新型煤采样粉碎机的研究分析

新型煤采样粉碎机的研究分析

裴国通

青岛理工大学 山东省青岛市 266033

摘要：在火力发电输入煤采样过程中，传统的煤采样粉碎机在作业中达不到粉碎效果，噪声大、工作效率低下，基于此情况，要设计一种新型煤采样粉碎机。本课题主要根据煤的湿度及粉碎状态来确定新型煤采样粉碎机整体设计方案，对重要部分进行结构设计，通过计算以满足设计准则；对重要部件用Solidworks进行三维建模；对重要零部件进行Workbench有限元分析，设计出一种新型高效率的煤采样粉碎机，来解决现场中粉碎效果差、噪声大、工作效率低下的问题。

关键词：新型煤采样粉碎机；结构设计；solidworks；Workbench

引言

新型煤采样粉碎是制样系统的主要粉碎设备，适用于一般硬度脆性物料的粉碎， 具有粉碎效率高、粉碎比大、工作平稳等优点。新型煤采样粉碎机解决了工程现场中工作效率低下的问题，既可以使操作人员更好的操作，又给维修人员带来了极大方便。新型煤采样粉碎机属于专业性立式刀片粉碎机，采用了刀具式，进而取代了传统的锤头，进而提高了剪切程度，极大提高了生产效率。在新型粉碎机设置了观察门，一旦现场出现堵煤现象，能及时进行处理。

2.新型煤采样粉碎机总体研究分析

2.1新型煤采样粉碎机国内外研究现状

国内外厂家研制了许多粉碎机，例如圆锥破碎机^[1-2]、冲击式破碎机^[3-4]等。目前在物料粉碎机使用最广泛的破碎机是鄂式破碎机，自美国的E.W.布雷克发明，由于结构简单，在矿山，煤矿，化工等多种领域普遍使用。鄂式破碎机主要靠相互挤压对物料进行破碎。鄂式破碎机主要靠定鄂与动鄂相对位置的大小决定了破碎物料的大小，因此排料粒度通过调节排料口的相对位置大小来进行调节^[5},但是粉碎的粒度不够。查阅国内外粉碎机相关文献，有对刀片线速度、刀片大小、筛板等影响工作性能的诸多因素，对运用灵敏度分析技术研究各转子动态来解决工作效率低下提供了有效途径，但这些不足以全面描述粉碎机，但是我们可以借鉴这些研究方法去优化我们的煤采样粉碎机。

2.2新型煤采样粉碎机结构设计

新型煤采样粉碎机主要有动力、粉碎、筛网三部分组成，三相异步电动机是动力部分；转子部分是主要的粉碎部分；根据粉碎采样的要求，选择圆形孔筛网。进料装置在设计中要考虑倾斜度，使接料口与粉碎机保持45度，这样可以使煤更好的进入粉碎机。在接料口出设置法兰，法兰处加密封橡胶条，起到一定的密封作用。转子部分主要包括主轴、刀盘、刀片、刀轴等，通过计算确定轴的最小直径，再进行强度校核计，最后设计出阶梯轴。刀盘的设计，要确定刀盘的直径，然后在刀盘上布置6把刀片。刀片大小要适中，如果太厚，达不到一定的粉碎效果。

2.3 新型煤采样粉碎机solidworks三维建模

Solidworks是一种强大的机械设计三维软件，对主要零部件进行三维建模，能更加清晰地表达工程师的设计思路^[6]。首先对零件进行三维建模，选择合适的基准面，画出零件的草图，从特征栏中选择需要的指令，最后对零件细节化；在装配环节，首先要调入需要的零部件，选择配合方式；最后进行工程图部分。这里主要对转子部分用solidworks三维建模，对关键零部件主轴、刀片、销轴等采用三维建模，同时对转子进行装配，在装配中选择合适的配合方式，灵活运用圆型整列，可以节省大量时间。总之，对新型煤采样粉碎机转子部分进行三维建模为后期Workbench有限元分析打下了基础。

2.4新型煤采样粉碎机Workbench有限元分析

有限元是现代科学和工程计算方面的重大成就之一^[7]。利用ANSYS可以对产品进行优化设计，做数值模拟实验等^[8]。对关键零部件的Workbench有限元分析至关重要，在工程现场中，新型煤采样粉碎机转子的转速非常高，运动的刀片在对煤块进行粉碎时受到较大的圆周力很容易断裂，所以在这里有必要对刀片进行强度分析。对新型煤采样粉碎机刀片进行静力学分析，添加材料属性、几何建模、添加约束，最后计算结果，通过应力云图可以看出应力变量，进而验证是否满足一定的强度和刚度。主轴是转子的主要组成部分，连接着轴承，还有刀盘，在作业现场中保持主轴不发生剧烈振动至关重要，因此要对主轴进行模态分析。设定材料属性、建立模型、进行网格化分，对轴承接触下的主轴面进行添加约束，最后出来六阶模型，通过六阶模态来判断主轴是否发生共振。

结语

由于现场中传统的煤采样粉碎机噪声大、效率低下，因此要设计一种新型高效煤采样粉碎机来解决现场中的问题。新型煤采样粉碎机的研究主要包括了国内外研究现状、关键结构设计、关键零部件的Solidworks三维建模、关键零部件的Workbench有限元分析。结构采用立式实现了高效性，解决了效率低下的问题。对刀片进行静力学分析时，通过分析应力云图满足了刚度和强度的要求。对转子主轴进行模态分析，通过观察六阶模态图验证了主轴不会发生共振现象。虽然我们探究了新型煤采样粉碎机的这些，但是对新型煤采样粉碎机的动力学还没有分析，因此以后必须更加关注。

参考文献：

郎宝贤.圆锥破碎机现状和发展方向[J].矿山机械，20019（1）：21-22.

[2]赵昱东.圆锥破碎机的新发展[J].中国钨业，2004(2):43-4

[3]柴增田，于国立.破碎机锤头生产工艺发展状况[J].矿山机械，2005（1）：24-26.

[4]肖六钧等.高效细碎机生产应用现状与发展趋势探讨[J].中国矿业，2004（1）：66-69.

[5]占鹏飞.预磨机碎磨机理分析及能耗实验研究[D].江西理工大学，2013.

[6]葛正浩，李宗民，蔡小霞.Solidworks2008三维机械设计[M].北京：化学工业出版社，2008:10（01），1-25.

[7]赵经文，王宏钰.结构有限元分析（第二版）[M].北京:科学出版社，2001

[8]周宁.ANSYS机械工程应用实例[M].中国水利水电出版社，2006

作者简介：裴国通（1985.09.18),男，汉族，籍贯：山东菏泽曹县

学历：硕士研究生，单位：青岛理工大学 专业：机械工程

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