CC BY
20
УДК 621.926.323
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВАЛКА ВАЛКОВЫХ
ДРОБИЛОК НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА УСЛОВИЙ НАГРУЖЕНИЯ Власенко Дмитрий Алексеевич, к.т.н., старший преподаватель Донбасский государственный технический университет, г.Алчевск, ЛНР
(e-mail: [email protected])
Красовский Сергей Александрович, преподаватель высшей категории Индустриальный техникум Донбасского государственного технического
университета, г.Алчевск, ЛНР (e-mail: [email protected])
В данной научной статье приводится конечно-элементная модель определения напряженно-деформированного состояния вала валка четырех-валковой дробилки при измельчении твердого топлива в среде SolidWorks Simulation с целью определения и рекомендации его рациональных геометрических параметров для увеличения срока эксплуатации рабочего органа и снижения металлоемкости рабочего органа.
Ключевые слова: четырехвалковая дробилка, рабочий валок, вал, условия нагружения, напряженно-деформированное состояние.
Процесс агломерации железорудного сырья может быть высокопроизводительным и производство высококачественного агломерата возможно только при обеспечении соответствующей фракционной подготовки компонентов шихты к спеканию. На процесс спекания существенное влияние оказывает класс крупности топлива 0-0,5 мм. Известно, что сжигание топлива, не содержащего мелкодисперсной фракции, обеспечивает более высокую температуру в агломерационном слое, позволяет увеличить выход годного продукта, повысить удельную производительность агломашин, в том числе за счет увеличения скорости спекания, обусловленного удалением мелочи из топлива [1].
Поступающие на агломерационные фабрики каменные угли не удовлетворяют требованиям агломерационного процесса по фракционному составу — их требуется измельчать.
Для фракционной подготовки в агломерационном производстве при измельчении твердого топлива наибольшее применение получили четырех-валковые дробилки ДЧГ 960*700, с достаточно высокой степенью эффективности обеспечивающие технологический процесс дробления и измельчения шихтовых материалов для обеспечения требований агломерационного производства [2]. Однако в процессе эксплуатации данный тип дробильных машин характеризуется рядом недостатков, в том числе: повышенный износ бандажей, ограниченный фракционный состав исходного сырья, переизмельчение материала при проскальзывании кусков по рабочей поверхности валков [3].
С целью повышения эффективности процессов дробления и измельчения, технологических и технико-экономических характеристик валковых дробилок проводятся многочисленные научно-исследовательские работы по обоснованию модернизации основных рабочих органов дробильных машин, используются инновационные материалы и методы упрочнения поверхностей основных рабочих органов.
Целью данной работы является определение напряженно-деформированного состояния вала валка с использованием конечно-элементного метода в среде SolidWorks Simulation с целью обоснования его рациональных конструктивных параметров для увеличения срока эксплуатации за счет увеличения рабочей толщины бандажа.
Для определения величины среднего суммарного усилия между валками в процессе измельчения твердого топлива с определенными прочностными характеристиками, задаваемого при анализе напряжений, возникающих в сечениях вала, использовался метод [2].
Рср 1 = <сж (1)
где <сж — предел прочности измельчаемого материала при сжатии [3];
F — площадь контакта материала с поверхностью бандажа, на которой действует усилие; ^ — коэффициент разрыхления измельчаемого материала [2]; ^ — коэффициент, учитывающий одновременность раскалывания дробимого материала [2].
Для валка с гладкой поверхностью бандажа площадь, на которой действует среднее суммарное усилие, определяется по зависимости [2]:
Fi = Lli, (2)
где L — длина рабочей поверхности бандажа валка; l1 — длина дуги на участке измельчения:
li = R 6ai, (3)
R a
где б — рабочий радиус валка; 1 — угол дуги на участке измельчения
материала — угол захвата материала [2].
Трехмерная модель типового вала приводного валка четырехвалковой
дробилки ДЧГ 960^700 [4] в масштабе 1:1 экспортирована в среду
SolidWorks Simulation [5] с учетом закреплений, приложенной суммарной
силы (1) и крутящего момента от двигателя для условий процесса измель-
_1 А А
чения кокса сухого тушения с пределом прочности на сжатие <сж = МПа. Результаты определения напряженно-деформированного состояния вала представлены на рисунках 1 и 2.
von Mises (NMimA2 (МРа))
Рис. 1 Напряженно-деформированное состояние приводного вала в среде
SolidWorks Simulation
SolidWorks Simulation
В процессе анализа напряженно-деформированного состояния приводного вала четырехвалковой дробилки выяснилось, что наибольшие напря-
жения возникают в переходных галтелях шеек вала и шеек под подшипники — напряжения в них достигают 38,5 МПа, а основные рабочие участки вала (шейка вала под посадку ступицы бандажа, эластичной муфты и шкива под клиноременную передачу, передающую крутящий момент на верхний неприводной валок) с предварительно заложенным коэффициентом запаса прочности существенно недогружены — напряжения в них не превышают 10 МПа.
