胡子林　劉萬華　劉剛

摘 要：球磨機(jī)設(shè)計(jì)過程中回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，是否能滿足生產(chǎn)要求，是球磨機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。利用ANSYS有限元軟件，對(duì)Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體在其他參數(shù)不變的情況下，回轉(zhuǎn)體端蓋錐角角度不同時(shí)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的變化，對(duì)比分析結(jié)果，得到最合理的回轉(zhuǎn)體端蓋錐角角度。

關(guān)鍵詞：球磨機(jī)；回轉(zhuǎn)體端蓋錐角；有限元方法

中圖分類號(hào)：TD453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

現(xiàn)代球磨機(jī)發(fā)展越來越向大型化方向發(fā)展，在選礦工藝流程中球磨機(jī)是一種非常重要的機(jī)械設(shè)備。尤其回轉(zhuǎn)體（由筒體、進(jìn)出端蓋組成）是球磨機(jī)主體部件，回轉(zhuǎn)體強(qiáng)度決定回轉(zhuǎn)體在實(shí)際使用時(shí)的效果。球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體由兩個(gè)滑動(dòng)軸承支撐，可以將回轉(zhuǎn)體及其支撐簡化成簡支梁。在載荷不變的情況下，支撐點(diǎn)距離的變化，會(huì)改變簡支梁力的分布。隨著球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體端蓋錐角角度的變化，支撐球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的兩個(gè)滑動(dòng)軸承的距離也會(huì)變化，從而改變球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體受力分布?；剞D(zhuǎn)體受力分布的變化，會(huì)影響回轉(zhuǎn)體的可靠性以及回轉(zhuǎn)體的壽命，所以球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體強(qiáng)度的好壞直接影響到磨機(jī)的正常運(yùn)行。有限元理論的出現(xiàn)，ANSYS有限元軟件的開發(fā)和應(yīng)用，為球磨機(jī)這種古老的機(jī)械設(shè)備帶來了新的春天。ANSYS軟件可以將我們要研究的對(duì)像和它所處的工作環(huán)境放到一起去計(jì)算，這種計(jì)算更接近實(shí)際。計(jì)算結(jié)果亦更接近實(shí)際，而且可以將計(jì)算結(jié)果清晰的顯示給研究人員，是一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算軟件。本文主要論述了運(yùn)用有限元法和ANSYS軟件，對(duì)Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體在其他參數(shù)不變的情況下，不同的回轉(zhuǎn)體端蓋錐角角度對(duì)回轉(zhuǎn)體危險(xiǎn)部位應(yīng)力的影響，從而得到最優(yōu)的回轉(zhuǎn)體端蓋錐角角度。

1.建立有限元模型

ANSYS有限元軟件具有豐富的接口，可以將在各種三維軟件中的建模導(dǎo)入到ANSYS中進(jìn)行有限元分析。同時(shí)ANSYS有限元軟件中前處理功能，也可依據(jù)點(diǎn)-線-面-體的原則建模型。Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，所以有限元分析用模型是在Solidwork中建成，然后導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行后續(xù)處理。因?yàn)榇朔治鰹殪o態(tài)結(jié)構(gòu)分析?；剞D(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)及受載又具有對(duì)稱性（無人孔門），故對(duì)整個(gè)模型沿軸切面剖分的1/2進(jìn)行分析。

2.網(wǎng)格劃分

單元類型為SOLID45六面體單元，由于在以后的加載過程中需要對(duì)筒體內(nèi)壁施加非均勻的分布載荷，所以在圓周區(qū)域的載荷作用單元上，又建立了一層表面效應(yīng)單元SURF154，采用了掃略成體網(wǎng)格劃分方法，生成的球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體有限元模型。

3.加載

當(dāng)回轉(zhuǎn)體有限元模型完成之后，在其上進(jìn)行約束和載荷的施加。

3.1 施加約束

支撐Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的兩個(gè)滑動(dòng)軸承，進(jìn)料滑動(dòng)軸承為自由端，出料滑動(dòng)軸承為固定端。Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體自由端軸承除有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，還有一個(gè)沿軸向活動(dòng)的自由度，固定端有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)軸承的軸瓦面為120°，軸承壓力角為70°。在ANSYS中，建立約束時(shí)選取軸承與軸頸直接接觸的節(jié)點(diǎn)（沿圓周方向70°范圍內(nèi)），這些節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)通過BEAM188連接在一起。自由端釋放兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)沿軸向移動(dòng)的自由度，固定端釋放兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

3.2 施加載荷

作用在Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體上的載荷，主要有礦漿、磨礦介質(zhì)、大齒輪、襯板、回轉(zhuǎn)體自重。采用等效密度的方法簡化回轉(zhuǎn)體載荷。滿載靜止工況下，假設(shè)物料和磨礦介質(zhì)在回轉(zhuǎn)體內(nèi)是均勻分布的，對(duì)回轉(zhuǎn)體的正壓力類似于水壓力。正壓力施加到SURF154單元上，然后傳遞到回轉(zhuǎn)體上。在ANSYS中，滿載靜止工況的加載如圖1（回轉(zhuǎn)體載荷分布）所示。

3.3 分析結(jié)果

在球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體其他技術(shù)參數(shù)不變的情況下利用有限元軟件，分別分析了端蓋錐角135°和150°時(shí)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的應(yīng)力變化情況。圖2和圖3分別為端蓋錐角135°時(shí)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的應(yīng)力分布云圖和端蓋錐角150°時(shí)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的應(yīng)力分布云圖。從圖中可以看到端蓋錐角135°時(shí)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)力為50.6MPa；端蓋錐角135°時(shí)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)力為57.3MPa。所以在球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體其他技術(shù)參數(shù)不變的情況，端蓋錐角135°的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)優(yōu)于端蓋錐角150°的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。端蓋錐角135°的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)安全系數(shù)更高。

結(jié)論

本文運(yùn)用ANSYS對(duì)Φ5.5×8.5m溢流型球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體在端蓋錐角135°時(shí)和端蓋錐角150°時(shí)回轉(zhuǎn)體的強(qiáng)度變化。對(duì)比球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體其他參數(shù)不變，不同的端蓋錐角角度對(duì)回轉(zhuǎn)體強(qiáng)度的影響。從而得到最合理的端蓋錐角角度。為球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)方法。

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