筒式鋼球磨煤機(jī)（簡稱球磨機(jī)）對(duì)煙煤、無煙煤、褐煤及貧煤均可磨制，特別是對(duì)“三塊”（木塊、石塊、鐵塊）不敏感，這是其它磨煤機(jī)無法比擬的。因此，無論國內(nèi)還是國外，球磨機(jī)至今仍是火電廠制粉系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，也廣泛用于水泥生產(chǎn)、選礦和化工等行業(yè)。近年來，DTM350/600型球磨機(jī)端蓋發(fā)生多起斷裂事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，引起生產(chǎn)廠家、用戶和主管部門的高度重視。為解決端蓋斷裂問題，先對(duì)原端蓋進(jìn)行了有限元分析。根據(jù)分析結(jié)果和建議，生產(chǎn)廠家重新設(shè)計(jì)并為用戶更換了新端蓋。之后，對(duì)新端蓋的靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行有限元分析，并在陡河發(fā)電廠進(jìn)行了動(dòng)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)測定。擬根據(jù)測試結(jié)果，求出滿載時(shí)的最大差值動(dòng)應(yīng)力，并和有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，在此基礎(chǔ)上，對(duì)新端蓋的強(qiáng)度進(jìn)行了分析，以確定其安全系數(shù)，供生產(chǎn)廠家和用戶參考。
1、端蓋動(dòng)應(yīng)力計(jì)算
1.1有限元計(jì)算模型
    將球磨機(jī)視為由端蓋及簡體組成的回轉(zhuǎn)殼體，視端蓋、簡體、襯板及螺旋管（簡稱結(jié)構(gòu)）的重力及磨介重力為重力載荷，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)中因結(jié)構(gòu)及磨介的慣性而產(chǎn)生的載荷視為離心載荷。不計(jì)齒輪傳動(dòng)及軸承的磨擦力，在重力載荷及離心載荷共同作用下產(chǎn)生的應(yīng)力視為端蓋的動(dòng)應(yīng)力。考慮對(duì)稱性，用位于中間位置的橫向?qū)ΨQ面及位于豎直方向的殼體縱向?qū)ΨQ面截取殼體的1/4建立有限元計(jì)算模型，如圖1所示。計(jì)算在586微機(jī)上進(jìn)行，使用Super SAP大型有限元綜合分析軟件。
 
1.2有限元計(jì)算結(jié)果
    取磨介裝填重量分別為0t、20 t、40 t及60 t（滿載），在重力載荷及離心載荷共同作用下分別對(duì)端蓋的動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，4種工況下最大應(yīng)力點(diǎn)均位于軸頸根部（過渡圓角部位）下方，滿載時(shí)最大相當(dāng)應(yīng)力為53.10 MPa。滿載時(shí)與該點(diǎn)處丁同一環(huán)向線上各點(diǎn)的相當(dāng)應(yīng)力值如表1所示（0°為最大應(yīng)力點(diǎn)）。
    由表1可以看出，最小動(dòng)應(yīng)力發(fā)生在67.55°，為3.16 MPa。表1中的應(yīng)力值亦可看作最大應(yīng)力點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)過程中處于不同位置時(shí)的相當(dāng)應(yīng)力值。因此，最大差值動(dòng)應(yīng)力為49.94 MPa(最大動(dòng)應(yīng)力與最小動(dòng)應(yīng)力之差)。
2、端蓋動(dòng)應(yīng)力的現(xiàn)場實(shí)測
    由丁球磨機(jī)工作條件惡劣，用接觸式測定法難于保證精度，采用非接觸式，即遙測法對(duì)端蓋的動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行測量。遙測工作委托原機(jī)械工業(yè)部機(jī)械科學(xué)院遙測室協(xié)助，在陡河電廠7丙磨上進(jìn)行。
    為了測得端蓋的實(shí)際應(yīng)變（應(yīng)力），需要在其不受任何載荷時(shí)貼好應(yīng)變計(jì)，這很難做到。因?yàn)榧词箤⒛ソ槿�部取出，結(jié)構(gòu)的自重仍然存在。由于陡河電廠的大力配合，加上7丙磨正好更換新端蓋，在落罐前（將整個(gè)球磨機(jī)支起）就將應(yīng)變計(jì)貼好，因此測得的數(shù)據(jù)較真實(shí)。
端蓋過渡圓角部位應(yīng)變測定采用電阻應(yīng)變計(jì)，即應(yīng)變花為傳感器。應(yīng)變花由三枚電阻應(yīng)變片組成，如圖2所示。
 
    實(shí)驗(yàn)測定先后進(jìn)行了端蓋的靜應(yīng)變測定和動(dòng)應(yīng)變測定。靜應(yīng)變測定在落罐完成時(shí)進(jìn)行，動(dòng)應(yīng)變測定分別在球磨機(jī)空載試運(yùn)行、半載試運(yùn)行和滿載試運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。
    根據(jù)測得的應(yīng)變值，通過計(jì)算，滿載時(shí)最大差值動(dòng)應(yīng)力為53.32 MPa，與前述按有限元計(jì)算確定的最大差值動(dòng)應(yīng)力相比高6.38 MPa，考慮實(shí)測中，磨介裝填量未能精確測定，計(jì)算值與實(shí)測值可以認(rèn)為吻合程度較好。
3、端蓋安全系數(shù)的確定
3.1  材料的疲勞極限
    根據(jù)計(jì)算和實(shí)測結(jié)果，可以認(rèn)為球磨機(jī)端蓋為在交變應(yīng)力作用下工作的構(gòu)件。考慮由簡體自重（包括襯板）引起的靜應(yīng)力很小(不超過6.24 MPa)，其循環(huán)特性可看作對(duì)稱循環(huán)。根據(jù)JB1406-74，球磨機(jī)進(jìn)出料端蓋材料應(yīng)符合ZG270 - 500(舊牌號(hào)為ZG35)鑄鋼件的規(guī)定，要求端蓋為I級(jí)鑄件，主要力學(xué)性能見表2。
 
4、結(jié)束語
    新設(shè)計(jì)制造的DTM350/600球磨機(jī)端蓋至今安全運(yùn)行（1995年7月投入運(yùn)行）。以每年工作8 000 h計(jì)算，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)己超過5×107（球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為17.6 r/min），即己超過測定疲勞極限的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N。= 107。這表明分析是正確的。若端蓋制造時(shí)符合有關(guān)技術(shù)要求，保證鑄件質(zhì)量和加工精度，新端蓋滿足強(qiáng)度條件。用戶只要按操作規(guī)程運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生斷裂事故。
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