Для вирішення проблем обробки, пов’язаних із слабкою жорсткістю тонкостінного-барабана-промивної машини для руди, зокрема його сприйнятливості до деформації та тріскання під час затискання та обробки, що погіршує якість поверхні-, було застосовано аналіз кінцевих елементів для оптимізації конструкції раціонального, економічно-ефективного та ефективного опорного пристосування. Ця ініціатива покращила процес виробництва тонкостінного-барабана, підвищила ефективність обробки та ефективно знизила виробничі витрати.
01
вступ
Промивна машина для руди є важливою частиною обладнання в переробці корисних копалин, яка зазвичай використовується на підготовчому етапі-перед дробленням, магнітною сепарацією та флотацією-для відмивання грудок глини або гравію з руди. Рудомийка розміром 2,1 × 4,5 м, представлена в цьому проекті, була спеціально-спроектована та виготовлена для закордонного клієнта. Його структура складається з кількох ключових компонентів, включаючи секцію подачі, секцію барабана, вузол приводу, вузол опорного ролика, вузол опорного ролика та корпус редуктора; сам барабан є основним компонентом машини. Основною структурною характеристикою цього барабана є його тонка стінка-завтовшки лише 12 мм-, що класифікує його як тонкостінний-барабан низької{12}}жорсткості порівняно зі стандартними компонентами барабанного-типу. Основною проблемою при обробці таких мало{15}}жорстких барабанів є недостатня жорсткість, що робить контроль деформації критичним [1, 2]. Під час затискання та механічної обробки барабан схильний до стукоту, що може призвести до відхилень розмірів і геометричних допусків [3] і погіршити якість поверхні. Крім того, існує невідповідність між станом барабана під час обробки та його станом під час фактичної роботи: у той час як затискання передбачає закріплення кінців, барабан підтримується двома опорними кільцями (шинами) під час обслуговування.
Традиційні рішення для обробки барабанів із низькою{0}}жорсткістю зосереджені на підвищенні жорсткості, щоб мінімізувати деформацію, спричинену силами затискання машини та силами різання. Раніше наша компанія виготовляла рудопромивну машину з подібною конструкцією в 1995 році; однак через технологічні обмеження того часу аналіз жорсткості тонкостінного барабана в основному покладався на минулий досвід і обмежувався якісною оцінкою. План процесу на той час передбачав розробку опорного кріплення для посилення жорсткості барабана; це пристосування використовувало структуру, схожу на затискач, закріплену навколо зовнішнього кола на обох кінцях барабана, доповнену осьовими опорами, розташованими на внутрішній стінці. За допомогою цього інструменту було підвищено жорсткість циліндра, що дозволило успішно завершити процес обробки та виготовлення. Однак інструменти важили 2035 кг-майже стільки ж, скільки сам циліндр промивача руди (2813 кг)-, що призвело до низької економічної ефективності.
02
Структура тонкостінного циліндра промивної машини
Циліндр є ключовим компонентом вузла рудопромивача, що має невід'ємну зварну конструкцію, де стінка циліндра приварена до торцевих кришок. Внутрішні реберні структури відрізняються між двома кінцями: кінець подачі має більший отвір, більшу кількість ребер і відносно складну структуру; випускний кінець має менший отвір, менше ребер і простішу структуру. Стінка циліндра виготовлена зі сталі Q345B товщиною 12 мм, максимальним зовнішнім діаметром 2124 мм, довжиною 4819 мм і внутрішнім діаметром 2100 мм; він важить 2813 кг. Області, які потребують механічної обробки, включають дві зовнішні циліндричні поверхні (зовнішній діаметр 1 і зовнішній діаметр 2), які стикаються з опорними кільцями, а також поверхню фланця на кінці подачі (див. рис. 1). Для зовнішніх діаметрів 1 і 2 розмір становить Φ2,124 мм, з перпендикулярністю до торцевої поверхні 0,025 мм, коаксіальністю Φ0,15 мм і шорсткістю поверхні Ra=3.2 мкм.
