立磨壳体模态及随机振动分析

刘登强 蒋忠民 刘艾明 孙振红

中材建设有限公司（100176）

立磨壳体模态及随机振动分析

刘登强 蒋忠民 刘艾明 孙振红

中材建设有限公司（100176）

原料磨是水泥生产线上非常重要的环节，随着对磨机运行过程中安全性和可靠性要求的提高，水泥生产企业越来越需要一个更加精确和完备的诊断系统。现有的电测传感器件测点参数单一，抗干扰、抗噪声能力弱，难以获取精确的传感数据，按目前的工程检测水平还无法真正实现对原料磨运行状态进行透彻感知和智能诊断，尤其是磨机壳体及选粉机的振动。采用对磨机连接螺栓的应力建模，结合ANSYS有限元分析，分离出壳体振动，进而使选粉机振动。

有限元；立磨；故障诊断；随机振动

0 引言

由于具有占地面积小、工艺流程简单、电耗低、便于自动控制等优点，立式辊磨机是当今水泥生产线应用非常广泛的一类粉磨机。针对水泥高端客户的具体要求，我公司建立了立磨深度感知和智能监测与诊断系统。该系统的核心是通过研究磨机静态和动态两种情况下各子系统的物理模型，结合ANSYS有限元分析,并与实时和历史数据库对接完成故障诊断平台的建立。

1 立磨壳体模态及随机振动分析

由于立磨选粉机与磨机壳体的关联性，很难直接对它们各自的振动进行测量。我们通过大量的现场调研和分析，通过磨机壳体连接螺栓的应力建模，结合Ansys有限元分析，分离出壳体振动进而得到选粉机的振动。

1）螺栓松动与应力直接相关，应力传感器的阈值计算：

由螺栓预紧力计算公式，计算螺栓的预紧力：

计算得预紧力F=1.72×105N

螺栓连接受力-变形图如图1所示。

图1 螺栓连接受力-变形图

2）壳体模态分析与随机振动分析

利用ANSYS软件,分析壳体的前8阶模态的各阶频率和变形。

图2 壳体一、二阶模态的频率和变形

图3 壳体五、六阶模态的频率和变形

在模态分析的基础上,对壳体做随机振动仿真。在壳体下端加随机激励,激励的强度设为假定值。随机激励仿真的结果对应力传感器和加速度传感器的安装位置具有一定的参考意义。

图4 3σ概率下的应力分布

图5 3σ概率下的竖直方向位移分布

图6 3σ概率下的竖直方向加速度分布

根据上述分析便可得到选粉机系统阈值及故障表。

表1 选粉机系统阈值及故障表

2 结语

立式辊磨机是当今水泥生产线应用非常广泛的一类粉磨机。笔者根据立磨深度感知和智能监测与诊断系统平台，重点分析了磨机壳体的模态和随机振动,建立了选粉机系统阈值及故障表，满足了对立式辊磨机等大型水泥生产装备信息化、智能化以及安全可靠运行的需求，提升了我国水泥装备在国际市场的技术竞争能力，带来了可观的经济效益。

[1]基于光纤光栅传感器的粉磨监控及诊断系统可行性研究的准备.中材建设有限公司,2011,8.

[2]第二代节能环保新型干法水泥生产技术与装备实施方案.天津水泥工业设计研究院有限公司,2011,4.