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新型圆筒混合机支撑结构的研究

时间:2017-8-16 10:11:00 来源:本网

  烧结球团新型圆筒混合机支撑结构的研究白明华,赵守明(燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心,秦皇岛066004)销齿多点啮合传动新型圆筒混合机,并详细阐述了新型圆筒混合机的结构特征。通过对新型结构三维模型的建立和有限元分析,确定了聚氨酯轮胎布置方案,并进行了受力分析。结果表明,主、从动侧轮胎个数、布置角度和轮胎间距是影响轮胎寿命的三个重要因素,通过优化轮胎布置,使支撑筒体的每个轮胎受力均匀。改进后的轮胎支撑方式能大大改善传统圆筒混合托辊受力不均和振动严重的问题,并提高使用寿命。

  1前言目前,国内烧结厂大多使用金属托辊支撑渐开线大齿轮传动圆筒混合机。由于混合机工作过程中筒体内的物料连续不断地抛落、滚落,使金属托辊承受连续冲击载荷,偏心物料的载荷作用和渐开线齿轮啮合的固有特性,使混合机的振动问题尤为严重。这种混合机的不足主要表现在以下几方面:混合机筒体完全由四个托辊支撑,这要求托辊和滚圈必须保证较高的圆柱度和安装精度,材料要有足够的强度、刚度和耐磨性。

  托辊和滚圈都是硬质材料,它们之间系刚性接触,不具备减振功能,对于混合物料的周期性冲击会产生较大振动,恶化工作情况。

  金属托辊径向对称布置,受偏料作用,基金项目:河北省科技型中小企业技术创新资金项目(12C1303351003)通讯作者:赵守明(1990-),男,硕士研究生,研究方向:冶金设备。

  主、从动侧托辊受力严重不均,导致主动侧托辊先出现点蚀,两侧托辊寿命相差过大,且更换困难,影响工作效率。

  鉴于以上问题,严重影响物料混合及设备使用寿命12.也有些烧结厂使用橡胶轮胎传动,但由于橡胶材料不能传递大扭矩,故不适宜大型化发展0,直径3.2m以上的大型圆筒混合机很少使用这种传动形式4.虽然橡胶轮胎混合机振动小,有利于混合,但橡胶轮胎使用寿命过短,更换频繁,严重影响生产效率。

  2新型圆筒混合机结构分析针对传统圆筒混合机存在的问题,我们在大量研究的基础上,提出了种新型圆筒混合机。它主要由筒体、销齿传动系统、主动侧轮胎组、从动侧轮胎组、挡轮、机架、筒体内部装置等组成,其结构简图见。

  与传统圆筒混合机相比,新型圆筒混合机采用销齿传动方式驱动筒体转动。销齿传动具有结构简单、重量轻、安装拆卸便捷、造价低廉、维修方便等优点,适用于低速、重载、冲击大的大型设备,常应用于粉尘多、润混较差的场合S.销齿和销轮是单独拆卸安装的,若有损坏,可直接更换,不必像齿轮齿损坏全身报废,且更换零件停机时间短。

  筒体由主、从动侧多组聚氨酯轮胎支撑。

  考虑到混合设备正常工作时会产生偏心物料,导致两侧轮胎受力相差较大,因此在轴向上两侧分配不同个数轮胎,且轮胎布置由传统的对称布置(a =yS),改为a、/3角度不同的非对称布置,以使两侧轮胎受力相当;为了使各个轮胎受力均匀,寿命接近,轴向轮胎采用非等距分布。

  聚氨酯(CPU)材料是种性能介于钢和橡胶之间的材料,具有很好的刚度、强度和耐磨性,并且减振效果非常好63,不仅能避免轮胎主动易出现的打滑、易损情况,而且能够承受重载,亦能有效解决渐开线齿轮传动产生的冲击和振动问题。

  3有限元分析16m新型圆筒混合机是消化某厂橡胶轮胎传动圆筒混合机而设计的。依据现有橡胶轮胎传动圆筒混合机的轮胎个数、轮胎布置等参数,通过试错法对多组不同结构轮胎布置进行计算与模拟。

  材料属性定义为线弹性、各向同性且不随温度变化,模型中主要材料参数如表1所示。

  3.2施加载荷支撑部件所受载荷分为筒体不变载荷以及=0.381则线段AB的方程为:由以上两方程,得筒体截面物料厚度公式为:物料所产生的变载荷。对于不变载荷,加方向重力场即可,而内部物料载荷的施加则要相对复杂些。物料对圆筒混合机产生的载荷是一个圆缺形竖直向下的载荷,且沿筒体周边变化,这种载荷需由函数载荷表达9,并要将函数载荷施加到表面效应单元上,将物料载荷简化为一个对称非均布函数载荷,如所示。

  表1主要结构材料参数名称材料泊松比筒体托辊铁芯支撑轮胎物料非均布载荷中,截面上q是自变量z的函数,由于筒体是倾斜安装,其轴线与y轴有夹角,在坐标系O-x'y'z中,若y'变化q也随之变化,故q既是z的函数又是y'的函数。计算时,假设筒体是水平安装,此时q只是z的函数。

