立磨殼體模態及隨機振動分析

劉登強 蔣忠民 劉艾明 孫振紅

中材建設有限公司（100176）

立磨殼體模態及隨機振動分析

劉登強 蔣忠民 劉艾明 孫振紅

中材建設有限公司（100176）

原料磨是水泥生產線上非常重要的環節，隨著對磨機運行過程中安全性和可靠性要求的提高，水泥生產企業越來越需要一個更加精確和完備的診斷系統。現有的電測傳感器件測點參數單一，抗干擾、抗噪聲能力弱，難以獲取精確的傳感數據，按目前的工程檢測水平還無法真正實現對原料磨運行狀態進行透徹感知和智能診斷，尤其是磨機殼體及選粉機的振動。采用對磨機連接螺栓的應力建模，結合ANSYS有限元分析，分離出殼體振動，進而使選粉機振動。

有限元；立磨；故障診斷；隨機振動

0 引言

由于具有占地面積小、工藝流程簡單、電耗低、便于自動控制等優點，立式輥磨機是當今水泥生產線應用非常廣泛的一類粉磨機。針對水泥高端客戶的具體要求，我公司建立了立磨深度感知和智能監測與診斷系統。該系統的核心是通過研究磨機靜態和動態兩種情況下各子系統的物理模型，結合ANSYS有限元分析,并與實時和歷史數據庫對接完成故障診斷平臺的建立。

1 立磨殼體模態及隨機振動分析

由于立磨選粉機與磨機殼體的關聯性，很難直接對它們各自的振動進行測量。我們通過大量的現場調研和分析，通過磨機殼體連接螺栓的應力建模，結合Ansys有限元分析，分離出殼體振動進而得到選粉機的振動。

1）螺栓松動與應力直接相關，應力傳感器的閾值計算：

由螺栓預緊力計算公式，計算螺栓的預緊力：

計算得預緊力F=1.72×105N

螺栓連接受力-變形圖如圖1所示。

圖1 螺栓連接受力-變形圖

2）殼體模態分析與隨機振動分析

利用ANSYS軟件,分析殼體的前8階模態的各階頻率和變形。

圖2 殼體一、二階模態的頻率和變形

圖3 殼體五、六階模態的頻率和變形

在模態分析的基礎上,對殼體做隨機振動仿真。在殼體下端加隨機激勵,激勵的強度設為假定值。隨機激勵仿真的結果對應力傳感器和加速度傳感器的安裝位置具有一定的參考意義。

圖4 3σ概率下的應力分布

圖5 3σ概率下的豎直方向位移分布

圖6 3σ概率下的豎直方向加速度分布

根據上述分析便可得到選粉機系統閾值及故障表。

表1 選粉機系統閾值及故障表

2 結語

立式輥磨機是當今水泥生產線應用非常廣泛的一類粉磨機。筆者根據立磨深度感知和智能監測與診斷系統平臺，重點分析了磨機殼體的模態和隨機振動,建立了選粉機系統閾值及故障表，滿足了對立式輥磨機等大型水泥生產裝備信息化、智能化以及安全可靠運行的需求，提升了我國水泥裝備在國際市場的技術競爭能力，帶來了可觀的經濟效益。

[1]基于光纖光柵傳感器的粉磨監控及診斷系統可行性研究的準備.中材建設有限公司,2011,8.

[2]第二代節能環保新型干法水泥生產技術與裝備實施方案.天津水泥工業設計研究院有限公司,2011,4.