的壁厚不与规格大小成比例,有相同规格而壁厚不同的,也有规格虽小而壁厚反而比大规格更大的,这不但浪费了材料,还增加了动力消耗,故对其进行优化具有非常重要的意义。

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