國內(nèi)外球磨機(jī)工作強(qiáng)度的研究現(xiàn)狀

盡管球磨機(jī)在各個(gè)工業(yè)部門中已得到了廣泛的應(yīng)用，但對球磨機(jī)強(qiáng)度的研究卻并不成熟。在計(jì)算球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)，目前常用的兩種方法為：材料力學(xué)的方法和有限單元法。

傳統(tǒng)的研究方法是采用類比或憑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的方法將球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體簡化為簡支梁結(jié)構(gòu)，運(yùn)用材料力學(xué)的知識來計(jì)算其最大應(yīng)力值。經(jīng)簡化，球磨機(jī)的回轉(zhuǎn)體所受載荷主要包括彎曲力矩、扭轉(zhuǎn)力矩和切向力，這些載荷由整體結(jié)構(gòu)的重力和大齒圈傳遞的驅(qū)動(dòng)力矩共同作用產(chǎn)生。由于上述的扭轉(zhuǎn)力矩和切向力所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形很小，對回轉(zhuǎn)體應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果影響不大，故在實(shí)際計(jì)算中只需求得最大彎曲應(yīng)力即可。

在計(jì)算球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的彎曲應(yīng)力時(shí)，考慮到它反復(fù)循環(huán)的變化特性，應(yīng)選取回轉(zhuǎn)體材料的疲勞極限。由于球磨機(jī)筒體上存在觀察孔和螺栓孔等會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)，故可以選取安全系數(shù)為3.5一4.0。

顯然，這種傳統(tǒng)的應(yīng)力計(jì)算方法非常粗糙。原因是:

(1)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體的直徑與長度比大于1/5，并不符合簡支梁的簡化標(biāo)準(zhǔn)；

(2)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)體中空，其應(yīng)力變化十分復(fù)雜，不適于應(yīng)用實(shí)心簡支梁的計(jì)算公式；

(3)球磨機(jī)筒體上開有觀察孔，其周圍應(yīng)力分布較為復(fù)雜，傳統(tǒng)方法無法精確計(jì)算這部分應(yīng)力值。

此外，當(dāng)球磨機(jī)正常工作時(shí)，鋼球和物料隨筒體上升到一定高度后拋落，對筒體產(chǎn)生沖擊。一方面，由于球磨機(jī)正是利用這種沖擊力來破碎物料的，所以沖擊力越大球磨機(jī)的粉碎效率越高；另一方面，這種沖擊力對筒體和襯板產(chǎn)生沖擊，會造成筒體的破壞，應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)。

工程上，由于記錄技術(shù)的限制，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)球磨機(jī)中直接測量鋼球沖擊應(yīng)力十分困難。目前，國內(nèi)外的研究人員也嘗試使用離散單元法來解決此問題，但工程應(yīng)用條件還不成熟。由于傳統(tǒng)的應(yīng)力計(jì)算方法并不能滿足實(shí)際工程的需要，所以人們開始將有限單元法應(yīng)用十球磨機(jī)筒體的應(yīng)力計(jì)算中。

有限單元法(finiteelementmethod)是綜合現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)理論、計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的最新知識發(fā)展起來的一種新興技術(shù)。這個(gè)方法起源于20世紀(jì)50年代中期航空工程中飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析。由于劃分后的單元結(jié)構(gòu)簡單，各節(jié)點(diǎn)力之間的方程式可以很容易的通過平衡關(guān)系或能量關(guān)系建立起來。最后，為了形成總體代數(shù)方程組，將所有的單元方程組合在一起并引入邊界條件，求解此方程組即可得到原問題的解。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展和有限元方法理論基礎(chǔ)的不斷完善，技術(shù)人員開發(fā)了一大批具有實(shí)用性的紅星有限元軟件，如ANSYS、ADINA、ABAQus、MSc等。這些軟件多具有強(qiáng)大的后處理功能使得計(jì)算結(jié)果可視化，可以直接觀察變形、位移和各種相關(guān)應(yīng)力的分析結(jié)果圖。而且軟件中的參數(shù)化建模功能，可以很方便地修改己建立模型的局部結(jié)構(gòu)，使其逐步完善，避免了大量無意義的重復(fù)性工作。所以廣大的工程技術(shù)人員越來越傾向于使用這種方法來分析計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變情況。

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