JB∕T 12809-2016
基本信息
标准号:
JB∕T 12809-2016
中文名称:磨机强度计算及评价规范
标准类别:机械行业标准(JB)
标准状态:现行
出版语种:简体中文
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标准简介
JB∕T 12809-2016 磨机强度计算及评价规范
JB∕T12809-2016
标准压缩包解压密码:www.bzxz.net
标准内容
ICS73.120
备案号:55079—2016
中华人民共和国机械行业标准
JB/T12809—2016
磨机强度计算及评价规范
Stiffness calculation and evaluation norms of mill strength2016-04-05发布
2016-09-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义.
4基本要求...
5有限元理论计算基本过程及商用软件5.1理论计算基本过程.
5.2商用软件计算基本过程
6有限元计算和分析
6.1实体模型建立
6.2计算模型的单元划分
边界条件
6.5求解
6.6结果分析(后处理)
7磨机结构强度的评价
7.1磨机关键应力集中位置
磨机结构应力的评定
磨机结构简图
简体横截面上的研磨体和物料载荷的分布磨机筒体部关键位胃示意图
表1疲劳寿命各点最大值
JB/T12809-2016
JB/T12809—2016
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国矿山机械标准化技术委员会(SAC/TC88)归口。本标准负责起草单位:矿山重型装备国家重点实验室。本标准参加起草单位:中信重工机械股份有限公司、洛阳正方圈重矿机械检验技术有限责任公司。本标准主要起草人:邹声勇、弯勇、王兰省、陈华。本标准为首次发布。
1范围
磨机强度计算及评价规范
JB/T12809—2016
本标准规定了球磨机、棒磨机和自磨机等筒式磨机的有限元强度分析计算内容、建立计算模型的方法、数据处理方法、评价方法。本标准适用于球磨机、棒磨机和自磨机等筒式磨机(以下简称磨机)的设计、评价。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T7679.5矿山机械术语第5部分:破碎粉磨设备GB/T25708球磨机和棒磨机
GB/T25709自磨机和半自磨机
3术语和定义
GB/T7679.5界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
有限元法finiteelementmethod
把具有无限个自由度的连续系统,近似等效为只有有限个自由度的离散系统,使问题转化为适合于数值求解的数学问题。
弹性体elastomer
在外力作用下,内部各点的应变与应力一一对应,当外力除去后能恢复到原来状态的物体。3.3
弹性力学elasticmechanics
研究弹性体在外界因素(外力作用、温度变化、边界约束等)影响下,其内部所产生的应力、形变和位移的学科。
应力stress
受力物体截面上内力的集度,即单位面积上所承受的附加内力。3.5
应变strain
被测试材料尺寸的变化率,它是加载后应力引起的物体尺寸的变形量与原来的尺寸的比值。4基本要求
4.1磨机应按照经规定程序批准的图样和技术文件进行应力计算或实际应力测试。实际应力测试的磨1
JB/T12809—2016
机为使用状态的,或大修后或新购置的拟投入使用的磨机。4.2磨机的使用应符合GB/T25708或GB/T25709的规定4.3磨机的应力应由取得资质的检测机构进行检测和检验。4.4应力计算或测试的工况分为空载(加球前)、带载(加球后):带载分为加额定装球量的35%、45%、80%和100%的钢球及满载。
5有限元理论计算基本过程及商用软件5.1理论计算基本过程
5.1.1结构的离散化
将磨机机械结构划分为由各种单元组成的计算模型,单元的形状原则上是任意的。5.1.2单元分析
对离散以后的单元选择位移模式,得到离散单元的单元刚度矩阵,计算等效节点力。5.1.3整体分析
