Описание к проекту

Выпускная квалификационная работа на тему «Проектирование мель-ницы мокрого самоизмельчения руд с комплексной модернизацией в CAD/CAM/CAE системе NX4 (комплексный)».
Важной задачей развития современной цементной промышленности является разработка нового и, что немаловажно, модернизация уже имеюще-гося оборудования, в том числе оборудования для переработки сырьевых ма-териалов.
Для переработки сырьевых материалов в шлам на цементных заводах применяется мельница мокрого самоизмельчения «Гидрофол», широкие воз-можности для модернизации и простота конструкции которой в сочетании с высокими эксплуатационными показателями обеспечивают возможность длительной эксплуатации ее в условиях нехватки и дороговизны нового тех-нологического оборудования.
Пройдя предварительную обработку, исходные материалы поступают в мельницу мокрого самоизмельчения «Гидрофол», где перерабатывается в шлам. Затем шлам домалывается в сырьевых мельницах, усредняется в шламбассейнах и поступает во вращающиеся печи, где обжигается в клин-кер. Клинкер перерабатывается в готовый продукт – цемент и отправляется в силосы для хранения и отгрузки.
К недостаткам машины следует отнести скапливание в барабане мель-ницы частиц материала слишком мелких для того, чтобы участвовать в про-цессе измельчения, а также недостаточную надежность цапфовых опор.
С целью увеличения производительности предложена модернизация барабана мельницы. Предлагается установить радиальную решетку, состоя-щую из отдельных колосников.
Решетка работает следующим образом. При вращении барабана лиф-теры поднимают куски материала, а затем сбрасывают их на материал как в обычной мельнице. Комья материала крупных и средних размеров поднима-ются колосниками и не гасят взаимных ударов крупных и средних комьев.
Данная модернизация мельницы обеспечивает повышение эффектив-ности измельчения.
С целью повышения надежности работы цапфового подшипника предложена модернизация вкладыша подшипника. Предлагается сместить центр сферической поверхности вкладыша относительно оси симметрии ме-жду буртами цапфы барабана мельницы.
В условиях развития современных технологий стало возможным ко-ренным образом изменить подход к разработке проектной документации, осуществлению контроля за ходом выполнения работ, установлению связи «начальник-подчиненный». В данной квалификационной работе впервые бы-ла реализована технология разработки проекта с использованием PLM сис-темы Teamcenter(ТС), что дало возможность осуществлять коллективную ра-боту над проектом, был обеспечен быстрый доступ к необходимым данным. Использование системы ТС позволило быстро вносить изменения в структу-ру проекта, выявлять ошибки, вносить изменения в цифровой макет изделия.
Цифровой макет мельницы построен нами в CAD/CAM/CAE системе NX4 под управлением PLM системы Teamcenter фирмы Siemens PLM Software. Для расчетов было выбрано приложение ANSYS.
Был разработан полный цифровой макет мельницы, включающий в себя загрузочное устройство, барабан с внутримельничными устройствами, цапфовые подшипники, разгрузочное устройство, приводной венец, установ-ку приводной шестерни, основной и вспомогательный приводы, систему подъема барана.
Общее количество деталей в сборке: 7732
Количество оригинальных деталей: 471
Количество подсборок: 62
Количество уровней подсборок: 4
В рамках дипломного проекта был выполнен прочностной статиче-ский расчет идеализированной сборки барабана мельницы в ANSYS. Идеали-зация цифрового макета заключается в исключении из него некоторых эле-ментов, не использующихся при расчете, но заметно «утяжеляющих» его. Так, например, из геометрии исключаются фаски и некоторые скругления. Это позволяет избежать излишнего сгущения сетки конечных элементов. Идеализированная геометрия была экспортирована в ANSYS, где на нее была наложена сетка конечных элементов, приложены заранее рассчитанные по имеющимся методикам нагрузки, задан материал, наложены ограничения.  
К барабану были приложены следующие нагрузки: вес барабана и торцевых крышек с футеровкой:   вес загрузочной цапфы с загрузоч-ной втулкой:   вес разгрузочной цапфы с разгрузочной втул-кой:   вес зубчатого венца:   вес бутары:   вертикальная составляющая силы, действующей на бара-бан со стороны пульпы при установившемся движении:  Ба-рабан загрузочной и разгрузочной цапфами опирается на цапфовые подшип-ники. В качестве граничных условий выбираем цилиндрическую опору, с единственной степенью свободы – вращение вокруг оси барабана. По резуль-татам расчета были получены следующие данные:
- Максимальные деформации не превышают 0,12 мм;
- Максимальные напряжения составляют 14 МПа;
Это позволило нам сделать вывод о необходимости снижения толщины обе-чайки барабана мельницы. Дальнейшие прочностные расчеты показали целе-сообразность снижения толщины обечайки с 55 до 45 мм, что в итоге приве-ло к снижению металлоемкости конструкции на 1,5 тонны.
Расчет подшипника проводился по исходной и модернизированной моделям с целью определения влияния внесенной модернизации на прочно-стные характеристики рассматриваемого узла. Идеализированная геометрия обеих моделей была экспортирована в ANSYS, затем были наложены огра-ничения, сетка конечных элементов, а элементам модели был назначен мате-риал. В качестве граничных условий была выбрана жесткая заделка по опор-ной грани фундаментной плиты, что лишает выбранную грань возможности перемещения и вращения по всем осям. По результатам расчета можно сде-лать следующие выводы:
- Максимальные деформации в обоих случаях не превышают 0,25 мм;
- Максимальные напряжения  не превышают 13 МПа;
Полученные результаты показывают, что модернизированный подшипник имеет достаточную прочность.
Экономическая целесообразность модернизации рассмотренных нами узлов мельницы подтверждена экономическими расчетами.
Модернизация цифровых макетов описанных выше узлов производи-лась средствами ТС с помощью создания ревизий этих узлов и назначения правил их загрузки. Каждый объект ТС имеет уникальный номер, имя и имя ревизии. Мы копируем необходимый объект, изменяя имя его ревизии. Затем вносим в объект изменения (модернизируем) и сохраняем изменения. Теперь на исходный макет изделия ссылаются и модернизируемые и не модернизи-руемые объекты. Правило загрузки определяет первичность ссылки. Удобст-во данного метода состоит в том, что теперь не нужно хранить в базе данных два макета: до и после модернизации. Использование ТС позволяет всю ра-боту осуществлять в единой, централизованной, изолированной для доступа извне рабочей среде. С одновременным, между тем, доступом к ней с разных рабочих мест участников проекта. С возможностью быстрого поиска необхо-димых данных. С возможностью наглядной демонстрации результатов, что при коллективной работе над проектом позволяет:
1. Повысить эффективность контроля и как следствие качество вы-полнения задачи.
2. Повысить скорость выполнения поставленной задачи.

Проект выполнен в программах: NX4, Teamcenter2005, ANSYS v11