摘要：球磨機(jī)轉(zhuǎn)子是分瓣結(jié)構(gòu)，在用戶現(xiàn)場(chǎng)與球磨滾筒進(jìn)行連接，需要分瓣進(jìn)行臥式安裝，轉(zhuǎn)子的吊運(yùn)存在困難，需設(shè)計(jì)出合適的吊具來(lái)吊運(yùn)分瓣轉(zhuǎn)子，吊裝時(shí)的安全尤為重要，因此吊具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)性能的優(yōu)化成為關(guān)鍵，本文在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，利用Solidworks和Ansys分別對(duì)吊具進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和有限元分析，根據(jù)分析的情況，優(yōu)化吊具的結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)了吊具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，滿足了吊運(yùn)的安全要求。

關(guān)鍵詞：分瓣轉(zhuǎn)子? 吊具? 結(jié)構(gòu)優(yōu)化? 有限元分析

前言：

云南錫業(yè)公司磨機(jī)改造項(xiàng)目，需更換電機(jī)，但磨機(jī)的滾筒不能拆卸（滾筒相當(dāng)于常規(guī)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸），因此，電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子需設(shè)計(jì)成分瓣結(jié)構(gòu)，才能保證轉(zhuǎn)子安裝到滾筒上，其中上下部分定子都設(shè)計(jì)有吊耳，能滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝吊運(yùn)要求，轉(zhuǎn)子是永磁結(jié)構(gòu)，整個(gè)轉(zhuǎn)子由三瓣組成，不能直接用吊索吊運(yùn)轉(zhuǎn)子，需設(shè)計(jì)專(zhuān)用吊具來(lái)吊運(yùn)分瓣轉(zhuǎn)子，而且需吊運(yùn)分瓣轉(zhuǎn)子成臥狀態(tài)（轉(zhuǎn)子軸線水平），才能保證轉(zhuǎn)子順利安裝到滾筒上。

1.吊具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

分瓣轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，整個(gè)轉(zhuǎn)子由三瓣組成。為保證電機(jī)轉(zhuǎn)子安全、順利的安裝到滾筒上，需設(shè)計(jì)一副能吊運(yùn)轉(zhuǎn)子水平的專(zhuān)用吊具，在吊具設(shè)計(jì)過(guò)程中還需對(duì)吊具的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行分析，在滿足起吊安全需要的同時(shí)，也要減輕吊具自身的重量，便于操作。

根據(jù)安裝的需要，結(jié)合分瓣轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，吊具的起吊位置必須在分瓣轉(zhuǎn)子的外側(cè)，而且吊點(diǎn)需設(shè)計(jì)在重心線上，才能保證分瓣轉(zhuǎn)子水平。所以將吊具設(shè)計(jì)成C型結(jié)構(gòu)，吊具結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2所示，本吊具的額定載荷按分瓣轉(zhuǎn)子的重量進(jìn)行設(shè)計(jì)，吊具上部設(shè)計(jì)有3個(gè)吊耳孔，圖示右邊的吊耳孔是用于吊具自身吊運(yùn)用，保證吊具自身水平，便于安裝到分瓣轉(zhuǎn)子上;中間的吊耳孔是用于吊運(yùn)轉(zhuǎn)子用，吊耳孔的位置設(shè)計(jì)在分瓣轉(zhuǎn)子和吊具的綜合質(zhì)心線上，可保證將分瓣轉(zhuǎn)子吊運(yùn)水平;考慮電機(jī)轉(zhuǎn)子和吊具的制造誤差，左邊設(shè)計(jì)了一個(gè)吊耳，主吊耳孔左右兩邊都有吊耳孔，根據(jù)實(shí)際吊運(yùn)的需要，選擇一個(gè)用于吊運(yùn)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子水平，吊運(yùn)分瓣轉(zhuǎn)子的示意圖見(jiàn)圖3。因轉(zhuǎn)子是永磁結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的磁性能，在C型吊具內(nèi)側(cè)安裝有兩塊不銹鋼板，用于隔磁，便于吊具的安裝和拆卸。

