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畢業(yè)論文粉碎機(jī)的三維設(shè)計(jì)與分析H. Gaoa,*, L.G. Qub東北大學(xué)機(jī)械工程及自動化沈陽航空工業(yè)學(xué)院，機(jī)械工程系譯者： 林元華摘要粉碎機(jī)的一個(gè)主要部分高壓磨機(jī)，這是一種高效礦石破碎設(shè)備。在一個(gè)研究報(bào)告中提出了一種組裝機(jī)，這使分割機(jī)表面磨損處的翻修更方便。該組裝機(jī)的結(jié)構(gòu)模型的成分設(shè)計(jì)與固體工程應(yīng)力和位移在兩個(gè)不同的工作狀態(tài)可以使COSMOS/Works軟件進(jìn)行了快速的有限元分析，并且可以更快更好的清除1.0-2.0毫米之間的凹凸云集階層，從而延長組裝機(jī)的工作壽命。關(guān)鍵詞：高壓磨機(jī);三維設(shè)計(jì);組裝機(jī);有限元分析1.導(dǎo)言HPGR是一種新的高效節(jié)能的設(shè)備，基于靜態(tài)高壓[ 1-3 ] 原則,這種設(shè)備適用于破碎比較硬的礦石。粉碎方法是根據(jù)物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細(xì)化程度來選擇的。對于堅(jiān)硬物料，應(yīng)采用擠壓、彎曲和劈裂；對于脆性物料，應(yīng)采用沖擊和劈裂；料塊較大時(shí)，應(yīng)采用劈裂和彎曲；料塊較小或排料粒度要求很小時(shí)，則應(yīng)采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當(dāng)，就會出現(xiàn)粉碎困難或過度粉碎現(xiàn)象，兩者都會增大粉碎過程中的能量消耗。實(shí)際上任何一種破碎機(jī)都不是以某一種形式進(jìn)行破碎的，一般都是兩種和兩種以上的形式聯(lián)合進(jìn)行破碎。礦石的破碎方法主要根據(jù)礦石的物理力學(xué)性能、被破的塊度及所要求的破碎比來選擇的。錘式破碎機(jī)適用于破碎抗壓強(qiáng)度＜150MPa的石灰石、泥灰?guī)r、砂巖、頁巖、石膏、煤等原料。它可以將采場的大塊礦石一次破碎到入磨需要的粒度。物塊分堅(jiān)硬、中等堅(jiān)硬和軟。高壓磨機(jī)是主要工作部分根據(jù)HPGRS工作原理（見圖1）。畢業(yè)論文Fig. 1. Principle of high-pressure roller mill.為了粉碎機(jī)的性能，我們付出了很大的努力，已經(jīng)改善其表面抗磨蝕的能力[ 2 ] 。使用分割表面的滾子，這是為了方便的維護(hù)和更換，是另一個(gè)有效的改善過程。該構(gòu)件是新運(yùn)用在組裝機(jī)上的，碳化鎢是為了改善表面的抗磨損性能的。再運(yùn)用已開發(fā)的三維設(shè)計(jì)和有限元方法進(jìn)行軸的強(qiáng)度和階層分析，以確保在礦石很重的情況下其破碎的可靠性。輥式破碎機(jī) 礦石在兩個(gè)平行且反向轉(zhuǎn)動的圓柱形輥?zhàn)又惺艿綁核椋ü廨仯┗蚴軌核楹团炎饔茫X輥）而破碎。當(dāng)兩輥的轉(zhuǎn)速不等時(shí)，還有磨碎作用。2. 組裝機(jī)的三維虛擬設(shè)計(jì)與裝配組裝機(jī)由主井, 粉碎棍的表面部分和機(jī)架組成。并且在關(guān)鍵的粉碎棍一方以移動副方式與機(jī)架連接，其他與機(jī)架連接的部分以螺釘和碳化鎢鉚釘?shù)冗B接。徑向的主要部分和中間的主井以鍵槽和螺釘連接，以保證主井和粉碎棍表面部分安全和緊密的連接。粉碎棍表面部分是以凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，以防止應(yīng)力在交配邊緣集中。 組件模型的創(chuàng)建是通過應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行工作的。那個(gè)模型得建立可直接用有限元分析其中設(shè)計(jì)的合理性，以保證滿足各個(gè)方面要求。