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磨粉机磨辊的受力和强度有限元分析

发布于:2022-10-25 20:15
有限元分析

      辊式磨粉机是而粉厂的重要设备之一,其工作性能决定了小麦粉加工的效果和产量。但口前由于缺乏工作状态的基础设计数据,如传递扭矩、轴与辊的应力应变情况等,磨粉机的设计大部分是根据经验进行的。以FMFQ10X2B型磨粉机为例对磨辊进行了受力分析及强度有限元分析,通过研究磨粉机辊间动力传递的特殊规律,分析了磨辊及轴的受力及变形情况,掌握了关键部件的应力应变规律,为先进、合理的磨粉机传动件及磨辊的设计提供参考。
      辊式磨粉机在空载运行时,研磨区没有物料,且两磨辊辊而不接触。
      输入到快辊的主动力矩M,与两轴承的摩擦阻力矩Mt,Z以及慢辊通过定速传动作用于快辊的阻力矩Mmk相平衡;而快辊通过定速传动作用于慢辊的主动力矩M与两轴承的摩擦力矩M才平衡。
      研磨区有物料时,磨辊合轧,磨粉机由空载运行转为负载的瞬间,快辊通过物料摩擦力试图使慢辊加速。由于定速传动存在间隙,加速过程在极短的时间内完成成为可能。之后定速传动反向转动,制约慢辊继续加速,强制使快、慢辊以固定的转速比运行。功率的传递是输入带轮~快辊~慢辊~同步带定速机构~快辊,其中在快辊~慢辊~同步带定速机构~快辊之间形成了所谓的“力矩封闭循环”或“功率封闭循环”现象。输入功率P,为4只轴承的摩擦损耗P,定速传动的效率损耗P和研磨物料的功耗P之和。
      为方便分析、训一算,在对磨辊进行受力分析时,暂不考虑以下影响因素:辊齿形、轴承支撑处的摩擦力、带传动的损失以及斜度的影响。
      凡物料落入研磨区且两磨辊恰好同时接触物料并夹住物料,开始对物料进行破碎剥刮时,物料所处位置A点称为起轧点;此后两辊间距离越来越小,最后达到最小间距处,此处s点称为终轧点经过终轧点物料不再受到研磨。起轧点与终轧点之间的距离称为研磨区,即s,区域。在磨辊的整个工作区,物料颗粒分别处于起轧、加工、终轧的状态。
      由于两辊的差速较大,快辊使物料有加速的趋势,而慢辊对物料的加速起阻滞作用。研磨区的物料与快、慢辊之间均有明显的相对运动,同时在两辊挤压力的作用下,物料被破碎剥刮。加工小麦的起轧角a为5,研磨区S为10左右。
      两辊间单位长度上线压力P=147-245 N/m,取最大值P=245 N/m,磨辊研磨物料时的重合长度L=100。
      封闭循环的功率大小与电机输入功率无关,仅与辊间压力和辊而特性、物料性质及传动比有关。
      目前我国使用的磨辊多是采用硬模离心浇铸、冷凝合金辊体的半轴压合空心磨辊。辊体外层为研磨层,含有镍、铬元素的激冷白口铁,厚度20-30 mm。本模型厚度采用30 mm内层为灰口铁,磨辊轴为45钢,先粗加工,经调质处理后,再压入辊体内。
      经查,白口铸铁密度P=7550 kg/m3,灰铸铁密度P=7210 kg/m3,铸铁的弹性模量E=126GPa,剪切模量G=44.3GPa,泊松比为0.28,密度P=7850 kg/m3,弹性模量E=79.4 GPa,剪切模量G=79.4 GPa,泊松比为0.30。


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