Рисунок 1: Тривимірна модель циліндра
03
Оптимізація схеми опорного інструменту для тонкостінного циліндра промивної руди
3.1 Технічний підхід до схеми циліндра
Програмне забезпечення Autodesk Inventor було використано для виконання аналізу кінцевих елементів (FEA) на циліндрі для всебічної оцінки його жорсткості. Моделювання деформації було проведено як для стану власної ваги-циліндра, так і для стану, в якому він затиснутий на верстаті. На основі результатів аналізу деформації було розроблено план виробничого процесу, оптимізовано структуру інструменту та розроблено нову конструкцію інструменту для підтримки циліндра.
3.2 Твердотелементне моделювання циліндра методом кінцевих елементів
Тривимірну модель було створено з використанням підходу «зсередини-назовні» на основі структурної конфігурації циліндра. Під час моделювання конструкція циліндра була спрощена, і були зроблені наступні припущення:
1) Опорні компоненти на обох кінцях циліндра мають достатню жорсткість.
2) Такі дефекти, як неповне зварювання або тріщини в зварних швах циліндра, не враховуються. 3) Зміни властивостей матеріалу в зварних швах циліндра не враховуються; матеріал шва вважається ідентичним до основного [4, 5].
3.3 Розрахунок навантаження та налаштування граничних умов
У процесі розрахунку зовнішні навантаження, що діють на циліндр, складаються в основному з двох компонентів: конструктивної ваги самого циліндра та затискної сили, що чиниться центром верстата. На основі параметрів компонентів і специфікацій верстата-і після ознайомлення з посібником до верстата-було визначено, що сила затиску центру становить 20 кН.
Виходячи з досвіду виробництва циліндричних компонентів, глибина різання під час обробки мінімальна, а вплив сил різання незначний; тому вплив сил різання на деформацію циліндра не аналізується. На основі цього комплексного аналізу граничні умови та налаштування навантаження для циліндра встановлюються наступним чином:
(1) Навантаження на циліндр: розглядаються два випадки навантаження. По-перше, в статичному стані враховується тільки власна вага циліндра. По-друге, у стані-затиснутого верстата враховується сила затиску від центру верстата та сила затиску від губок патрона; всі інші навантаження не враховуються.
(2) Граничні умови: у статичному стані вертикальне зміщення на обох кінцях циліндра обмежене, тоді як осьове зміщення залишається вільним для обчислення само{1}}деформації циліндра. У стані -затиснутого верстата осьові та радіальні зміщення обмежені на одному кінці, тоді як вертикальне зміщення обмежене, а радіальне переміщення залишається вільним на іншому кінці, імітуючи умови навантаження під час затискання у верстаті.
3.4 Метод кінцевих елементів деформації циліндра
(1) Деформація в статичному стані: сила тяжіння застосовується до циліндра, а аналіз скінченних елементів використовується для обчислення деформації вздовж осей X, Y і Z; деталі показано на малюнках 2-4.
Зображення
Рисунок 2. Деформація циліндра вздовж осі X-в статичному стані
Зображення
Рисунок 3 Деформація циліндра вздовж осі Y-в статичному стані
Зображення
Рисунок 4 Деформація циліндра вздовж осі Z- в статичному стані
(2) Деформація в -затиснутому стані машини: осьові та радіальні навантаження застосовуються до циліндра, а аналіз скінченних елементів використовується для розрахунку деформації вздовж осей X, Y і Z під час затискання у верстаті; деталі показано на малюнках 5-7
Рисунок 5. Деформація циліндра вздовж осі X- під час закріплення
рис
Рисунок 6. Деформація циліндра вздовж осі Y- під час затискання
рис
Рисунок 7: Деформація циліндра вздовж осі Z- під час закріплення
Результати аналізу методом кінцевих елементів для моделі циліндра-як у статичному стані, так і під час обробки в затиснутому стані-наведено в таблиці 1.
Таблиця 1: Результати аналізу методом кінцевих елементів для циліндра за різних умов (Одиниці вимірювання: мм)
рис
Аналіз даних, порівняння та дослідження привели до наступних висновків: циліндр демонструє мінімальну деформацію в статичному стані, тоді як значна локалізована деформація відбувається на обох кінцях циліндра під час процесу обробки в затиснутому стані.
