國內(nèi)對于球磨機筒體的研究大多是將其作為靜止設(shè)備處理，筒體正常工作狀態(tài)下的強度分析比較少，對于筒體的動態(tài)特性分析和沖擊引起的振動的研究更是較少涉足。為了研究筒體在受到任意隨時間變化的載荷作用下的動態(tài)情況，需要對筒體進行動能學(xué)分析，研究筒體在正常工作狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變的動態(tài)情況，對大型回轉(zhuǎn)動能設(shè)備在機械載荷作用下的動能過程有更加清晰明確的了解。從而提高該設(shè)備的設(shè)計水平，提高其運行的可靠性。

筒體的結(jié)構(gòu)與參數(shù)

本文以某鋼廠的球磨機筒體作為研究分析對象。筒體的主要技術(shù)參數(shù)：筒體直徑5m，長度4m，筒體有效半徑R＝2.5m。筒體內(nèi)鋼球重量為25t，物料重量為130t，所以筒體內(nèi)介質(zhì)總重為155t。

常規(guī)的球磨筒體有限元分析方法

按照常規(guī)的方法，一般是將筒體的力學(xué)模型簡化為滿載靜止、正常工作和啟動三種典型工況進行分析計算。本文只探討正常工作的內(nèi)容。

正常工作工況下的載荷包括筒體結(jié)構(gòu)重量、隨筒體運動的鋼球和物料的重力及其產(chǎn)生的離心力以及齒輪傳動載荷。根據(jù)參考文獻，可以計算出直接作用在筒體內(nèi)壁上的介質(zhì)的重量、質(zhì)心坐標以及所產(chǎn)生的離心力。

正常工作時筒體各部分的等效應(yīng)力分布規(guī)律。其中最大應(yīng)力為85.8MPa，位于中空軸頸上的托圈的地方，但是其余部位如大齒輪、筒體等處的應(yīng)力都很小。最大位移為1.117mm，出現(xiàn)在大齒輪上，筒體也有較大的位移，相對來說，中空軸頸處位移較小。根據(jù)材料的強度極限可以得出，正常工作工況下筒體各部件滿足強度、剛度要求。

球磨機筒體分析

前文采用常規(guī)思路對球磨機筒體的強度和剛度進行了分析，是一種有效的力學(xué)分析方法，為筒體的設(shè)計提供重要的依據(jù)。隨著現(xiàn)代機械設(shè)計水平的不斷提高，作為大型受沖擊設(shè)備，設(shè)計者在進行強度和剛度校核的基礎(chǔ)上，非常關(guān)注筒體正常工作狀態(tài)下的動態(tài)和振動情況，因此有必要對其進一步分析。

為了研究筒體在受到任意隨時間變化的載荷作用下的情況，從理論上求出筒體正常運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的動態(tài)載荷仍然比較困難。筒體內(nèi)的介質(zhì)主要有三種運動狀態(tài)：泄落狀態(tài)、拋落狀態(tài)和離心狀態(tài)，其中拋落狀態(tài)是介質(zhì)的主要工作狀態(tài)。為了更加真實的反映筒體正常工作狀態(tài)下受沖擊載荷情況下的動態(tài)響應(yīng)情況，取筒體受沖擊的區(qū)域作為分析對象。

由于筒體是回轉(zhuǎn)體，并且在軸向各個不同的垂直斷面上，物料的運動狀況完全相似，所以對于筒體上的任一點，其所受到的時間歷程載荷都是相同的。為了表達筒體受到的沖擊載荷情況，取筒體的某一段作為分析對象，對于其中所有的節(jié)點施加時間歷程載荷，并且由于所對應(yīng)的縱向節(jié)點組先進入沖擊區(qū)域，其后的節(jié)點組依次進入，所對應(yīng)的縱向節(jié)點組最后進入沖擊區(qū)域，所以在施加時間歷程載荷時，后面的節(jié)點組載荷發(fā)生作用時間依次延后，具體延后的時間根據(jù)節(jié)點的劃分情況和筒體轉(zhuǎn)速經(jīng)計算為0.044s，這就科學(xué)的模擬了筒體實際所受到的動態(tài)沖擊載荷。因此，筒體所受的載荷就是動態(tài)沖擊載荷與筒體自重、作圓周運動的介質(zhì)的重力和離心力及齒輪傳動載荷的組合。

為了更加真實的反映球磨機正常工作狀態(tài)下受沖擊載荷情況下的動態(tài)情況，取筒體受沖擊的區(qū)域作為分析對象。動能學(xué)分析全面反映了筒體正常工作過程中筒體各個區(qū)域的等效應(yīng)力和位移情況，因而對筒體受沖擊過程中的整體情況有了全面的了解。通過分析的結(jié)果與靜態(tài)分析的數(shù)值比較，對設(shè)備的強度和剛度分析做了較好的驗證。