組裝模型是在組裝模式下，根據(jù)配合等的關(guān)系下進(jìn)行的。最后，干預(yù)之間的部分，檢查和利用軟件測試其有效性和結(jié)構(gòu)的合理性。圖2和3為虛擬裝配設(shè)計(jì)及三維虛擬模型組裝流程圖。畢業(yè)論文Fig.2. Flow diagram of virtual design Fig. 3. 3D design model ofr the assembly.3. 主井的有限元分析3.1.有限元模型構(gòu)件主軸的負(fù)荷模型見圖4 ，F(xiàn)ig. 4. Loading and restrain of the main shaft.這是通過三維CAD軟件進(jìn)行的。徑向主要部分在于主軸的鍵槽。這些細(xì)節(jié)的功能將使強(qiáng)度分析更加困難，但使用將更容易[ 4 ] 。有限元分析軟件，它是基于有限元原則，可以在實(shí)體模型建立的基礎(chǔ)上，選擇主井計(jì)算應(yīng)力和變形的程度，以下是創(chuàng)建有限元模型的過程：（1）附加材料的特性主軸的材料是35CrMo，其中彈性模量E為206 MPa，摩擦系數(shù)f為0.3 ，密度R是7.9 kg/cm3和限制 應(yīng)力（不銹鋼）是835MP。（2）壓力的載入畢業(yè)論文所承受的力量主要來自壓力，根據(jù)工作原理，其終值Fmax正 2500千牛，裝卸區(qū)是在形式的弧角608和20毫米寬的表面軸，其邊界條件是限制了假定軸承。（3）模型的參數(shù)如下：粒度的表示方法 ：(1) 平均直徑 d=(L+b+h)/3 式中 L——礦塊的長度（mm） ；b——礦塊的寬度（mm） ；h——礦塊的厚度（mm） ；或用長、寬的平均值表示： d=(L+b)/2平均直徑一般是用來計(jì)算給礦和排礦單個(gè)礦塊的尺寸，以確定破碎比。(2)等值直徑deq礦塊的粒度很小時(shí)可用等值直徑來表示。等值直徑是將細(xì)粒物料顆粒作為球體來計(jì)算的。deq= =1.24 式中 m ——礦粒品質(zhì)（kg）ρ——礦物密度（ ）V ——礦粒的體積（m3）(3) 粒級平均直徑d對于由不同粒度混合組成的礦粒群，通過用篩分的方法來確定礦粒群的平均直徑。例如上層篩孔尺寸為d1下層篩孔尺寸為d2,通過上層而留在下層的其粒度既不能用d1表示，也不能用d2表示。當(dāng)粒級的粒度范圍很窄，上下兩篩的篩孔尺寸之比不超過 ＝1.414時(shí)，可用粒度平均直徑表示即D=(d1＋d2)/2否則用d1～d2表示粒級。 38026點(diǎn)， 24117的構(gòu)件和114079程度的自由（自由度） 。3.1.1.計(jì)算結(jié)果應(yīng)力圖是通過圖5所示。最大應(yīng)力是 296 MPa時(shí)。其理論方程Smax<= Ss/n（1） ,在smax是最大應(yīng)力限制和n的安全系數(shù)，通常情況下， n為1.5-2.0。計(jì)算結(jié)果表明，應(yīng)力能夠滿足設(shè)計(jì)要求。此外，根據(jù)米塞斯理論安全系數(shù)n可以實(shí)現(xiàn)2.8。4.有限元分析的部分4.1.固體和有限元模型有限元模型的兩個(gè)不同的工作狀態(tài)顯示在圖5中 :畢業(yè)論文Fig. 5. Loading and restraint of a segment.圖1.原則高壓機(jī)磨。圖2.流程圖虛擬設(shè)計(jì)。圖3.三維設(shè)計(jì)模型。圖4.主軸。圖5.配合的部分。以下是創(chuàng)建有限元模型表面進(jìn)程的部分：（1）材料附加的特性。材料的表面部分42CrMoV,彈性模量E的206 MPa,剪切模量G是79.4 MPa，摩擦系數(shù)f是0.3, 密度R是7.9 kg/cm3和應(yīng)力極限（不銹鋼）是930兆帕。（2）配合及干涉的設(shè)計(jì)。首先假定設(shè)計(jì)是理想的，合理的狀態(tài)，見圖5 （a） ，F(xiàn)r =2500,Ft =10:56 kN, ，裝卸區(qū)是200毫米寬和13毫米弧長表面的部分，并固定內(nèi)部表面使其成為約束條件。