En tant que composant essentiel de la transmission, l'arbre principal d'un concasseur-en particulier, sa répartition des contraintes-a un impact direct sur la durée de vie et la stabilité opérationnelle de l'équipement. Cet article étudie les modèles de répartition des contraintes de l'arbre principal du concasseur grâce à une approche combinée impliquant une analyse théorique, une simulation numérique et une vérification expérimentale, fournissant ainsi une base de référence pour l'optimisation de la conception et l'évaluation de la sécurité.
1. Base théorique de la répartition des contraintes sur l’arbre principal
Pendant le fonctionnement, l'arbre principal est soumis à des charges complexes, notamment des forces de torsion, des forces de flexion et des forces d'impact. Selon les principes de la mécanique des matériaux, la répartition des contraintes est principalement influencée par les facteurs suivants :
(1) Propriétés du matériau : le module élastique, le coefficient de Poisson et la limite d'élasticité déterminent la résistance à la déformation de l'arbre principal.
(2) Structure géométrique : des caractéristiques telles que des variations du diamètre de l'arbre, des rainures de clavette et des congés de transition peuvent conduire à des concentrations de contraintes localisées.
(3) Caractéristiques de charge : les charges d'impact périodiques peuvent induire des contraintes alternées, accélérant ainsi les dommages dus à la fatigue.
2. Méthodologie de simulation numérique
Un logiciel d'analyse par éléments finis (FEA) a été utilisé pour construire un modèle 3D du puits principal ; les conditions aux limites ont été établies en tenant compte attentivement des conditions réelles de fonctionnement :
(1) Contraintes : des contraintes fixes ont été appliquées aux emplacements des supports de roulements.
(2) Application de la charge : le couple nominal a été appliqué à l'extrémité de l'entraînement, tandis qu'une force de réaction d'écrasement équivalente a été appliquée à l'extrémité de la chambre de concassage.
(3) Génération de maillage : un raffinement local du maillage a été appliqué aux zones sujettes à la concentration de contraintes pour garantir la précision des calculs.
Les résultats de la simulation ont révélé que la contrainte maximale se produit à la racine de la rainure de clavette et à la transition entre l'épaulement de l'arbre et le corps de l'arbre ; l'ampleur de cette contrainte peut atteindre 60 à 70 % de la limite d'élasticité du matériau.
3. Schéma de vérification expérimentale
Pour valider la fiabilité des résultats de simulation, la procédure expérimentale suivante a été conçue :
(1) Emplacement des jauges de contrainte : des rosettes de contrainte triaxiales ont été fixées à des emplacements clés sur la surface de l'arbre principal.
(2) Test de charge : un capteur de couple a été utilisé pour surveiller le couple de fonctionnement réel, en maintenant l'erreur de mesure à ± 5 %.
(3) Acquisition de données : Une jauge de contrainte dynamique a été utilisée pour enregistrer les courbes de variation de contrainte à différentes vitesses de rotation.
Une comparaison des données expérimentales avec les résultats de simulation a démontré que l'écart dans les régions de concentration de contraintes était inférieur à 8 %, validant ainsi la précision du modèle.
4. Mesures d'optimisation du stress
Sur la base des résultats de la recherche, les schémas d'amélioration suivants sont proposés :
(1) Optimisation structurelle : remplacez l'épaulement de l'arbre à angle droit- par une transition de congé arrondie, avec un rayon d'au moins 20 % du diamètre de l'arbre.
(2) Amélioration du processus : appliquez un brunissage au rouleau au bas de la rainure de clavette pour améliorer la contrainte de compression résiduelle en surface.
(3) Mise à niveau du matériau : sélectionnez un acier allié à haute-résistance avec une limite d'élasticité supérieure à 800 MPa.
Les tests post-de mise en œuvre ont indiqué que la valeur de contrainte maximale a été réduite d'environ 15 % et que la durée de vie estimée en fatigue a augmenté de 30 %.
5. Recommandations d'entretien
Pour prolonger la durée de vie de l'arbre principal, les mesures suivantes sont recommandées :
(1) Inspection périodique : effectuez des tests de particules magnétiques toutes les 2 000 heures de fonctionnement.
(2) Gestion de la lubrification : maintenir une lubrification appropriée du boîtier de roulement pour minimiser les contraintes de flexion supplémentaires.
(3) Surveillance de la charge : installez un système de surveillance des vibrations en ligne pour détecter les charges anormales en temps opportun.
Conclusion:
Cette étude a analysé systématiquement les caractéristiques de répartition des contraintes de l'arbre principal d'un concasseur. En combinant simulation numérique et validation expérimentale, les zones critiques de concentration de contraintes ont été clairement identifiées. Les schémas d'optimisation proposés améliorent efficacement l'état de répartition des contraintes et fournissent une référence technique pour l'amélioration de la conception d'équipements similaires. Des recherches futures pourraient étudier plus en détail les effets de couplage entre le champ de température et le champ de contrainte.