2.參數(shù)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行吊具設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照?qǐng)D4的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，吊具方案確定后，結(jié)合分瓣轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝要求，確定吊具的安裝尺寸，利用材料力學(xué)知識(shí)初估結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算吊具的強(qiáng)度，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整尺寸，使得吊具滿足強(qiáng)度要求，從而確定基本尺寸;再利用SolidWorks建立吊具的三維模型，并倒入ANSYS Workbench進(jìn)行有限元分析，若分析的強(qiáng)度、剛度不滿足要求，則修改吊具尺寸;若分析結(jié)果滿足要求，則確定各零部件具體尺寸，完成整個(gè)吊具的設(shè)計(jì)。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)吊具與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，能更優(yōu)化吊具的結(jié)構(gòu)，避免不必要的浪費(fèi)，而且可減少設(shè)計(jì)周期，提高效率。

3. ANSYS Workbench有限元分析

ANSYS Workbench是ANSYS公司提出的一種新的仿真環(huán)境。采用SolidWorks建立吊具模型，再導(dǎo)入到ANSYS Workbench中，對(duì)吊具進(jìn)行強(qiáng)度、剛度的分析。

3.1吊具參數(shù)

3.1.1吊具材料參數(shù)

吊具的材料為 Q355，在常溫下的屈服極限為355MPa，彈性模量為2.1XPa，泊松比取0.3，密度為7800kg/。

3.1.2吊具起吊工況

吊具按3t的載荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，按吊具和被吊工件的綜合質(zhì)心在吊具中間的吊耳孔的中心線上，即一個(gè)吊點(diǎn)起吊。

3.2吊具有限元網(wǎng)格劃分

吊具主要由鋼板焊接而成，選擇吊具主結(jié)構(gòu)劃分粗網(wǎng)格，在焊縫連接處進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化處理，吊具共劃分了4576個(gè)單元，2134個(gè)節(jié)點(diǎn)，劃分有限元網(wǎng)格后的模型如圖5所示。

3.3吊具分析結(jié)果

靜力分析是工程設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用的一種分析手段，它主要是計(jì)算固定的載荷在結(jié)構(gòu)上所引起的應(yīng)力和應(yīng)變等。對(duì)吊具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，主要是計(jì)算分析其結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度和靜剛度。

從圖6可以看出吊具的最大應(yīng)力值為143.8MPa，大于需用應(yīng)力值，不能滿足要求，需對(duì)吊具進(jìn)行優(yōu)化。將吊具兩側(cè)的板厚度由20mm改為了25mm。

優(yōu)化后重新進(jìn)行應(yīng)力分析，分析結(jié)果如圖7和圖8所示，從圖7吊具應(yīng)力云圖可以得到吊具的最大應(yīng)力為114.6MPa，最大應(yīng)力值小于許用應(yīng)力。從圖8吊具變形云圖，可以得到吊具的最大變形為1.06mm。根據(jù)分析，吊具的強(qiáng)度和剛度符合設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)論

該吊具解決了沒(méi)有合適吊點(diǎn)的分瓣轉(zhuǎn)子的吊運(yùn)問(wèn)題，操作方便。而且通過(guò)SolidWorks和ANSYS軟件并結(jié)合吊具實(shí)際使用工況，對(duì)吊具結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，得出吊具在靜態(tài)下的應(yīng)力云圖和變形云圖，為吊具的安全性提供了依據(jù)。防止分瓣轉(zhuǎn)子吊運(yùn)和安裝過(guò)程中安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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【3】尹成湖? ? ?材料力學(xué)? 北京工業(yè)出版社

【4】張朝暉? ? ? ANSYS工程應(yīng)用范例入門(mén)與提高? ? 清華大學(xué)出版社

作者簡(jiǎn)介：賀昭榮（1982-），男，湖南常寧人，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師，主要從事電機(jī)產(chǎn)品工藝研究和吊索具設(shè)計(jì)工作。