04
Допоміжна схема інструментів і процес перевірки для тонкостінного циліндра промивної руди
4.1 Оптимізована схема інструменту
На основі низьких-характеристик жорсткості циліндра було розроблено нову схему опорного інструменту (див. малюнки 8 і 9). Ця схема оснащення складається з набору з чотирьох кільцевих опор, встановлених на менш жорстких ділянках внутрішньої стінки циліндра. Зовнішній діаметр кільцевих опор регулюється для полегшення монтажу, а інструмент важить 150 кг. Кожна кільцева опора складається з трьох дугоподібних пластинчастих сегментів, сполучних пластин, болтових кріплень і клинів. Сусідні сегменти дуги з’єднані болтами; зовнішній діаметр можна регулювати локально, змінюючи відстань між з'єднувальними отворами. Після регулювання вузол затягується за допомогою клинів, а потім повністю закріплюється болтовими кріпленнями.
рис
Малюнок 8: Інструмент опори циліндра
рис
Малюнок 9: Схема встановлення опорного інструменту циліндра
1-Прокладка 2-Кінець задньої бабки верстата 3-Центр задньої бабки
4-Кільцевий опорний інструмент 5-Заготівля 6-Затискний кулачок 7-Кінець передньої бабки верстата
Щоб тонкостінний циліндр промивної машини не деформувався під час обробки, потрібно вжити таких заходів:
1) Під час зварювання заготовки циліндра кільцева опорна оснастка приварюється до внутрішньої стінки циліндра; після процесу зварювання циліндр-разом із кільцевими опорами-проходить-відпал для зняття напруги в печі. Оскільки кільцева опора приварюється до корпусу циліндра перед відпалом, власна жорсткість циліндра підвищується, таким чином запобігаючи деформації під час-процесу відпалу для зняття напруги.
2) Чотири опорні пластини були встановлені на патроні на кінці передньої бабки для підтримки торцевої поверхні циліндра, забезпечуючи затискні губки захоплювали зовнішню поверхню циліндра в потрібному місці. Набір кільцевих опорних пристосувань був встановлений на внутрішній стінці прямо навпроти точок контакту між затискними губками та зовнішньою поверхнею циліндра, щоб запобігти деформації, викликаній силою затиску. Для сполучення між заготовкою та центром задньої бабки розроблено технологічний блок; Вимоги до конструкції цього блоку полягали в тому, що його зовнішні розміри повинні відповідати обробці центрального отвору, а сам центральний отвір мав бути визначений на основі центрального кута верстата та маси заготовки.
4.2 Процес перевірки
Після виконання вищезазначених технологічних заходів було проведено пробну обробку після закріплення циліндра на верстаті. Для перевірки биття циліндра використовували стрілочні індикатори; точність вирівнювання виявилася меншою за 1 мм, що повністю задовольняє вимогам плану обробки. Ця точність вирівнювання в основному відповідала точності зварної заготовки циліндра, підтверджуючи, що деформація під час процесу затискання була мінімальною. Процес обробки циліндра та готовий компонент показані на малюнках 10-12.
Зображення
Рисунок 10 Чорнова та чистова обробка циліндра
Малюнок 11 Блок процесу на інтерфейсі з верстатним центром
Рисунок 12 Готовий циліндр
Завдяки застосуванню оптимізованої схеми опорного інструменту для циліндра було успішно виготовлено тонкостінний-циліндр для рудопромивача. Перевірка підтвердила, що всі параметри точності відповідають специфікаціям креслення. Оптимізовану опорну схему перевірено на практиці, що також підтвердило точність результатів кінцево-елементного аналізу (FEA) для циліндра.
05
Висновок
Завдяки кінцево-елементному аналізу аналіз жорсткості тонкостінного-циліндра рудопромивача було піднесено з емпіричного, якісного підходу до кількісного. Це значно покращило якість дизайну виробничого процесу та створило оптимізоване рішення для інструментів підтримки, яке є раціональним, економічно-ефективним і ефективним. Практична перевірка демонструє, що цей підхід ефективно знижує витрати на обробку та скорочує виробничі цикли; він забезпечує наукову основу для виробництва подібних продуктів і пропонує цінну довідку для інших порівнянних товарів.
