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卧辊磨磨辊机构有限元分析与工作载荷识别

吕中辉  
【摘要】:卧辊磨是一种新型的节能环保粉磨设备,它的可靠性、稳定性、低耗等优点吸引了许多科研院所和公司关注。但是国内的研究与应用相对匮乏,主要原因有如下几方面:缺少对卧辊磨的结构进行强度分析和失效现象的预测,容易出现辊轴断裂、筒体焊缝开裂现象,运行稳定性差。最重要的是,卧辊磨实体样机研发过程中,会造成大量的人力、物力的浪费。虚拟样机技术不仅可以降低设计、研发成本,而且能够更好的保证设计及产品质量。因此,本文借助于虚拟样机技术对卧辊磨磨辊系统进行力学分析并以某公司卧辊磨工业试验为依托进行了振动试验研究。本文综述了国内外粉磨技术的发展现状,分析了卧辊磨工作原理与结构特征,做了以下工作: 1通过静、动力学计算,校核了磨辊机构的强度和刚度,保证了工试的成功。 (1)运用三维建模软件UG建立辊轴三维模型导入AWE建立两个有限元力学模型(其一、碾压区位移约束,辊轴两端施加载荷,其二碾压区面施加载荷,辊轴两端位移约束)对辊轴进行了静应力分析与强度校核,得出两种静应力的大小及分布规律; (2)运用AWE先对磨辊机构(两端液压缸等效为弹簧)进行了模态分析,接着建立了两种不同的磨辊机构动力学模型(一是两端液压缸等效为具有刚度和阻尼的弹簧,碾压区施加动载荷;二是压臂两端施加动载荷,碾压区施加弹性约束),又分别计算了两个模型动应力; 基于以上分析,一方面校核了结构设计的强度和刚度,另一方面在一定程度上验证了结构参数设计的可行性。 2进行了卧辊磨振动测试,为工试系统的运行监控提供了基础。 (1)对不同工况下运行的磨机,在三个部位现场测试其振动数据:磨辊机构振动测试,压臂支座振动测试以及磨机基础的振动测试,通过分析辊轴的径向以及支座基础在该方向的振动数据,得到了磨机的振动传递率; (2)通过分析辊轴进、出料端轴向、径向振动加速度数据,研究了辊轴在粉磨力所在平面上的振动,以及在粉磨力作用平面上的平动和转动。同时分析了辊轴轴向加速度数据,研究了不同压力下磨机系统振动,得出了随着压力的增加,轴向的动刚度增强这一结论。 3首次完成了卧辊磨粉磨载荷识别,为国内外卧辊磨的大型化设计提供了有力工具。 (1)介绍了逆虚拟激励法的基本原理及其仿真计算磨辊机构频响函数的原理;将辊轴简化为刚体,辊轴的运动由其在粉磨力所在平面的质心平动和绕着质心的转动来描述。将作用在辊轴上的粉磨力按照力的简化原理,相应地简化成过辊轴质心的一个集中力和绕质心的一个转矩; (2)运用ADAMS软件将辊轴视为刚体,压臂简化为柔性体,形成刚—弹耦合的动力学模型。辊轴质心的集中力和绕质心的转矩分别作为输入力,辊轴质心的平动加速度和绕质心的转动角加速度分别作为输出响应,仿真求出各自对应的输入输出频响函数; 根据磨机正常粉磨工况下,现场测试的辊轴上二点的加速度功率谱密度,以及磨辊机构的刚—弹耦合的动力学模型,运用逆虚拟激励法原理反演出粉磨力以上两个分量的功率谱密度曲线。


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