球磨机转子吊具设计及有限元分析

2020-11-23贺昭荣

装备维修技术 2020年4期

摘要：球磨机转子是分瓣结构，在用户现场与球磨滚筒进行连接，需要分瓣进行卧式安装，转子的吊运存在困难，需设计出合适的吊具来吊运分瓣转子，吊装时的安全尤为重要，因此吊具的结构设计和力学性能的优化成为关键，本文在传统设计方法的基础上，利用Solidworks和Ansys分别对吊具进行参数化设计和有限元分析，根据分析的情况，优化吊具的结构，最终实现了吊具的结构优化，满足了吊运的安全要求。

关键词：分瓣转子吊具结构优化有限元分析

前言：

云南锡业公司磨机改造项目，需更换电机，但磨机的滚筒不能拆卸（滚筒相当于常规电机的转轴），因此，电机定子、转子需设计成分瓣结構，才能保证转子安装到滚筒上，其中上下部分定子都设计有吊耳，能满足现场安装吊运要求，转子是永磁结构，整个转子由三瓣组成，不能直接用吊索吊运转子，需设计专用吊具来吊运分瓣转子，而且需吊运分瓣转子成卧状态（转子轴线水平），才能保证转子顺利安装到滚筒上。

1.吊具结构简介

分瓣转子结构示意图见图1，整个转子由三瓣组成。为保证电机转子安全、顺利的安装到滚筒上，需设计一副能吊运转子水平的专用吊具，在吊具设计过程中还需对吊具的强度和刚度进行分析，在满足起吊安全需要的同时，也要减轻吊具自身的重量，便于操作。

根据安装的需要，结合分瓣转子的结构特点，吊具的起吊位置必须在分瓣转子的外侧，而且吊点需设计在重心线上，才能保证分瓣转子水平。所以将吊具设计成C型结构，吊具结构示意图见图2所示，本吊具的额定载荷按分瓣转子的重量进行设计，吊具上部设计有3个吊耳孔，图示右边的吊耳孔是用于吊具自身吊运用，保证吊具自身水平，便于安装到分瓣转子上;中间的吊耳孔是用于吊运转子用，吊耳孔的位置设计在分瓣转子和吊具的综合质心线上，可保证将分瓣转子吊运水平;考虑电机转子和吊具的制造误差，左边设计了一个吊耳，主吊耳孔左右两边都有吊耳孔，根据实际吊运的需要，选择一个用于吊运时调节转子水平，吊运分瓣转子的示意图见图3。因转子是永磁结构，有很强的磁性能，在C型吊具内侧安装有两块不锈钢板，用于隔磁，便于吊具的安装和拆卸。

2.参数化设计

在进行吊具设计过程中，按照图4的思路进行设计，吊具方案确定后，结合分瓣转子的结构特点和安装要求，确定吊具的安装尺寸，利用材料力学知识初估结构尺寸，计算吊具的强度，并根据计算结果调整尺寸，使得吊具满足强度要求，从而确定基本尺寸;再利用SolidWorks建立吊具的三维模型，并倒入ANSYS Workbench进行有限元分析，若分析的强度、刚度不满足要求，则修改吊具尺寸;若分析结果满足要求，则确定各零部件具体尺寸，完成整个吊具的设计。利用参数化设计吊具与传统设计方法相比，能更优化吊具的结构，避免不必要的浪费，而且可减少设计周期，提高效率。

3. ANSYS Workbench有限元分析

ANSYS Workbench是ANSYS公司提出的一种新的仿真环境。采用SolidWorks建立吊具模型，再导入到ANSYS Workbench中，对吊具进行强度、刚度的分析。

3.1吊具参数

3.1.1吊具材料参数

吊具的材料为 Q355，在常温下的屈服极限为355MPa，弹性模量为2.1XPa，泊松比取0.3，密度为7800kg/。

3.1.2吊具起吊工况

吊具按3t的载荷进行设计，按吊具和被吊工件的综合质心在吊具中间的吊耳孔的中心线上，即一个吊点起吊。

3.2吊具有限元网格划分

吊具主要由钢板焊接而成，选择吊具主结构划分粗网格，在焊缝连接处进行网格细化处理，吊具共划分了4576个单元，2134个节点，划分有限元网格后的模型如图5所示。

3.3吊具分析结果

静力分析是工程设计人员经常使用的一种分析手段，它主要是计算固定的载荷在结构上所引起的应力和应变等。对吊具的结构进行静力学分析，主要是计算分析其结构的静强度和静刚度。

从图6可以看出吊具的最大应力值为143.8MPa，大于需用应力值，不能满足要求，需对吊具进行优化。将吊具两侧的板厚度由20mm改为了25mm。