球磨機筒體應力磨損情況分析
摘要
球磨機運行過程中承受動載荷，筒體受到沖擊而產生振動，時常發生破壞。根據某水泥公司球磨機筒體的實際受力狀況進行簡化建模，并運用ANSYS軟件對筒體進行仿真分析，計算出筒體的應力分布規律，通過比較理論值與實驗值，找出筒體破壞的主要原因，為球磨機的維護與設計提供理論依據，對現場生產有重要的指導意義。
關鍵詞：球磨機 筒體 磨損
研究背景
球磨機不但在水泥工業中大量應用，而且廣泛用在冶金，選礦，電力等工業中，它的運行好壞在很大程序上決定著生產的效率和企業的效益。而磨機在運轉中經常發生因筒體破壞而停產的故障，可見對筒體進行應力規律的研究，找到其破壞的主要原因及 ，使磨機正常高效的運轉有著非常重要的意義。對某水泥公司3*11m球磨機筒體的實際受力狀況進行筒化建模，建立了中心傳動球磨機的筒體的力學模型，圖1所示，并對筒體的應力進行分析研究。
1、筒體受力分析
分析3*11m球磨機筒體的實際載荷分布情況可知，筒體所受外載荷有：集中力矩、體力和面力。
筒體自重載荷集度：q1=(GnRPi(D2-d2))/4
式中Gn重力加速度；r-材料密度；D-筒體外徑；d-筒體的內徑。
物料在筒體內移動速度基本為無賴，且物料總重在總載荷花中占比例很小，可認為物料在筒體軸線方向均勻分布，分布集度。
2、許用應力
筒體受循環的交變應力作用，由其力學性能得環疲勞極限交變應力下許用應力。
3、筒體有限元分析
運用ANSYS軟件對簡體進行仿真分析，計算實 際運轉過程中的應力，找到其分布規律。
3.1 建立有限元分析模型
由于筒體的結構和載荷都是對稱的，因此可取 其一半來分析，這里取z>0的部分建立有限元分析模型。
(1)輸入簡體的結構參數，建立簡體實體模型；
(2)輸入簡體的材料參數(如彈性模量)；
(3)選取單元類型。由于簡體是一個典型的圓柱薄殼結構，所以選用殼單元劃分簡體，為提高分析精度，選用Shell93單元；
(4)定義單元實常數；
(5)劃分網格。采用映射網格，在有隔倉板處網格劃分較密，隔倉板之間網格劃分較稀， 建立具有29193個結點，9600個單元的有限元分析模型。
3.2 紅豆與載荷
3.2.1 約束處理
由于筒體的結構和載荷的對稱性，分析模型取筒體對稱于xoy，z>0的部分，為使兩半筒體不互相嵌入或分離，在對稱面上要旋回約束。
(1)筒體在xoy平面內的各點沿z方向的平動為0；
(2)筒體在xoy平面內的各點繞x軸和y軸的轉動為0。
3.2.2 載荷處理
考慮筒體的受力情況，對其進行載荷處理。由筒體受力分析可知；殼單元承受作用于節點的三種載荷。
(1)筒體內表面的分布載荷分配到單元節點上的等效載荷；
(2)作用在單元節點上集中載荷；
(3)Y方向的重力(體載荷)分配到單元節點上的等效載荷。
3.3 計算結果
將載荷施加在筒體上后，經ANSYS‘計算得筒體的應力分布規律，由此可知：筒體最危險部位是中截面(見圖3)，其應力值見表1。
4、實驗分析
采用電測法測定簡體中部外表面A點應力的大小見圖4，并與理論值比較。在Q×11m磨機簡 體外表面A點貼直角應變花，在B點貼一片應變 片，采用相互補償組成半橋接入接線盒，經YD一15 多通道動態電阻應變儀放大與記錄儀連接，測得筒體工作時A點在0o 45O 90。3個方向上的應變，測試數據見表2。
經計算得主應變和主應力(見表3)。
5、結語
(1)筒體中部截面的應力 ，為危險截面；
(2)筒體在過中心的水平面(X，OZ面)上方的部分受壓，而下方受拉0在筒體頂部為 壓應力，在筒體底部為 拉應力；
(3)第四應力強度在筒體中部 ， 值 為l4.96 MPa，滿足強度條件。 上述變化規律與按梁模型計算所得結果相似；
(4)與實驗值對比，相對誤差1.1％，相對誤差 產生的主要原因是筒體在運轉時受研磨體的沖擊作用，筒體產生振動造成應力偏大。
由此可見：簡體在運轉時常因沖擊作用而導致強度不足而發生破壞， 因此在設計時應充分考慮沖擊對強度的影響。