筒式鋼球磨煤機（簡稱球磨機）對煙煤、無煙煤、褐煤及貧煤均可磨制，特別是對“三塊”（木塊、石塊、鐵塊）不敏感，這是其它磨煤機無法比擬的。因此，無論國內還是國外，球磨機至今仍是火電廠制粉系統的關鍵設備，也廣泛用于水泥生產、選礦和化工等行業。近年來，DTM350/600型球磨機端蓋發生多起斷裂事故，造成重大經濟損失，引起生產廠家、用戶和主管部門的高度重視。為解決端蓋斷裂問題，先對原端蓋進行了有限元分析。根據分析結果和建議，生產廠家重新設計并為用戶更換了新端蓋。之后，對新端蓋的靜應力和動應力進行有限元分析，并在陡河發電廠進行了動應力實驗測定。擬根據測試結果，求出滿載時的最大差值動應力，并和有限元計算結果進行比較，在此基礎上，對新端蓋的強度進行了分析，以確定其安全系數，供生產廠家和用戶參考。
1、端蓋動應力計算
1.1有限元計算模型
將球磨機視為由端蓋及簡體組成的回轉殼體，視端蓋、簡體、襯板及螺旋管（簡稱結構）的重力及磨介重力為重力載荷，勻速轉動中因結構及磨介的慣性而產生的載荷視為離心載荷。不計齒輪傳動及軸承的磨擦力，在重力載荷及離心載荷共同作用下產生的應力視為端蓋的動應力。考慮對稱性，用位于中間位置的橫向對稱面及位于豎直方向的殼體縱向對稱面截取殼體的1/4建立有限元計算模型，如圖1所示。計算在586微機上進行，使用Super SAP大型有限元綜合分析軟件。
1.2有限元計算結果
取磨介裝填重量分別為0t、20 t、40 t及60 t（滿載），在重力載荷及離心載荷共同作用下分別對端蓋的動應力進行計算。計算結果表明，4種工況下最大應力點均位于軸頸根部（過渡圓角部位）下方，滿載時最大相當應力為53.10 MPa。滿載時與該點處丁同一環向線上各點的相當應力值如表1所示（0°為最大應力點）。
由表1可以看出，最小動應力發生在67.55°，為3.16 MPa。表1中的應力值亦可看作最大應力點在旋轉過程中處于不同位置時的相當應力值。因此，最大差值動應力為49.94 MPa(最大動應力與最小動應力之差)。
2、端蓋動應力的現場實測
由丁球磨機工作條件惡劣，用接觸式測定法難于保證精度，采用非接觸式，即遙測法對端蓋的動應力進行測量。遙測工作委托原機械工業部機械科學院遙測室協助，在陡河電廠7丙磨上進行。
為了測得端蓋的實際應變（應力），需要在其不受任何載荷時貼好應變計，這很難做到。因為即使將磨介全部取出，結構的自重仍然存在。由于陡河電廠的大力配合，加上7丙磨正好更換新端蓋，在落罐前（將整個球磨機支起）就將應變計貼好，因此測得的數據較真實。
端蓋過渡圓角部位應變測定采用電阻應變計，即應變花為傳感器。應變花由三枚電阻應變片組成，如圖2所示。
實驗測定先后進行了端蓋的靜應變測定和動應變測定。靜應變測定在落罐完成時進行，動應變測定分別在球磨機空載試運行、半載試運行和滿載試運行時進行。
根據測得的應變值，通過計算，滿載時最大差值動應力為53.32 MPa，與前述按有限元計算確定的最大差值動應力相比高6.38 MPa，考慮實測中，磨介裝填量未能精確測定，計算值與實測值可以認為吻合程度較好。
3、端蓋安全系數的確定
3.1 材料的疲勞極限
根據計算和實測結果，可以認為球磨機端蓋為在交變應力作用下工作的構件。考慮由簡體自重（包括襯板）引起的靜應力很小(不超過6.24 MPa)，其循環特性可看作對稱循環。根據JB1406-74，球磨機進出料端蓋材料應符合ZG270 - 500(舊牌號為ZG35)鑄鋼件的規定，要求端蓋為I級鑄件，主要力學性能見表2。
4、結束語
新設計制造的DTM350/600球磨機端蓋至今安全運行（1995年7月投入運行）。以每年工作8 000 h計算，應力循環次數己超過5×107（球磨機轉速為17.6 r/min），即己超過測定疲勞極限的應力循環次數N。= 107。這表明分析是正確的。若端蓋制造時符合有關技術要求，保證鑄件質量和加工精度，新端蓋滿足強度條件。用戶只要按操作規程運行，不會發生斷裂事故。
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