Проектирование мельницы диаметром 3х8 м с разработкой классифицирующего устройства камеры грубого помола в CAD/CAM/CAE-системе Unigraphics NX2
Рисунок 2 Модель мельницы Æ 3×8 м
Прочностной расчет классификатора выполнен в CAE-системе ANSYS WORKBENCH 9.0. Расчет производился методом конечных элементов при различных толщинах дуги и коэффициентах заполнения мельницы, причем при создании расчетной модели классификатора учитывался износ стержней мелющими телами.
На классификатор действуют как статические, так и динамические нагрузки, вызываемые весом тел, центробежными силами. Все это наряду с абразивным действием измельчаемого материала требует учета при выборе запаса жесткости и качества материала. Для обеспечения надежного функционирования классификатора необходимо, чтобы максимальные прогибы, возникающие в нем под воздействием внешних сил, не превышали допустимого значения.
В качестве граничных условий выбираем жесткую заделку по грани, прилегающей к корпусу, и по наружной грани винтового шнека, который также опирается на корпус. При расчете принимаем классификатор не как сборку, а как цельную деталь (без сварных швов и крепежа) без скруглений и фасок. Стержни принимаем как составную часть классификатора, круглого сечения из того же материала, что и сам классификатор. Максимальные перемещения стержней будут возникать в случае их максимального износа мелющими телами. Поэтому в расчетной модели задаем износ стержней на 45 % (40 мм).
Создание решения для расчета состоит из нескольких этапов.
1) Полученная в Unigraphics NX2 геометрия экспортирована в текстовый формат Parasolid.
2) Данная геометрия из формата Parasolid импортирована в графический редактор ANSYS WORKBENCH 9.0.
3) Выбран тип симуляции – статический анализ.
4) Выбор материала. Из базы стандартных материалов, имеющейся в системе ANSYS WORKBENCH 9.0, выбрана сталь.
5) Наложение условий закрепления и действующих нагрузок. Создаем два типа нагрузок: сила тяжести G, задаваемая ускорением свободного падения g = 9,81 м/с2, и нагрузка от мелющих тел и материала, которая представляет собой распределенное давление на внутреннюю цилиндрическую поверхность классификатора Р = 22196 Па, а также условия закрепления (жесткая заделка по наружным граням дуги и винтового шнека).
6) Произведен расчет классификатора методом конечных элементов (рисунок 3).
По проведенным расчетам можно сделать следующие выводы:
– допускаемые максимальные перемещения для стали Ст 3, из которой изготовлен классификатор, составляют 1,47 мм, следовательно классификатор имеет достаточную жесткость, а также большой запас жесткости (полученные максимальные перемещения не превышают 1,48 · 10-4 мм);
– принятые из технологических соображений толщина дуги (30 мм) и диаметр стержней (95 мм) являются достаточными и обеспечивают надежную эксплуатацию мельницы при различных коэффициентах заполнения φ (φ = 0,25÷0,3), но с целью снижения материалоемкости, а, следовательно, массы и стоимости эксплуатации и ремонта, мельницы можно уменьшить толщину дуги до 20 мм. При этом будет обеспечена необходимая прочность и жесткость конструкции (запас прочности при коэффициенте загрузки φ = 0,30 составит ).
Рисунок 3 Максимальные перемещения в классификаторе
Проектирование классификатора с помощью CAD/CAM/CAE-системы Unigraphics NX2 и системы ANSYS WORKBENCH 9.0 позволило на стадии конструкторской проработки узла найти и устранить возможные проблемы, а также создать полный пакет документации для воплощения изделия в металле и использования на предприятии.
Использование в качестве конструкторской среды при проектировании машин и оборудования CAD/CAM/CAE-системы Unigraphics NX2 позволяет полностью автоматизировать процесс конструкторской разработки как деталей и узлов, так и всей мельницы, а также упростить расчет, анализ полученных результатов и визуальное их отображение.