郑州红星重工有限公司

国内对于球磨机筒体的研究大多是将其作为静止设备处理，筒体正常工作状态下的强度分析比较少，对于筒体的动态特性分析和冲击引起的振动的研究更是极少涉足。为了研究筒体在受到任意随时间变化的载荷作用下的动态情况，需要对筒体进行动能学分析，研究筒体在正常工作状态下的应力和应变的动态情况，对大型回转动能设备在机械载荷作用下的动能过程有更加清晰明确的了解。从而提高该设备的设计水平，提高其运行的可靠性。

筒体的结构与参数

本文以某钢厂的球磨机筒体作为研究分析对象。筒体的主要技术参数：筒体直径5m，长度4m，筒体有效半径R＝2.5m。筒体内钢球重量为25t，物料重量为130t，所以筒体内介质总重为155t。

常规的球磨筒体有限元分析方法

按照常规的方法，一般是将筒体的力学模型简化为满载静止、正常工作和启动三种典型工况进行分析计算。本文只探讨正常工作的内容。

正常工作工况下的载荷包括筒体结构重量、随筒体运动的钢球和物料的重力及其产生的离心力以及齿轮传动载荷。根据参考文献，可以计算出直接作用在筒体内壁上的介质的重量、质心坐标以及所产生的离心力。

正常工作时筒体各部分的等效应力分布规律。其中最大应力为85.8MPa，位于中空轴颈上的托圈的地方，但是其余部位如大齿轮、筒体等处的应力都很小。最大位移为1.117mm，出现在大齿轮上，筒体也有较大的位移，相对来说，中空轴颈处位移较小。根据材料的强度极限可以得出，正常工作工况下筒体各部件满足强度、刚度要求。

球磨机筒体分析

前文采用常规思路对球磨机筒体的强度和刚度进行了分析，是一种有效的力学分析方法，为筒体的设计提供重要的依据。随着现代机械设计水平的不断提高，作为大型受冲击设备，设计者在进行强度和刚度校核的基础上，非常关注筒体正常工作状态下的动态和振动情况，因此有必要对其进一步分析。

为了研究筒体在受到任意随时间变化的载荷作用下的情况，从理论上求出筒体正常运转时所产生的动态载荷仍然比较困难。筒体内的介质主要有三种运动状态：泄落状态、抛落状态和离心状态，其中抛落状态是介质的主要工作状态。为了更加真实的反映筒体正常工作状态下受冲击载荷情况下的动态响应情况，取筒体受冲击的区域作为分析对象。

由于筒体是回转体，并且在轴向各个不同的垂直断面上，物料的运动状况完全相似，所以对于筒体上的任一点，其所受到的时间历程载荷都是相同的。为了表达筒体受到的冲击载荷情况，取筒体的某一段作为分析对象，对于其中所有的节点施加时间历程载荷，并且由于所对应的纵向节点组先进入冲击区域，其后的节点组依次进入，所对应的纵向节点组最后进入冲击区域，所以在施加时间历程载荷时，后面的节点组载荷发生作用时间依次延后，具体延后的时间根据节点的划分情况和筒体转速经计算为0.044s，这就科学的模拟了筒体实际所受到的动态冲击载荷。因此，筒体所受的载荷就是动态冲击载荷与筒体自重、作圆周运动的介质的重力和离心力及齿轮传动载荷的组合。

为了更加真实的反映球磨机正常工作状态下受冲击载荷情况下的动态情况，取筒体受冲击的区域作为分析对象。动能学分析全面反映了筒体正常工作过程中筒体各个区域的等效应力和位移情况，因而对筒体受冲击过程中的整体情况有了全面的了解。通过分析的结果与静态分析的数值比较，对设备的强度和刚度分析做了较好的验证。

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