微细粒矿用压滤机活动压板的有限元设计优化.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶 工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 微细粒矿用压滤机活动压板的有限元设计优化① 刘洋，马崇振，钟文利，柳衡琪，李远国 K 沙矿冶研究院l f 限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要采用有限，i 法对微细粒矿用压滤机活动压板进行设计优化，通过对其内部应力位移进行分析，并结合几何变量设置更加 快速地得到优化设计方案，为活动压板的结构没计提供参考。 关键词压滤机；微细粒矿；选矿；有限元；应力 ’ 中图分类号T D 4 6 2文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 3 2 8 0 3 随着微细粒矿产资源开发力度加大，微细粒矿用 压滤机在选矿工业应用领域中口显重要。这种新型的 矿用压滤机能够适用于微细粒矿产晶 精矿和尾矿 的脱水处理。微细粒级矿产品包括有各类金属矿的 精矿和尾矿、炼氧化铝的赤泥和电解锰渣等。 有限元法 F i n i t eE l e m e n tM e t h o d ，F E M 是随着计 算机的发展而迅速发展起来的一种计算方法，是一种 求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法l I 。 在机械工程中，有限元法已经作为一种常用的方法被 广泛使用‘2 ；。 活动压板部是压滤机核心组件之一，在压滤过程 中起到压紧滤板及保压的作用。 在活动压板部设计过程中，通过有限元分析方法 有助于优化设计方案，在满足强度的同时减轻零件质 量。在设计过程中，活动压板和托辊架为主要分析部 件，其结构相对其他零件较复杂一些，通过C A E 方法， 能有效地加快分析，提高没计效率1 。 1 三维模型的建立 活动压板部由活动压板、托辊、滤板和滤布压条组 成，如图1 所示。 啦布压条 滤板 托辊 舌动J 玉板 图1 三维模型图 通过j 维设计软件建立立体模型，能够更加方便 导人有限元分析软件中。 2 活动压板网格化前处理 如图2 所示，活动压板网格类型实体网格；所用 网格器标准网格；雅可比点4 点；单元大小3 0m m ； 公差1 ．5m m ；网格品质高；节总数1 0 16 0 2 ；单元总 数5 88 7 5 ；最大高宽比例1 0 ．9 9 2 ；带高宽比例的单元 百分比小于3 9 6 ．4 ；带高宽比例的单元 百分比大 于1 0 O ．0 0 6 7 9 ；屈曲单元 雅可比 0 。 图2 网格化活动压板 3 活动压板应力分析 设定分析类型为静态，对活动压板进行静力学分 析，取静态模拟条件为压滤过程中滤板保压时活动压 板的受力状态，这个状态下，活动压板正面受了矿浆对 滤板传递过来的压力，矿浆压力通常低于1M P a ，在分 析过程中设1M P a 为默认压力；而活动压板背部则通 过4 个螺栓固定在压紧机构t - ．。 3 ．1 受力情况及参数设定 1 固定与连接设定。设定活动压板的背部固定 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 - 3 0 作者简介刘洋 1 9 8 3 一 ，男．湖南岳阳人，硕士研究牛，I 程师，从事压滤装备与技术研究 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月 刘洋等微细粒矿用压滤机活动压板的有限元设计优化 面保持基于前视基准面垂直方向固定 即x 方向 ，以 及4 个螺栓孔基于前视基准面水平方向固定 即y 与 Z 方向 ，如图3 所示。 图3 固定与连接设置 2 载荷施加。在活动压板正面施加1M P a 压力。 3 材料设定。根据相关资料，H T 2 5 0 的质量密度 为73 4 0 ；弹性模量为1 ．5 5 1 0 1 1 ；泊松比为0 ．2 7 ，屈服 强度2 4 8 ．1 6 8M P a 。 3 ．2 求解结果分析 通过求解运行，可得到应力和位移求解结果。如 图4 ～5 所示，可见活动压板除了背部固定面4 个角存 在应力集中现象，其他地方应力情况均远低于屈服应 力。最大应力为2 8 4 ．9M P a ，超出屈服应力2 4 8 ．2 M P a ，此处可通过圆角处理解决应力集中现象，如图4 所示。最大位移为0 ．