在建立了单元刚度方程以后,进行整体分析,把这些方程集成起来,形成求解区域的刚度方程。5.1.4求解方程,得出节点位移
选用合适的求解方法(直接解法和选代解法)对方程进行求解。5.1.5由节点位移计算单元的应变与应力解出节点位移后,根据需要,可由弹性力学的几何方程和物理方程来计算应变和应力。5.2商用软件计算基本过程
磨机的有限元分析是借助商用有限元分析软件完成的,其基本过程可以分为前处理创建有限元模型、施加载荷进行求解和后处理三个过程。5.2.1前处理创建有限元模型
前处理——创建有限元模型包括:a)单元属性定义(单元类型、实常数、材料属性);b)创建或读入几何实体模型;
c)有限元网格划分;
d)施加约束条件、载荷条件。
5.2.2施加载荷进行求解
施加载荷进行求解包括:
a)定义分析选项和求解控制:
b)定义载荷及载荷步选项;
c)求解。
5.2.3后处理
后处理包括:
a)看分析结果:Www.bzxZ.net
b)检验结果。
6有限元计算和分析
6.1实体模型建立
JB/T12809—2016
6.1.1磨机的结构不尽相同,但是从结构上讲,均由进料口、出料口、筒体、轴承、传动系统等组成,结构简图如图1所示。
止推装置
出料口
驱动大齿轮
进料口
研磨体
图1磨机结构简图
6.1.2磨机应建立整体模型,不采用简化建模方法。6.1.3磨机实体建模采用三维实体建模。m
滑动轴承
6.1.4磨机有限元计算模型中需要实体建模的有磨机筒体、两个截面成锥形的端盖、连接在筒体上的大齿轮(简化为一个光滑中空圆柱体)以及支承瓦等,这些实体在磨机有限元计算模型中都作为弹性体进行处理。
6.1.5磨机衬板对筒体强度的影响较小,在建立有限元计算模型的过程中,可以将筒体和端盖的衬板、螺栓等特征按非结构质量处理,将它们的质量按等效密度施加到相应的筒体及端盖单元上。6.1.6建立计算模型时未考虑筒体焊接处实际情况和螺栓孔对筒体强度的影响。6.2计算模型的单元划分
6.2.1结构的离散化是有限单元法分析的第一步,它是有限元法的基础。由于在计算过程中使用的是三维实体单元,为达到计算的方便性与精确性的结合,三维单元采用四面体和六面体。为了划分单元的需要,尽量将不规则实体结构切分为相对儿何形状较为规则的几何体,尽量划分为使用中间节点六面体高阶单元。
6.2.2通过设定单元长度的方法控制单元的密度。在筒体连接部位以及筒体与端盖连接处等相对受力较为复杂的位置设置相对长度较小的单元,必要时采用具备加密的方法获得更为精细的单元划分。6.2.3支撑瓦与轴颈的连接处采用接触单元或者只受压不受拉的杆单元建立其连接关系。从而模拟只在径向当轴颈上的点要压向支撑瓦时才构成对轴颈的约束,而轴颈上点要离开支撑瓦上相应点时轴颈不会被支撑瓦牵拉。同时,轴颈与支撑瓦各点,在轴向和切向自由。6.3边界条件
6.3.1计算中在轴承一侧只是限制其铅直方向而轴向方向放开,另外一侧(止推装置)利用弹簧单元来模拟止推装置,定义模型轴颈支承瓦底面所有节点的位移未知数都为0,即一侧轴颈底部是固定的。6.3.2因轴与轴承之间的接触面接近刚性接触,因此轴与轴承接触面可作为零位移边界面处理,即约JB/T12809—2016
束轴径上沿径向的位移为零,轴径上沿周向的转动为零:轴两端面近似为零位移面,即约束轴端面的轴向位移为零。
6.4载荷
6.4.1磨机的载荷由两部分组成:a)磨体结构自重;
b)磨内研磨体、物料载荷。
6.4.2自重载荷和“当量密度”;磨机白重载荷指磨机结构本身和衬板、隔仓板、相应连接件等所有内部装置的质量。计算过程中,假定衬板、隔仓板、各种连接件等内部装置质量“均匀”地附着在磨体结构上。将这两部分质量相加,即得磨机回转部分质量。将这个总质量除以磨体结构体积,得到包括所有内部装置在内的磨体的“当量密度”。在得到“当量密度”后通过输入重力加速度来处理自重载荷对结构强度的影响。
6.4.3研磨体和物料载荷及其基本参数:研磨体和物料载荷在筒体内的分布准确描绘比较困难,考虑动载的研磨体和物料载荷按公式(1)计算。G=1.37G
式中:
G考虑动载的研磨体和物料载荷:G。磨矿介质钢球和物料的总重。(1)