По результатам исследования напряженно-деформированного состояния в размерные характеристики валка внесены следующие конструктивные изменения: увеличены радиусы скругления отдельных галтелей, уменьшены диаметры шеек вала под посадку ступицы, буртов для опоры ступицы и выходного конца под шкив клиноременной передачи.
Данная модернизация валка позволяет повысить прочностные характеристики вала путем более равномерного распределения напряжений, а также снизить металлоемкость вала без снижения показателей его работоспособности.
Для прочностной проверки вала с предложенными изменениями проведен анализ напряженно-деформированного состояния усовершенствованного вала валка при тех же условиях его нагружения в среде SolidWorks Simulation (рис. 3, 4).
Рис. 3 Напряженно-деформированное состояние усовершенствованного приводного вала в среде SolidWorks Simulation
приводного вала в среде SolidWorks Simulation
В результате усовершенствования вала максимальные напряжения в галтелях уменьшились на 17 %, а металлоемкость уменьшилась на 23 %, при этом уменьшение диаметра шейки под ступицу бандажа позволило увеличить толщину бандажа на 25 мм (рис. 5).
а) б)
Рис. 5 Схематическая трехмерная модель валка со ступицей и бандажом
четырехвалковой дробилки: а - до модернизации, б - после модернизации
Таким образом, модернизация вала позволит увеличить срок эксплуатации валка до замены бандажа на 28 % и снизить затраты на техническое обслуживание дробилки в целом. При этом деформация вала в зоне установки бандажа в процессе его нагружения (рис. 2, 4), от которой зависит рабочий зазор между валками, не оказывает существенного влияния на помол материала с требуемыми фракционными параметрами, обусловленными агломерационным производством.
Так, усовершенствование вала валка четырехвалковой дробилки ДЧГ 960^700 позволит повысить технико-экономические показатели данной измельчительной машины при фракционной подготовке твердого топлива в условиях агломерационного производства. Список литературы
1. Коротич, В. И. Агломерация рудных материалов / В. И. Коротич, Ю. А. Фролов, Т. Н Бездежский — Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. — 400 с.
2. Борщев, В. Я. Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы / В. Я Борщев. — Тамбов: издательство ТГТУ, 2004. — 75 с.
3. Власенко, Д. А. Комплексный анализ особенностей эксплуатации дробильно-измельчительного оборудования в агломерационном производстве / Д. А. Власенко // Инновационные перспективы Донбасса. Инновационные технологии проектирования, изготовления и эксплуатации промышленных машин и агрегатов, Донецк, 21-23 мая 2019 года. — Донецк: ДонНТУ, 2019. — Т. 3 — С. 150-154.
4. ПТИМ 229-ОА-030-7-2018. Техническое обслуживание и ремонт дробильного оборудования участка шихтоподготовки агломерационного цеха. — Введ. 2018-29-01. — Алчевск: ЗАО «ВНЕШТОРГСЕРВИС», 2018. — 29 с.
5. Алямовский, А. А. SolidWorks Simulation. Инженерный анализ для профессионалов: задачи, методы, рекомендации / А. А. Алямовский. — М.: ДМК Пресс, 2015. — 562 с.
Vlasenko Dmitry Alekseevich, candidate of technical Sciences, senior lecturer Donbass state technical University, Alchevsk, LNR (e-mail: [email protected])
Krasovskii Sergey Aleksandrovich, the teacher of the highest category
Industrial technical school of the Donbass state technical University, Alchevsk, LNR
(e-mail: [email protected])
IMPROVING THE ROLL LIFE OF ROLL CRUSHERS BASED ON THE ANALYSIS OF LOADING CONDITIONS
This scientific article provides a finite element model for determining the stress-strain state of the four-roll crusher roll shaft when grinding solid fuel in the SolidWorks Simulation environment in order to determine and recommend its rational geometric parameters for increasing the service life of the working body and reducing the metal content of the working body. Keywords: four-roll crusher, working roll, shaft, loading conditions, stress-strain state.
