煤磨应力分析报告.docx
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煤磨应力分析报告
煤磨应力分析报告
摘要:
根据中材建设有限公司提供的图纸,建立了煤磨的有限元模型。
该模型中,大齿圈的重量为9311.8Kg;一仓衬板质量为2898Kg;二仓衬板质量为:
8808Kg;三仓衬板质量为:
14039.6Kg;一、二仓间隔仓板的质量为3918.7Kg;二、三仓间隔仓板的质量为5565Kg;研磨体装载量:
38.5t;烘干仓填充率:
0.2;粉磨仓1填充率:
0.27;粉磨仓2填充率:
0.26;钢球容重:
4.5~4.6t/m3;物料容重:
0.9t/m3;主电机功率:
560kW;磨机转速:
18.5r/min。
本报告研究了煤磨在12个时钟旋转点处的人孔应力,得出的结论如下:
1、大齿圈分度圆上的切向力为129924.0814N,径向力为47288.498N。
进料端轴瓦的支反力为911662.4N;出料端轴瓦的支反力为1143339.25N;
2、筒体上最大静应力在三仓人孔边缘上,屈服安全系数为6.45;
3、人孔上的最小疲劳安全系数为2.61
根据最小安全系数为2.61,可以判定该煤磨的机构设计是合理的。
1.有限元模型
根据图纸提供的数据,一仓衬板质量为2898Kg;二仓衬板质量为:
8808Kg;三仓衬板质量为:
14039.6Kg;大齿圈质量为9311.8Kg。
一、二仓间隔仓板的质量为3918.7Kg;二、三仓间隔仓板的质量为5565Kg;衬板的重量以载荷的形式分别加到各仓的筒壁上。
煤磨的筒体部分、磨头部分、隔仓板部分和齿轮部分网格划分为壳单元;中空轴和轴瓦之间以接触方式相互作用,它们之间的摩擦系数设为0.3;筒体和中空轴的的材料弹性模量设为196E9,密度设为7850Kg/m3。
根据电机额定功率(560KW)和筒体转速(18.5RPM)计算得到的齿轮圆周力为129924.0814N,齿轮径向力为47288.498N,齿轮圆周力和径向力施加的方式如图4。
图1~图3是煤磨有限元模型。
图1煤磨整体有限元模型
图2人孔1在12h位置
图3煤磨内部具体结构模型
图4载荷示意图
2.结果分析
2.1人孔应力分析
2.1.1人孔等效应力
人孔1最大等效应力产生在人孔位于4h位置,最大等效应力为33.9MPa,见云图4;人孔2大等效应力产生在人孔位于6h位置,最大等效应力为26.5MPa,见云图5;人孔3等效应力产生在人孔位于7h位置,最大等效应力为38.7MPa,见云图6。
根据屈服应力250Mpa,计算安全系数为(250Mpa)/(38.7Mpa)=6.45。
图5人孔1等效应力云图
图6人孔2等效应力云图
图7人孔3等效应力云图
2.1.2人孔疲劳应力分析
人孔处的最大疲劳应力产生在人孔1内表面的边缘上,为34.9-(-28.4)=63.3Mpa;最大主应力产生在人孔1位于4h位置,最小主应力产生在人孔1位于7h位置,见图7~图8。
根据AISC标准,人孔1的安全系数:
f=165(Mpa)/(63.3Mpa)=2.61。
图8人孔1最大主应力
图9人孔1最小主应力
人孔2最大疲劳应力为27.2-(-15.2)=42.4Mpa;最大主应力产生在人孔2位于6h位置,最小主应力产生在人孔2位于10h位置。
见图9~图10。
根据AISC标准,人孔2的安全系数:
f=165(Mpa)/(42.4Mpa)=3.89。
图10人孔2最大主应力
图11人孔2最小主应力
人孔3最大疲劳应力为39.7-(10.7)=50.4Mpa。
最大主应力产生在人孔3位于7h位置,最小主应力产生在人孔3位于4h位置。
见图11~图12。
根据AISC标准,人孔3的安全系数:
f=(165Mpa)/(50.4Mpa)=3.27。
图12人孔3最大主应力
图13人孔3最小主应力
2.2中空轴的应力分析
2.2.1中空轴的等效应力分析
图14~图15为两端中空轴的应力云图。
进料端中空轴的最大等效应力(VonMisesStress)为8.7Mpa;出料端中空轴最大等效应力为14.6Mpa,材料的屈服极限为250Mpa,有此判定,中空轴是非常安全的。
图14进料端中空轴应力云图
图15出料端中空轴应力云图
2.2.2中空轴的疲劳应力分析
进料中空轴的最大疲劳应力产生在中空轴外表面的上过度处,为14.4-(-4.55)=19.95Mpa;最大主应力产生在进料中空轴位于4h位置,最小主应力产生在进料中空轴位于8h位置,见图16~图17。
根据AISC标准,进料中空轴的安全系数:
f=165(Mpa)/(19.95Mpa)=8.26。
图16进料中空轴最大主应力云图
图17进料中空轴最小主应力云图
出料中空轴的最大疲劳应力产生在中空轴外表面的过度处,为21.4-(-12.1)=33.5Mpa;最大主应力产生在出料中空轴位于4h位置,最小主应力产生在出料中空轴位于8h位置,见图18~图19。
根据AISC标准,出料中空轴的安全系数:
f=165(Mpa)/(33.5Mpa)=4.92。
图18出料中空轴最大主应力云图
图19出料中空轴最小主应力云图
3.应力及接触面分析
轴瓦最大应力为9.2Mpa,产生在出料端轴瓦上;与轴瓦相接触的轴面最大应力为10.1Mpa,产生在出料端中空轴接触面上。
见图16~图17。
图20轴瓦应力云图
图21接触面的接触总压力
4.结论
1、进料端支反力为911662.4N;出料端支反力为1143339.25N。
物料和研磨体的质量为38.5X1.14=43.89t;
2、人孔1的疲劳应力幅值为63.3Mpa,安全系数为2.61;人孔2的疲劳应力幅值为42.4Mpa,安全系数为3.89;人孔3的疲劳应力幅值为50.4Mpa,安全系数为3.27。
由此判断,人孔的疲劳强度满足设计要求。
3、中空轴最大疲劳应力为33.5Mpa,安全系数为4.92,中空轴设计满足要求。
4、轴瓦上的最大等效应力为9.2Mpa,中空轴上接触面的最大接触总压力为10.1Mpa。
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