计算中假设计算载荷G沿磨体轴向均匀分布,形成对简体内表面的压力P,它作用于筒体下部,作用区开始点与筒体最高点形成的圆心角为o,P值沿筒体径向从开始点零由小逐渐变大,直至在横截面最低点出现最大值,过筒体横截面中心沿直线左右对称(见图2)图2筒体横截面上的研磨体和物料载荷的分布研磨体和物料载荷对磨体内表面法线方向的压力p按公式(2)计算。p=Po(cosPo-cos)
式中:
Po、Po
常数。
设材料的填充率为入,研磨体和物料载荷起始角为α,则其关系见公式(3)。R
(α-sinα)=
2元R2
(3)
参数P。同包括磨矿介质的钢球和物料的总重之间的关系见公式(4)。(G)G
2f\po(cos9o-cosg)cospRdp=1.37(L)L
式中:
一研磨体物料载荷作用区长度。6.4.4研磨体物料载荷的施加有三种方法:JB/T12809—2016
a)将研磨体物料面载荷转化为其作用区内相应节点上的集中载荷,加到作用区的节点上;b)利用软件本身提供的函数加载器进行函数加载:c)将研磨体物料面载荷转化为集中载荷,再通过软件提供的二次开发工程,编写施加节点载荷宏文件进行加载。
6.5求解
设定必要的求解条件,如重力加速度等,将有限元计算模型提交给软件,选择求解器,进行求解。6.6结果分析(后处理)
对磨机来说,其筒体区、支承区两个区域分别有自已的受力特点,需要分别进行讨论。6.6.1筒体区计算结果的分析
简体的结构特点属圆柱壳。为分析方便,将结果坐标系设定为圆柱坐标系。在此坐标系下,每个节点得到3个正应力和三个剪应力。筒体作为圆柱薄壳,理论上主要受环向正应力、轴向正应力和剪应力,沿壳体厚度方向的正应力和剪应力都很小可以忽略不计。6.6.2支承区计算结果的分析
支承区域包括筋板及其邻近简体。在支承区域多现应力尖峰,而且应力峰值也很高,反映出明显的应力集中现象。应对以下几个部位的应力进行详细的分析:筒体与端盖连接拐角区:端盖与中空轴法兰外缘连接区域:中空轴轴根圆角区;中空轴轴颈支承区。6.6.3结构参数对应力的影响
在初步得到计算结果以后,应分别对一些相关的参数进行分析讨论,以便更好地了解磨机的受力特点。以跨间筒体厚度、补强板厚度、端盖厚度、端盖中空轴轴颈间圆角半径、中空轴轴颈厚度5个参数为研究对象,依次取其中一个为实验计算变量,其余4个以及所有其他参数不变进行实验计算,看其对整个磨体几个应力高峰区应力的影响。7磨机结构强度的评价
7.1磨机关键应力集中位置
磨机关键应力集中位置如图3所示,各部件及代号如下:a)中空轴(No.1~4);
b)端盖(No.5~8);
c)筒体(No.9~24);
d)端盖(No.25~28);
e)中空轴(No.29~32)。
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磨机结构应力的评定
212325
磨机筒体部关键位置示意图
磨机筒体在工作时受交变载荷的长周期性作用,SIG1max是对应于某点筒体旋转一周期问的最大主应力,SIG2min是对应于某点筒体旋转一周期间的最小主应力,SI=SIG1max-SIG2min|。对于Q235材质的磨机,不管是有限元计算或实际测试,磨机筒体部位要满足97.7%的疲劳寿命,极限应力指标为:焊缝处的ST值应≤53MPa,其他部位的SI值应≤78MPa。符合上述要求,将通过97.7%极限寿命要求,否则,将不能通过极限寿命要求,对于其他材质的磨机,在进行有限元计算或实际测试时,可根据R、,的值比照Q235材质的球磨机的要求进行评定。
对于图3显示的各点按照上述的要求,要满足97.7%的SI疲劳寿命各点最大值见表1。表1疲劳寿命各点最大值
关键应力集中
位置序号No.
达97.7%极限寿命时SI值(最大)MPa
关键应力集中
位置序号No.
达97.7%极限寿命时SI值(最大)MPa
JB/T12809-2016
中华人民共和国
机械行业标准
磨机强度计算及评价规范
JB/T12809-2016
机械工业出版社出版发行
北京市百万庄大街22号
邮政编码:100037
210mm×297mm?0.75印张?17千字2016年9月第1版第1次印刷
书号:1511113837
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