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論文粉碎機的三維設計與分析H. Gaoa,*, L.G. Qub東北大學機械工程及自動化沈陽航空工業(yè)學院，機械工程系譯者： 林元華摘要粉碎機的一個主要部分高壓磨機，這是一種高效礦石破碎設備。在一個研究報告中提出了一種組裝機，這使分割機表面磨損處的翻修更方便。該組裝機的結構模型的成分設計與固體工程應力和位移在兩個不同的工作狀態(tài)可以使COSMOS/Works軟件進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，從而延長組裝機的工作壽命。關鍵詞：高壓磨機;三維設計;組裝機;有限元分析1.導言HPGR是一種新的高效節(jié)能的設備，基于靜態(tài)高壓[ 1-3 ] 原則,這種設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化程度來選擇的。對于堅硬物料，應采用擠壓、彎曲和劈裂；對于脆性物料，應采用沖擊和劈裂；料塊較大時，應采用劈裂和彎曲；料塊較小或排料粒度要求很小時，則應采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當，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。實際上任何一種破碎機都不是以某一種形式進行破碎的，一般都是兩種和兩種以上的形式聯(lián)合進行破碎。礦石的破碎方法主要根據(jù)礦石的物理力學性能、被破的塊度及所要求的破碎比來選擇的。錘式破碎機適用于破碎抗壓強度＜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。物塊分堅硬、中等堅硬和軟。高壓磨機是主要工作部分根據(jù)HPGRS工作原理（見圖1）。論文Fig. 1. Principle of high-pressure roller mill.為了粉碎機的性能，我們付出了很大的努力，已經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和更換，是另一個有效的改善過程。該構件是新運用在組裝機上的，碳化鎢是為了改善表面的抗磨損性能的。再運用已開發(fā)的三維設計和有限元方法進行軸的強度和階層分析，以確保在礦石很重的情況下其破碎的可靠性。輥式破碎機 礦石在兩個平行且反向轉動的圓柱形輥子中受到壓碎（光輥）或受壓碎和劈裂作用（齒輥）而破碎。當兩輥的轉速不等時，還有磨碎作用。2. 組裝機的三維虛擬設計與裝配組裝機由主井, 粉碎棍的表面部分和機架組成。并且在關鍵的粉碎棍一方以移動副方式與機架連接，其他與機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構設計的，以防止應力在交配邊緣集中。 組件模型的創(chuàng)建是通過應用三維設計軟件進行工作的。那個模型得建立可直接用有限元分析其中設計的合理性，以保證滿足各個方面要求。組裝模型是在組裝模式下，根據(jù)配合等的關系下進行的。最后，干預之間的部分，檢查和利用軟件測試其有效性和結構的合理性。圖2和3為虛擬裝配設計及三維虛擬模型組裝流程圖。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.有限元模型構件主軸的負荷模型見圖4 ，F(xiàn)ig. 4. Loading and restrain of the main shaft.這是通過三維CAD軟件進行的。徑向主要部分在于主軸的鍵槽。這些細節(jié)的功能將使強度分析更加困難，但使用將更容易[ 4 ] 。有限元分析軟件，它是基于有限元原則，可以在實體模型建立的基礎上，選擇主井計算應力和變形的程度，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 應力（不銹鋼）是835MP。（2）壓力的載入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算給礦和排礦單個礦塊的尺寸，以確定破碎比。(2)等值直徑deq礦塊的粒度很小時可用等值直徑來表示。等值直徑是將細粒物料顆粒作為球體來計算的。deq= =1.24 式中 m ——礦粒品質（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，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， 24117的構件和114079程度的自由（自由度） 。3.1.1.計算結果應力圖是通過圖5所示。最大應力是 296 MPa時。其理論方程Smax<= Ss/n（1） ,在smax是最大應力限制和n的安全系數(shù)，通常情況下， n為1.5-2.0。計算結果表明，應力能夠滿足設計要求。此外，根據(jù)米塞斯理論安全系數(shù)n可以實現(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不同的工作狀態(tài)顯示在圖5中 :論文Fig. 5. Loading and restraint of a segment.圖1.原則高壓機磨。圖2.流程圖虛擬設計。圖3.三維設計模型。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和應力極限（不銹鋼）是930兆帕。（2）配合及干涉的設計。首先假定設計是理想的，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，因為不正確的制造過程,對于這種情況下兩端的承受是平等的。（3）模型嚙合的兩個參數(shù)論文相同的固體模型，它們是： 15367點和 46101自由度。4.2.計算結果（1）計算結果顯示在圖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)點是860兆帕的壓力。第一次的工作狀態(tài)和最大節(jié)點位移為0.2毫米。在第二次工作的最高點的強度是5495兆帕和的最大節(jié)點位移0.78毫米。因此，第一次工作是合理的，而與此相反，在第二個部分超過了限制范圍。（2）根據(jù)計算，該部分只承受首次工作部分的工作負荷，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。因為它的變形，更大的是壓力和變形階層使側接線有了更大的壓力部分。因此，彈性變形和延長材料應力的部分設計配合部分應適當。可以利用限元方法優(yōu)化方法來計算以消1.0-2.0毫米的誤差（3）足夠的強度和較高的表面硬度論文塑性變形將該機構的碳化物鉚釘壓入的機構的部分加上了額外的力。舉一個例子，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。計算結果顯示在圖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，見圖6，計算工作表面一個部分的應力，類型HPGR。危險區(qū)的幾個部分見圖7。Fig. 7. Dangerous zone of the segment.已經制定了與三維CAD 軟件的固體工程。這種結構的分割可以使工作壽命更長，使用滾壓棍機來取磨損表面代很容易。應力和變形的兩個組裝機的主要部分：主井和表面部分，進行了有限元分析。（2）有限元分析的結果表明材料42CrMoV與HB240 - 280硬度可用于生產的主要構件和主要表面上。（3）底部表面部分的聯(lián)系均勻主軸表面應力集中部分可使變形發(fā)生，這將使粉碎機工作狀態(tài)不穩(wěn)定，甚至導致斷裂。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).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.