基于Pro/E的140t/h高壓輥磨機(jī)組件的有限元分析及運動學(xué)仿真

　　為滿足砂場河卵石直接破碎粒度小于0.005 m 且每小時產(chǎn)量為140 t/h 的要求，在對輥磨機(jī)結(jié)構(gòu)原理的分析基礎(chǔ)上，確定了高壓輥磨機(jī)組件設(shè)計所需的運動參數(shù)，并以Pro/E 軟件為建模仿真工具，針對高壓輥磨機(jī)主要組件機(jī)架及磨輥進(jìn)行建模和有限元分析，對滿足要求的分析結(jié)果進(jìn)行運動學(xué)仿真。

　　高壓輥磨機(jī)是新一代水泥工業(yè)專用粉末設(shè)備，與傳統(tǒng)的粉磨機(jī)相比具有能耗低、高產(chǎn)量等特點。砂場使用的主軸沖擊式破碎機(jī)對進(jìn)料為0.03 m 左右、抗壓強(qiáng)度為250 MPa 的河卵石進(jìn)行修整加工，產(chǎn)量為250 t/h。由于其粒度不能達(dá)到市場急需的小于0.005 m 的要求，現(xiàn)需設(shè)計一種能將粒度為0.03 m 的河卵石直接破碎為粒度小于0.005 m 的高壓輥磨機(jī)，且每小時產(chǎn)量為140 t/h 的輥壓機(jī)。

　　Pro/E 是一款兼具三維建模、有限元分析及運動仿真的三維設(shè)計軟件，綜合考慮各種三維設(shè)計軟件的設(shè)計效率及結(jié)果精確度，本文采用Pro/E 作為本文設(shè)計分析軟件，通過Pro/E將高壓輥磨機(jī)的三維模型繪制出來，再通過有限元分析模塊對高壓輥磨機(jī)的重要組件如機(jī)架、輥系實施仿真優(yōu)化設(shè)計。通過對試機(jī)數(shù)據(jù)的收集分析并將此數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對比分析，最終確認(rèn)高壓輥磨機(jī)的設(shè)計方案的合理性。

1、基本原理

　　如圖 1 所示，兩個壓輥由傳動軸帶動，滑動滾兩端軸承座與油缸相連，在壓力作用下使軸承座在機(jī)座上平行移動，從而實現(xiàn)加工物料作用。與常用的磨機(jī)工作原理不同之處在于：進(jìn)入輥磨機(jī)的物料是通過擠壓達(dá)到理想粒度的，而不是直接由輥子上的柱釘來擠壓。這些柱釘安裝在相向旋轉(zhuǎn)的輥子上，輥子之間的壓力可高達(dá)300 MPa(這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于進(jìn)料的強(qiáng)度)。高壓輥磨機(jī)的通過量取決于輥子將進(jìn)料拉入壓縮區(qū)的能力、進(jìn)料的特性和機(jī)器的自身條件。要提高輥面的耐磨程度可在輥面焊接耐磨損的材料或在輥面安裝高出輥面數(shù)毫米的硬質(zhì)柱釘。單個物料的破碎是點接觸，這樣的破碎形式會極大加速輥面的磨損，降低輥面使用壽命，因此高壓輥磨機(jī)致力于大量物料在壓縮區(qū)得到高壓力的研磨。高壓輥磨機(jī)連續(xù)的高壓力研磨不僅作用于進(jìn)料中大塊的物料，還作用于進(jìn)料當(dāng)中的小塊物料，就連大塊物料在高壓力作用下擠壓生成的小塊物料也會被高壓輥磨機(jī)再次擠壓研磨。這使得實際中進(jìn)料中會有高達(dá)70%的粒度大于輥縫間隙的物料能成功研磨。

圖1  高壓輥磨機(jī)基本原理圖

6、結(jié)論

　　本文針對砂場滿足出料粒度為0.005 m，產(chǎn)量為140 t/h 高壓輥磨機(jī)的主要部件機(jī)架和磨輥進(jìn)行設(shè)計及有限元分析，并對此進(jìn)行了仿真。通過理論分析為實際制造提供參考依據(jù)。盡管應(yīng)用Pro/E 在設(shè)計高壓輥磨機(jī)的過程中取得了一定的效果，但在整個過程中還存在一定的不足，以下是對未來的工作提出的幾點建議和展望：

　　(1)進(jìn)一步利用其它更專業(yè)的分析軟件對高壓輥磨機(jī)重要組件進(jìn)行有限元分析，還可進(jìn)一步對輥子與軸承的接觸受力和磨損分析等，并對比不同軟件的分析結(jié)果，取最優(yōu)設(shè)計數(shù)值。

　　(2)開發(fā)一個集三維建模及快速有限元分析于一體的軟件，或者是將Pro/E 的優(yōu)勢與Ansys 等專業(yè)有限元分析軟件的優(yōu)勢集合在一起的仿真系統(tǒng)，以便快速對高壓輥磨機(jī)仿真分析，以提高設(shè)計效率和可靠性。