提高带式烧结机星轮承载能力的方法及仿真研究

《提高带式烧结机星轮承载能力的方法及仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第34卷第1期烧结球团2009年2月SinteringandPelletizing1设提高带式烧结机星轮承载计与能力的方法及仿真研究研究白明华李洪涛李建松(燕山大学)摘要通过对带式烧结机星轮承载能力的研究分析,揭示了星轮表面产生塑性变形、飞边的原因;提出了提高星轮表面承载能力的方法,包括辊轮空心、斜面星轮齿面、降低齿面摩擦等方法,并对辊轮空心以及斜面星轮齿面进行了非线性有限元分析,证明了其在提高星轮齿面承载能力方面的有效性。关键词带式烧结机星轮承载能力有限元分析塑性变形作用力F与参数γ的关系式:1前言22(1-v)γ=F(2)带式烧结机是采用星轮旋转推

2、动台车辊轮lEπr式中:l———星轮齿面厚度,mm;的方式实现运动。烧结机常在低速重载,多粉晨等恶劣环境下工作,其驱动系统精度较低,运F———星轮齿面与辊轮之间的法向压力,行过程中产生冲击振动,粉尘及矿粉引起的摩N;擦增大等因素都会使带式烧结机星轮与台车辊r———辊轮的曲率半径,mm。将式(2)带入式(1)中,得到齿面最大应力轮接触的应力增大,在齿面上产生磨损、塑性变形以及飞边等损伤,导致带式烧结机核心部件公式:2星轮的提前报废,给企业带来巨大损失。因此,E2(1-v)Eσmax=2F+2研究提高带式烧结机星轮表面承载能力的方法2(1-v)lEπr2(

3、1-v)3532(1-v2)2(1-v2)具有极大的实用价值和经济价值。F+oF16lEπrlEπr2辊轮结构改造与有限元分析(3)由于最大应力公式需要通过迭代运算,可211理论分析以将其简化。因除第一项之外的其他项运算结星轮齿面和辊轮之间为线接触方式。由于果的数量级均比较小,故将式(3)简化为:星轮齿面的曲率半径远大于辊轮的曲率半径,故可将星轮齿面简化为平板。σEF(4)max=22π(1-v)lr根据Gladwell的线接触理论,对圆柱与板接触面的最大剪应力为:接触模型进行分析,可以得到最大应力与参数γτmax=013σmax(5)[1]的关系式:

4、212辊轮空心法原理EE33σmax=2γ+216γ+空心法最早来自于空心圆柱滚子轴承。前2(1-v)2(1-v)o(γ5)(1)苏联曾将此种轴承用于铁路机车车辆上,利用式中:E———弹性模量,MPa;空心滚子变形,增大滚子在滚道上的接触面积,[2]v———泊松比。提高轴承承载能力。根据赫兹理论,带式烧结机星轮与台车辊收稿日期:2008-11-18联系人:白明华(066004)轮接触时,星轮及辊轮表面会发生变形,产生近河北秦皇岛燕山大学机械工程学院似椭圆的接触面。该接触面积大小决定了星轮2烧结球团第34卷第1期表面的接触应力。空心辊轮与实心辊轮相比,在

5、同样的外界条件下变形量大于实心辊轮,因此产生的接触面积要比实心辊轮与星轮齿面接触面积大,接触面产生的接触应力则较小,从而降低了星轮表面金属流动的可能以及产生飞边的危险。213辊轮与星轮齿面接触有限元分析在带式烧结机台车平稳运行,没有一端先接触的情况下,对模型进行无摩擦非线性有限图2星轮齿面接触切应力曲线元分析。由于星轮对称布置,因此利用对称原理,简化模型如图1所示。图3星轮齿面接触切应力渐势线曲线图1星轮齿面与辊轮接触由图2、图3可以看出,在相同的边界条件表1有限元分析参数下,采用空心辊轮比采用实心辊轮星轮齿面接名称数据单位触区的剪应力明显减小,其他区

6、域渐势线趋势星轮齿宽100mm基本相同。由有限元分析得出,采用空心辊轮台车体总压力60000N时,星轮表面接触区的最大切应力为112135辊轮曲率半径85mm空心辊轮内半径60mmMPa;而采用实心辊轮时,星轮表面接触区的最除台车体外其他零件材料弹性模量211e+5MPa大切应力为119172MPa,较用空心辊轮时高出所有零件材料泊松比013-616%。由此看出,辊轮空心法可以明显降低星横梁材料弹性模量110e+6MPa轮表面危险接触区的切应力,有效防止星轮表根据表1的参数和图1所示模型,建立边界面金属塑性流动。条件,划分网格,进行非线性有限元分析。接

7、触由式(4),根据表1计算得出,星轮表面最区的空心辊轮与实心辊轮的切应力对比,如图2大接触应力σmax为360104MPa。由式(5)得出,所示。根据图2,得到两条曲线的渐势线,如图3星轮表面最大切应力τmax为108MPa,与仿真结所示。果基本吻合。表2无摩擦线接触应力最大值(MPa)辊轮变形引起接触面积变大,提高了星轮应力空心辊轮接触实心辊轮接触表面的承载能力。但是,随着辊轮空心量的上最大Mises应力197159211142最大切应力112135119172升,辊轮本身的承载能力急剧下降。根据大量最大法向应力501418491778的有限元分析,

8、60%空心度的辊轮承载能力比最大主应力541966531978相同尺寸的实心辊轮减小1/2;相