7 9 8m m ，位于活动压板正面的4 个角上，如图5 所示。 图4 主应力分布图解 图5 合位移分布图解 羼三j 誊 4 优化设计 4 ．1 几何尺寸离散值参数及监测设定 定义正面厚度、外围厚度、内筋厚度、支撑板宽度 和支撑板厚度为几何变量。图6 所示为5 个几何变量 的初始值。 图6 几何尺寸参数选择 l i 嘶曙度； b 外} f ；I 厚度； 1 2 内筋厚度； d 支撑板宽度 乏撑板呼度 设置传感器监测最大主应力及最大合位移如图 7 所示 囊叠量 允．曼熙⋯⋯⋯⋯． 乌童1 - 岛位移 h_ ，t ”s c 二应勺 v 厶，≈i j 苗位移 髑O e - ．O 值使用P ∞但 雎 、，，A { } ■巷．。一。”n 5 ， 目墨墨商氯口丽- ●_ _ _ ，’目’j i ⋯⋯一⋯ 割梗型是土I 直 ’ 刨撞翟最 滴 图7 传感器设定 4 ．2 极值结果及图解 通过运行分析所有预设方案，求解到如表1 所示 最大主应力和最大合位移结果。 4 ．3 优化结果分析 求解没定除初始情形以外的7 种情形，通过分析 最大丰应力和最大合伉移趋势图 图8 ，可见情形2 没置2 为最优，可见在正面厚度减薄至2 5m m 的情 万方数据 3 3 0矿冶工程 第3 2 卷 表l 多方案分析结果 项目当前初始情形l情形2情形3 情形4情形5 情形6情形7 正面厚度 3 0m m3 0r l l l n3 0m i l l2 5t o n i2 5f i l m2 5m m 2 5m m 3 0m m3 0m 外围厚度 3 0f i l m3 5 舢3 5 栅4 0m m3 5 栅3 0f i l l n 3 0i n r n3 0i p ．m 3 0m m 内筋厚度 3 0m m 3 5m m3 5m m4 0m m 3 5m m3 0m m3 0f i l m 3 0r r l r a3 0m m 支撑板宽度 6 0m m6 0m m6 0f i l m6 0m m6 0m r n 6 0r f i l T l4 0r a i n 加m m6 0m m 支撑板厚度 3 0m m3 5i n t o3 5m m4 0m i l l3 5m3 0m r l f l 3 0f i r f l3 0r a m 3 0m m 应力l 3 4 4 ．6 32 8 4 ．9 2 8 9 ．6 6 2 6 3 ．5 92 8 3 ．6 83 1 1 ．9 3 3 6 4 ．8 43 6 2 ．1 6 3 4 4 ．6 3 位移l 0 ．8 4 4 70 ．7 9 7 60 ．7 9 7 90 ．7 7 6 6 0 ．8 1 4 90 ．8 6 3 00 ．9 6 6 3 0 ．9 4 6 70 ．8 4 4 7 ⋯‘．／ ，一‘⋯． ＼ f ＼ } ⋯ f ／ ／ 、一， ＼ ／ ／ 设置l 设置2 设置3 设置4 设置5 设置6 设置7 情形 k ／j ‘＼ ；／ 卜 ／ ；／r 7f ／ 、 ／ ， ．＼ ／⋯ 没置2 没置3 设鬻4 设氍s 设置6 设置7 情形 图8 应力与位移趋势图 况下，加厚其他4 个几何变量到4 0m m ，能够更加满足 强度要求，最大主应力降为2 6 3 ．5 9M P a ，如图9 ，最大 合位移将为0 ．7 7 6 6m m ，如图1 0 。通过质量属性查 询，情形2 下的活动压板的质量从初始值l2 6 6 ．2 1k g 减小为12 4 6 ．4 3k g 。 5 结语 1 通过活动压板内部的主应力和位移分布情况， 发现应力集中部位为固定面4 个角部。 2 通过设定几何尺寸变量，对活动压板结构进行 调整，主应力和合位移状态得到进一步优化，压板质量 也从12 6 6 ．2 1k g 减小为l2 4 6 ．4 3k g 。 口1 釜 群 图9 主应力分布图解 图1 0 合位移分布图解 酗 簦 3 通过有限元数值分析方法，能够有效便捷地分 析压滤机设备中一些结构较为复杂的零部件，加快设计 效率。随着现代工业和计算机技术的发展，C A D ／C A E 的应用将越来越广泛，求解结果将更加快速而精确。 参考文献 [ 1 ]贺世正，赵科，杨 健．厢式压滤机滤板的有限元应力分析 [ J ] ．流体机械，2 0 0 2 1 ． [ 2 ]马振剐，李建明，刘椭楠．等．M Q Y 6 0 9 5 型球磨机开发与关键结构 有限元分析[ J ] ．矿山机械，2 0 1 1 4 ． [ 3 ]徐必勇，罗 铭，董春玉，等．固定式破碎机虚拟样机的设计与仿 真研究[ J ] ．建筑机械。2 0 0 9 1 7 ． 瑚姗珊瑚瑚瑚m姗瑚抛瑚枷 万方数据