輥壓機輥軸的三維幾何模型

輥壓機輥軸的三維幾何模型

1縱壓機的縱軸元分析1.1輥壓機的工作原理輥壓機也稱為輥壓機，它適用于中度硬度的材料，如石材、爐渣、焦耳、煤炭等。廣泛應(yīng)用于水泥行業(yè)。輥壓機是根據(jù)料床粉磨的原理設(shè)計的,兩個輥子作慢速的相對運動,一個輥子固定,另一個輥子可以沿水平方向滑動。物料由輥壓機上部連續(xù)地喂入并通過雙輥間隙,給活動輥一定的作用力,物料擠壓成較密的扁平狀料片。1.2輥軸模型的構(gòu)建在Pro/E軟件中建立輥軸的三維幾何模型。1.3輥軸總模型的建立所有單元均采用計算精度高和收斂性好的六面體和五面體單元。網(wǎng)格劃分完畢后,整個輥軸總模型共有225830個Solid45單元和226934個節(jié)點。輥軸的ANSYS有限元模型如圖1所示。1.4為邊界條件和負荷建立條件1.4.1輥軸傳動等效總扭矩t輥軸的材料為40Cr,其彈性模量為2.11×105MPa,泊松比為0.3,材料密度為7.85×103kg/m3。這里取輥子的最大投影壓力為7500kN/m2,由輥子投影壓力Pr的計算公式:Pr=F/BD式中:Pr為投影壓力,kN/m2;F為輥壓機的總壓力,kN;B為輥壓機輥寬,m;D為輥壓機直徑,m。則輥壓機總壓力:F=Pr·BD=7500×1×1.6=12000(kN)。輥壓機輥軸的最大輥壓力為12000kN;電機的功率為1000kW,出軸功率為P=800kW,減速機速比為i=80,輥軸的線速度為1.55m/s,則輥軸的轉(zhuǎn)速為:n=ω2π=2ν×602πD=2×1.55×602×3.14×1.6=18.5(r/min)n=ω2π=2ν×602πD=2×1.55×602×3.14×1.6=18.5(r/min)軸的總扭矩為:T0=9550×Pn=9550×8018.5=412972.97(N?m)Τ0=9550×Ρn=9550×8018.5=412972.97(Ν?m)式中:P為出軸功率,kW;n為輥軸轉(zhuǎn)速,r/min;ν為輥軸的線速度,m/s;D為輥子直徑,m;To為輥軸總扭矩,N·m。電機輸出軸轉(zhuǎn)速為:ω=n×i=18.5×80=1480(r/min)由于輥壓機輥軸傳動是一個動態(tài)載荷過程,這里T0乘以一個動態(tài)載荷系數(shù)k=1.2,則輥軸的等效總扭矩為:T=T0×k=412972.97×1.2=495567.56(N·m)在輥軸輥壓區(qū)域上,因物料與輥面有相對運動和正壓力,因此在這個區(qū)域上會產(chǎn)生與運動方向相反的摩擦力,總摩擦力f總產(chǎn)生的力矩Tf用于平衡輥軸的傳動扭矩T,輥壓區(qū)域的直徑D=1.6m,即Tf=12fΤf=12f總D=T,則f總=2TD=2×495567.561.6=619459.45(N)=2ΤD=2×495567.561.6=619459.45(Ν)。有限元模型中輥壓區(qū)域總共279個節(jié)點,分布在每個節(jié)點上的摩擦力f為:f=f總/279=619459.45/279=2220.28(N)1.4.2加載加載(1)雙軸承載力模型輥壓機的輥軸是由兩端的軸承支撐的,在這里兩個軸承支撐形式簡化為簡支梁模型,一端固定,一端簡支,即左端施加徑向和周向約束,右端全約束,以便于對輥軸進行力學分析。(2)輥壓機的加載輥軸所受載荷主要集中在輥壓面上,輥壓面上所受的力包括輥壓力和由于物料與輥面有相對運動產(chǎn)生的摩擦力,另外還包括電機通過萬向聯(lián)軸器傳遞給輥軸的轉(zhuǎn)矩,輥軸自身的重力及旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,由于輥軸自身重力相對輥壓力可忽略不計,而且輥軸的轉(zhuǎn)速很低,因此輥軸自身的重力及旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力對分析結(jié)果影響較小,故本次分析中對其沒有作考慮。①加載輥壓力輥壓機輥軸的最大輥壓力為12000kN,以最大輥壓力進行加載,輥壓力無偏載現(xiàn)象,即均勻加載。輥壓力的加載范圍為輥軸表面堆焊處-2°～6°,為了分析的準確性,將此處的單元等分為8份,加載處單列有9個節(jié)點,共有31列。因此,作用在每個節(jié)點上的輥壓力為:F0=12000×10009×31=43010.75(N)F0=12000×10009×31=43010.75(Ν)②載傳動扭矩電機通過萬向聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)矩傳遞給輥軸,從而帶動輥軸實現(xiàn)自轉(zhuǎn)。由前一節(jié)可知總傳動扭矩大小為495567.56N·m。③輥壓摩擦力在輥軸輥壓區(qū)域上,由于物料與輥面有相對運動和正壓力,因此在這個區(qū)域上會產(chǎn)生與運動方向相反的摩擦力,由上一節(jié)的計算可得每個節(jié)點上的摩擦力為2220.28N。2結(jié)果分析輥軸的位移云圖如圖2所示,輥軸的等效應(yīng)力云圖如圖3所示。3磨輥表面壓力(1)分析了在物料作用下輥壓機的數(shù)學模型,以石灰石為例,計算得到了磨輥表面壓力分布的方向和大小。由于物料直接作用在磨輥表面,因此磨輥表面壓力是對擠壓輥進