圖5 （b）所示,在其中只有兩端部分底部的接觸軸處，因?yàn)椴徽_的制造過程,對于這種情況下兩端的承受是平等的。（3）模型嚙合的兩個(gè)參數(shù)畢業(yè)論文相同的固體模型，它們是： 15367點(diǎn)和 46101自由度。4.2.計(jì)算結(jié)果（1）計(jì)算結(jié)果顯示在圖6中 。Fig. 6. Calculated stress of a segment.在圖6（a）中，表面上的部分的最高節(jié)點(diǎn)是860兆帕的壓力。第一次的工作狀態(tài)和最大節(jié)點(diǎn)位移為0.2毫米。在第二次工作的最高點(diǎn)的強(qiáng)度是5495兆帕和的最大節(jié)點(diǎn)位移0.78毫米。因此，第一次工作是合理的，而與此相反，在第二個(gè)部分超過了限制范圍。（2）根據(jù)計(jì)算，該部分只承受首次工作部分的工作負(fù)荷，而在第二次工作部分不僅部分承受工作壓力，而且也承受配合部分的同步壓力。因?yàn)樗淖冃危蟮氖菈毫妥冃坞A層使側(cè)接線有了更大的壓力部分。因此，彈性變形和延長材料應(yīng)力的部分設(shè)計(jì)配合部分應(yīng)適當(dāng)?？梢岳孟拊椒▋?yōu)化方法來計(jì)算以消1.0-2.0毫米的誤差（3）足夠的強(qiáng)度和較高的表面硬度畢業(yè)論文塑性變形將該機(jī)構(gòu)的碳化物鉚釘壓入的機(jī)構(gòu)的部分加上了額外的力。舉一個(gè)例子，選擇45鋼（不銹鋼6.3 300 MPA ）在力很大的情況下審查其在第一次的工作狀態(tài)下的變形。計(jì)算結(jié)果顯示在圖7 。據(jù)馮米塞斯理論,其最大的壓力為749兆帕和安全系數(shù)為0.4 ，這是以后使用材料的安全限制。熱處理材料 42CrMoV與HB240 - 280硬度已超過45鋼的3倍的強(qiáng)度。因此可以選擇表面部分，為了提高抗磨損能力。4.4．分析（1）提出了一種GM1000x200的新組合機(jī)，見圖6，計(jì)算工作表面一個(gè)部分的應(yīng)力，類型HPGR。危險(xiǎn)區(qū)的幾個(gè)部分見圖7。Fig. 7. Dangerous zone of the segment.已經(jīng)制定了與三維CAD 軟件的固體工程。這種結(jié)構(gòu)的分割可以使工作壽命更長，使用滾壓棍機(jī)來取磨損表面代很容易。應(yīng)力和變形的兩個(gè)組裝機(jī)的主要部分：主井和表面部分，進(jìn)行了有限元分析。（2）有限元分析的結(jié)果表明材料42CrMoV與HB240 - 280硬度可用于生產(chǎn)的主要構(gòu)件和主要表面上。（3）底部表面部分的聯(lián)系均勻主軸表面應(yīng)力集中部分可使變形發(fā)生，這將使粉碎機(jī)工作狀態(tài)不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致斷裂。參考資料[1] K. Schonert, Int. J. Miner. Process. 22 (1988) 400–412.[2] Thason, Concr. Technol. 2 (1999) 21–23.[3] Thompuen, J. Knecht, Mining Eng. 9 (1996) 23–25.[4] L.J.Wang, X.K. Sun, H. Gao, Chin. J. Mech. Eng. 36 (4) (2000) 83–85(in Chinese).畢業(yè)論文[5] An.N. Shi, H. Wang, Mech. Des. Manuf. 4 (2000) 18–20 (in Chinese).[6] Zh.J. Du, Zh.H. Gao, CAD/CAM 8 (2001) 42–43 (in Chinese).[7] H. Gao, L.G. Qu, X.H. Lan, in: Proceedings of the Asia-PacificVibration Conference, Jiling Science and Technology Press, 2001,pp. 303–305.