基于Pro/E的140t/h高压辊磨机组件的有限元分析及运动学仿真

　　为满足砂场河卵石直接破碎粒度小于0.005 m 且每小时产量为140 t/h 的要求，在对辊磨机结构原理的分析基础上，确定了高压辊磨机组件设计所需的运动参数，并以Pro/E 软件为建模仿真工具，针对高压辊磨机主要组件机架及磨辊进行建模和有限元分析，对满足要求的分析结果进行运动学仿真。

　　高压辊磨机是新一代水泥工业专用粉末设备，与传统的粉磨机相比具有能耗低、高产量等特点。砂场使用的主轴冲击式破碎机对进料为0.03 m 左右、抗压强度为250 MPa 的河卵石进行修整加工，产量为250 t/h。由于其粒度不能达到市场急需的小于0.005 m 的要求，现需设计一种能将粒度为0.03 m 的河卵石直接破碎为粒度小于0.005 m 的高压辊磨机，且每小时产量为140 t/h 的辊压机。

　　Pro/E 是一款兼具三维建模、有限元分析及运动仿真的三维设计软件，综合考虑各种三维设计软件的设计效率及结果精确度，本文采用Pro/E 作为本文设计分析软件，通过Pro/E将高压辊磨机的三维模型绘制出来，再通过有限元分析模块对高压辊磨机的重要组件如机架、辊系实施仿真优化设计。通过对试机数据的收集分析并将此数据与理论数据对比分析，最终确认高压辊磨机的设计方案的合理性。

1、基本原理

　　如图 1 所示，两个压辊由传动轴带动，滑动滚两端轴承座与油缸相连，在压力作用下使轴承座在机座上平行移动，从而实现加工物料作用。与常用的磨机工作原理不同之处在于：进入辊磨机的物料是通过挤压达到理想粒度的，而不是直接由辊子上的柱钉来挤压。这些柱钉安装在相向旋转的辊子上，辊子之间的压力可高达300 MPa(这远远高于进料的强度)。高压辊磨机的通过量取决于辊子将进料拉入压缩区的能力、进料的特性和机器的自身条件。要提高辊面的耐磨程度可在辊面焊接耐磨损的材料或在辊面安装高出辊面数毫米的硬质柱钉。单个物料的破碎是点接触，这样的破碎形式会极大加速辊面的磨损，降低辊面使用寿命，因此高压辊磨机致力于大量物料在压缩区得到高压力的研磨。高压辊磨机连续的高压力研磨不仅作用于进料中大块的物料，还作用于进料当中的小块物料，就连大块物料在高压力作用下挤压生成的小块物料也会被高压辊磨机再次挤压研磨。这使得实际中进料中会有高达70%的粒度大于辊缝间隙的物料能成功研磨。

图1  高压辊磨机基本原理图

6、结论

　　本文针对砂场满足出料粒度为0.005 m，产量为140 t/h 高压辊磨机的主要部件机架和磨辊进行设计及有限元分析，并对此进行了仿真。通过理论分析为实际制造提供参考依据。尽管应用Pro/E 在设计高压辊磨机的过程中取得了一定的效果，但在整个过程中还存在一定的不足，以下是对未来的工作提出的几点建议和展望：

　　(1)进一步利用其它更专业的分析软件对高压辊磨机重要组件进行有限元分析，还可进一步对辊子与轴承的接触受力和磨损分析等，并对比不同软件的分析结果，取最优设计数值。

　　(2)开发一个集三维建模及快速有限元分析于一体的软件，或者是将Pro/E 的优势与Ansys 等专业有限元分析软件的优势集合在一起的仿真系统，以便快速对高压辊磨机仿真分析，以提高设计效率和可靠性。