  =35°,圆缺形半角a=45°,由几何关系可计算A(Z1,X1)点坐标:=2.22-Z2+0.7Z-1.9将物料重力转化为非均布载荷。如,取微元dzdy,在微元内取一点,以该点的X值为高,则微元的质量为:此微元的载荷为:将空间重力载荷转化为平面载荷,即在zOx面内的载荷为:由于实际工作时,圆筒混合机轴线与水平面之间存在夹角,用直角坐标系的旋转公式进行转化,转化方程为:上,X和Y是新坐标系下的坐标,'和y'是原坐标系的坐标,代入得:上式即是在坐标系O-x'y'z下物料厚度方程,将x'代替X就可以得到在坐标系O-x'y'z下的物料载荷:4模拟结果对两种圆筒混合机施加自身重力载荷和相同物料载荷后,进行静力学分析、求解,得到混合机Mises应力云图如、所示。

  在以上应力云图中,沿托辊/聚氨酯轮胎与筒体接触的轴线方向上,在筒体外侧取整个筒体长度,定义这条接触线为path,每条path上与托辊/聚氨酯轮胎接触部分也就是轮胎所受的应力。分析每条path上的应力云图,得到各个托辊/聚氨酯轮胎上的应力分布曲线。两种圆筒混合机path应力分布如~1所示。5轴向轮胎间距优化由0、1可知,两侧轮胎受力不均。

  为此,我们对上述方案中轴向轮胎间距离进行了优化设计,以使各个轮胎布置合理,受力均匀,寿命接近。轮胎间距优化是多目标优化问题,采用小大值函数Fminimax. 5.1目标函数目标函数描述:任意给定组轮胎的间距布置,即可求出轴向每个轮胎的受力情况,对其比较得到大受力轮胎。给出不同的轮胎布置,便可得出不同的轮胎受力情况。

  假设圆筒混合机一侧轴向有n个支撑轮胎,约定进料端到个轮胎的距离为1.,个轮胎与第二个轮胎之间的距离为,依此类推,如2所示。

  2圆筒混合机轮胎支撑位置示意图每给定组距离1,就可得到对应的组轮胎受力总会找到一组距离值,使这组中受力大的轮胎是所有可能距离值中小的,故其目标函数可以表示为:其中一第i个轮胎与第i+ 1个轮胎间距F(1,)―第;个轮胎的受力(N);max―每组轮胎布置值中大的轮胎受力值(N)。

  5.2设计变量目标函数的设计变量为:5.3约束条件每个轮胎之间的间距需大于轮胎的长度b,并且小于圆筒混合机长度I,即B  6结果分析轮胎间距优化后应力曲线如4、5所示。将其与0、1对比可看出,优化后两侧的应力曲线均比优化前均匀。

  根据托辊支撑方式和优化后轮胎支撑方式的应力曲线,整理托辊/聚氨酯轮胎所受主要应力数据,其结果见表2. 8x16m圆筒混合机两种支撑方式应力表支撑方式-主动侧应力/MPa从动侧应力/MPa大小平均大小平均金属托辊聚氨酯轮胎由表2不难看出,金属托辊支撑方式的主、从动侧平均应力差值为7.56MPa,大应力差值为13.44MPa,托辊受力不均衡,导致各个托辊使用寿命相差较大;优化后的聚氨酯轮胎支撑,主、从动侧平均应力差值为0.085MPa,大应力差值为0.82MPa,各个轮胎受力趋于均衡,相差甚微,故其磨损、寿命也基本相同,且应力(下转第44页)表1三年来更换的易损件序号备件名称规格型号单位数量安装部位密封圈只上下壳体密封圈只出煤啧嘴密封圈只轴头密封圈只轴承室密封圈只密封支架骨架油封只密封支架骨架油封只轴承室同步带条同步轮出煤耐磨套只出煤膨胀节煤排放2.6tC2气体计算,每年便可减排CO2:168x2. 6=436.8t;另外,按照年节电每年节约标准煤74t左右,减排C2约192t.两项合计,每年减排CO25000余t,其他如CO、NOx等有害气体的排放也相应减少,社会效益显著。

  (上接第26页)值远小于其许用应力。

  7结论针对传统圆筒混合机的缺陷,提出了新型支撑结构的圆筒混合机。

  胎布置方案进行模拟分析,结果认为,主、从动侧分别设12个、10个轮胎45°、30°角布置的方案较为合理,并对此方案轴向轮胎间距进行了优化设计。

  根据优轮胎间距进行模拟实验,对比分析两种支撑方式的应力曲线表明,聚氨酯轮胎所受应力远小于金属托辊,且各轮胎受力均衡。

  综上所述,聚氨酯轮胎支撑完全可以应用到大型圆筒混合机上,这种支撑方式不仅能大大提高支撑轮胎的使用寿命,提高生产率,还能解决传统混合机托辊受力不均、振动严重等棘手问题。

  4结论分格转子定量喂煤装置将传统的煤粉定量喂料、计量和锁风功能集成到一台装置中,结构紧凑,占用空间小,减少了基建投资,且具有良好的防爆性,适用于采用气力输送煤粉的定量喂煤。该装置已成功应用于北京首钢国际工程技术有限公司总包的巴西136万t/a球团生产线、重钢集团矿业有限公司接龙铁矿项目球团生产线、通化钢铁集团板石矿业有限责任公司120万t/a球团生产线等工程中,运行稳定,计量精度高,得到了用户认可;此外,还在国内外水泥、有色、石灰窑等行业投入使用,效果良好,亦取得了显著的经济和社会效益2.

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