球磨機筒體的分析研究

國內對于球磨機筒體的研究大多是將其作為靜止設備處理，筒體正常工作狀態(tài)下的強度分析比較少，對于筒體的動態(tài)特性分析和沖擊引起的振動的研究更是較少涉足。為了研究筒體在受到任意隨時間變化的載荷作用下的動態(tài)情況，需要對筒體進行動能學分析，研究筒體在正常工作狀態(tài)下的應力和應變的動態(tài)情況，對大型回轉動能設備在機械載荷作用下的動能過程有更加清晰明確的了解。從而提高該設備的設計水平，提高其運行的可靠性。

筒體的結構與參數(shù)

本文以某鋼廠的球磨機筒體作為研究分析對象。筒體的主要技術參數(shù)：筒體直徑5m，長度4m，筒體有效半徑R＝2.5m。筒體內鋼球重量為25t，物料重量為130t，所以筒體內介質總重為155t。

常規(guī)的球磨筒體有限元分析方法

按照常規(guī)的方法，一般是將筒體的力學模型簡化為滿載靜止、正常工作和啟動三種典型工況進行分析計算。本文只探討正常工作的內容。

正常工作工況下的載荷包括筒體結構重量、隨筒體運動的鋼球和物料的重力及其產(chǎn)生的離心力以及齒輪傳動載荷。根據(jù)參考文獻，可以計算出直接作用在筒體內壁上的介質的重量、質心坐標以及所產(chǎn)生的離心力。

正常工作時筒體各部分的等效應力分布規(guī)律。其中最大應力為85.8MPa，位于中空軸頸上的托圈的地方，但是其余部位如大齒輪、筒體等處的應力都很小。最大位移為1.117mm，出現(xiàn)在大齒輪上，筒體也有較大的位移，相對來說，中空軸頸處位移較小。根據(jù)材料的強度極限可以得出，正常工作工況下筒體各部件滿足強度、剛度要求。

球磨機筒體分析

前文采用常規(guī)思路對球磨機筒體的強度和剛度進行了分析，是一種有效的力學分析方法，為筒體的設計提供重要的依據(jù)。隨著現(xiàn)代機械設計水平的不斷提高，作為大型受沖擊設備，設計者在進行強度和剛度校核的基礎上，非常關注筒體正常工作狀態(tài)下的動態(tài)和振動情況，因此有必要對其進一步分析。

為了研究筒體在受到任意隨時間變化的載荷作用下的情況，從理論上求出筒體正常運轉時所產(chǎn)生的動態(tài)載荷仍然比較困難。筒體內的介質主要有三種運動狀態(tài)：泄落狀態(tài)、拋落狀態(tài)和離心狀態(tài)，其中拋落狀態(tài)是介質的主要工作狀態(tài)。為了更加真實的反映筒體正常工作狀態(tài)下受沖擊載荷情況下的動態(tài)響應情況，取筒體受沖擊的區(qū)域作為分析對象。

由于筒體是回轉體，并且在軸向各個不同的垂直斷面上，物料的運動狀況完全相似，所以對于筒體上的任一點，其所受到的時間歷程載荷都是相同的。為了表達筒體受到的沖擊載荷情況，取筒體的某一段作為分析對象，對于其中所有的節(jié)點施加時間歷程載荷，并且由于所對應的縱向節(jié)點組先進入沖擊區(qū)域，其后的節(jié)點組依次進入，所對應的縱向節(jié)點組最后進入沖擊區(qū)域，所以在施加時間歷程載荷時，后面的節(jié)點組載荷發(fā)生作用時間依次延后，具體延后的時間根據(jù)節(jié)點的劃分情況和筒體轉速經(jīng)計算為0.044s，這就科學的模擬了筒體實際所受到的動態(tài)沖擊載荷。因此，筒體所受的載荷就是動態(tài)沖擊載荷與筒體自重、作圓周運動的介質的重力和離心力及齒輪傳動載荷的組合。

為了更加真實的反映球磨機正常工作狀態(tài)下受沖擊載荷情況下的動態(tài)情況，取筒體受沖擊的區(qū)域作為分析對象。動能學分析全面反映了筒體正常工作過程中筒體各個區(qū)域的等效應力和位移情況，因而對筒體受沖擊過程中的整體情況有了全面的了解。通過分析的結果與靜態(tài)分析的數(shù)值比較，對設備的強度和剛度分析做了較好的驗證。