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大型立式粉磨机关键部件的有限元分析

黄书烽  
【摘要】:立式粉磨机在国内外被广泛地应用,是一种高效的粉磨以及烘干的大型设备,已经广泛应用于粉磨高炉矿渣、水泥熟料等工艺原材料。立磨是根据物料粉磨原理来设计和研发的,具备有效率高、能耗低、磨料适应性好、烘干能力强、维修保养方便等优点,因此近年来在水泥行业得到了广泛地应用。但国内该设备主要靠进口,大型立磨研发技术主要被国外几家公司所垄断,尽管近年来国内对立磨有了一定研究,但与国外相比还有很大的差距。 本课题应用结构分析的基本理论和有限元分析手段,选择了立磨的立柱等部件作为研究对象,进行了结构分析及优化设计。首先,论文概述了立磨的工作原理、选粉原理以及结构特点,并对立磨加载系统进行了受力分析和计算,按照设计的相关要求,建立了关键部件的几何模型,运用ANSYSY有限元分析软件对立柱和摇臂静力学分析,建立几何模型后,对其划分网格,添加约束和施加载荷,经过后处理,得到关键部件的变形云图和应力云图,进而确定关键部件的强度和刚度足够,设计合理。其次,对立柱进行了模态分析,得到了立柱的前八阶振型云图,通过了解立柱的固有频率和相应振型,为设计和提高立柱的动态性能提供了理论依据。 最后运用Design Explorer优化模块,在满足强度的条件下,以立柱的质量最小作为优化目标,对立柱进行结构优化,并且效果显著。课题选了立柱壳体厚度、支撑板厚度、两边的固定板厚度作为设计变量,并标记为ds1、ds2、ds3、ds4,满足立柱最大等效应力小于许用应力,以及相关的设计参数满足边界约束条件,利用Design Explorer优化模块,对立柱最小质量的设计空间和灵敏度进行了分析,并获得了各设计变量对目标函数的影响图、响应曲面图、灵敏分析图,可知变量ds1和ds4对立柱的质量有较大的影响,ds1对立柱的质量影响最大。当各设计变量ds1、ds2、ds3、ds4为27.003mm、22.503mm、225.03mm、225.03mm时,立柱质量减少了669kg,大约减少了2.51%,而优化后的立柱最大等效应力在许用应力范围之内。结构优化取得预期效果,使立柱的质量减小,节约了成本,节省了原材料。


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