球磨机筒体应力磨损情况分析
摘要
球磨机运行过程中承受动载荷，筒体受到冲击而产生振动，时常发生破坏。根据某水泥公司球磨机筒体的实际受力状况进行简化建模，并运用ANSYS软件对筒体进行仿真分析，计算出筒体的应力分布规律，通过比较理论值与实验值，找出筒体破坏的主要原因，为球磨机的维护与设计提供理论依据，对现场生产有重要的指导意义。
关键词：球磨机 筒体 磨损
研究背景
球磨机不但在水泥工业中大量应用，而且广泛用在冶金，选矿，电力等工业中，它的运行好坏在很大程序上决定着生产的效率和企业的效益。而磨机在运转中经常发生因筒体破坏而停产的故障，可见对筒体进行应力规律的研究，找到其破坏的主要原因及 ，使磨机正常高效的运转有着非常重要的意义。对某水泥公司3*11m球磨机筒体的实际受力状况进行筒化建模，建立了中心传动球磨机的筒体的力学模型，图1所示，并对筒体的应力进行分析研究。
1、筒体受力分析
分析3*11m球磨机筒体的实际载荷分布情况可知，筒体所受外载荷有：集中力矩、体力和面力。
筒体自重载荷集度：q1=(GnRPi(D2-d2))/4
式中Gn重力加速度；r-材料密度；D-筒体外径；d-筒体的内径。
物料在筒体内移动速度基本为无赖，且物料总重在总载荷花中占比例很小，可认为物料在筒体轴线方向均匀分布，分布集度。
2、许用应力
筒体受循环的交变应力作用，由其力学性能得环疲劳极限交变应力下许用应力。
3、筒体有限元分析
运用ANSYS软件对简体进行仿真分析，计算实 际运转过程中的应力，找到其分布规律。
3.1 建立有限元分析模型
由于筒体的结构和载荷都是对称的，因此可取 其一半来分析，这里取z>0的部分建立有限元分析模型。
(1)输入简体的结构参数，建立简体实体模型；
(2)输入简体的材料参数(如弹性模量)；
(3)选取单元类型。由于简体是一个典型的圆柱薄壳结构，所以选用壳单元划分简体，为提高分析精度，选用Shell93单元；
(4)定义单元实常数；
(5)划分网格。采用映射网格，在有隔仓板处网格划分较密，隔仓板之间网格划分较稀， 建立具有29193个结点，9600个单元的有限元分析模型。
3.2 红豆与载荷
3.2.1 约束处理
由于筒体的结构和载荷的对称性，分析模型取筒体对称于xoy，z>0的部分，为使两半筒体不互相嵌入或分离，在对称面上要旋回约束。
(1)筒体在xoy平面内的各点沿z方向的平动为0；
(2)筒体在xoy平面内的各点绕x轴和y轴的转动为0。
3.2.2 载荷处理
考虑筒体的受力情况，对其进行载荷处理。由筒体受力分析可知；壳单元承受作用于节点的三种载荷。
(1)筒体内表面的分布载荷分配到单元节点上的等效载荷；
(2)作用在单元节点上集中载荷；
(3)Y方向的重力(体载荷)分配到单元节点上的等效载荷。
3.3 计算结果
将载荷施加在筒体上后，经ANSYS‘计算得筒体的应力分布规律，由此可知：筒体最危险部位是中截面(见图3)，其应力值见表1。
4、实验分析
采用电测法测定简体中部外表面A点应力的大小见图4，并与理论值比较。在Q×11m磨机简 体外表面A点贴直角应变花，在B点贴一片应变 片，采用相互补偿组成半桥接入接线盒，经YD一15 多通道动态电阻应变仪放大与记录仪连接，测得筒体工作时A点在0o 45O 90。3个方向上的应变，测试数据见表2。
经计算得主应变和主应力(见表3)。
5、结语
(1)筒体中部截面的应力 ，为危险截面；
(2)筒体在过中心的水平面(X，OZ面)上方的部分受压，而下方受拉0在筒体顶部为 压应力，在筒体底部为 拉应力；
(3)第四应力强度在筒体中部 ， 值 为l4.96 MPa，满足强度条件。 上述变化规律与按梁模型计算所得结果相似；
(4)与实验值对比，相对误差1.1％，相对误差 产生的主要原因是筒体在运转时受研磨体的冲击作用，筒体产生振动造成应力偏大。
由此可见：简体在运转时常因冲击作用而导致强度不足而发生破坏， 因此在设计时应充分考虑冲击对强度的影响。