HZS150型攪拌站攪拌軸的ANSYS分析和模擬

【摘要】為提升產(chǎn)品的性能，筆者依據(jù)滕州市混凝土攪拌站建設(shè)發(fā)展中遇到的問題，并以HZS150鋼結(jié)構(gòu)攪拌站為載體，對(duì)攪拌站攪拌軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了ANSYS分析和模擬。

【關(guān)鍵詞】攪拌軸；ANSYS分析；模擬

1.緒論

筆者依據(jù)滕州市混凝土攪拌站建設(shè)發(fā)展中遇到的問題，本文以JS3000E攪拌主機(jī)的攪拌軸為研究對(duì)象，采用Pro/E軟建模，進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析。本選用ANSYS軟件分析攪拌主機(jī)的攪拌軸。

2.攪拌軸的計(jì)算參數(shù)

（1）攪拌軸主要外形尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（如圖1所示）

（2）荷載

①恒載—作用于攪拌軸上的固定荷載。

②活荷載—作用于攪拌站上的可變荷載。

（3）主要材料

軸材料的鋼號(hào)為45；計(jì)算密度：理論值為7.85t/m3；彈性模量。

3.攪拌軸的建模與分析

3.1 空間靜力分析有限元的模型

（1）分析

在有限元分析受力情況的時(shí)候，結(jié)構(gòu)的空間特性不能忽視必須考慮。建模的時(shí)候，本文按照結(jié)構(gòu)形式，利用Pro/E進(jìn)行整體建模。選用實(shí)體單元Solid 20 Node 95。在一開始建模時(shí)，按實(shí)際的結(jié)構(gòu)建模，可是由于是實(shí)體模型，在ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，不能進(jìn)行，查閱了一些資料后，知道了是由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力低造成的?？紤]到攪拌臂上的葉片受力情況對(duì)軸受力沒有很大的影響，所以采用了上圖的模型，簡化了結(jié)構(gòu)，這樣才能進(jìn)行分析。圖2所示為攪拌軸的空間計(jì)算模型。

（2）約束

在兩軸端采用全約束。在實(shí)際工作中是安裝軸承部位有約束，這樣在兩周端加全約束，實(shí)際上加強(qiáng)了軸上載荷，是偏于安全的。

（3）有限元模型（如圖3所示）

3.2 攪拌軸的荷載分析

由于攪拌軸的相對(duì)尺寸不大，所以自重就可以忽略了。其主要載荷是攪拌力對(duì)軸的扭矩和彎矩。因?yàn)樯a(chǎn)率較大、加料快，在加料時(shí)材料對(duì)葉片和軸的沖擊也需要考慮。

在工作時(shí)，每個(gè)攪拌臂上有6kw的攪拌功率，攪拌臂的長度是640mm，由P=FV=FRω[1]；

式中P=6000w為功率；

R=0.640m為攪拌臂半徑；

ω=7.3rad/s為角速度；

得出F=3530N。

（1）變形

將力加在攪拌臂的工作面上，即面16，39，47，61，77，91，105，122。軸的變形如4所示。在圖中可以看出攪拌臂頂端的變形最大，符合實(shí)際的情況。

（2）位移

由圖4.5可知，最大的位移量為0.27145mm。軸中間的變形最大，但其變形量是很小的，幾乎可以忽略。從變形的情況來看，軸的設(shè)計(jì)符合要求。

3.3 攪拌軸的應(yīng)力分布

在載荷的作用下，應(yīng)力分布如6所示。在圖中可以看出，軸的兩端應(yīng)力最大，應(yīng)力值小于安全值。

4.攪拌軸自振特性的分析

分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力模態(tài)的過程中，可以了解結(jié)構(gòu)整體性質(zhì)，也可得到振動(dòng)周期、振型參數(shù)。本課題在電腦上建模，得出攪拌軸的振型、計(jì)算攪拌軸的自振周期。

5.諧響應(yīng)分析

5.1 動(dòng)力分析的有限元模型

以攪拌機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)為依據(jù)，在X，Y，Z方向，都受到攪拌機(jī)帶來的簡諧荷載，這些載荷的特點(diǎn)是等頻率、不等幅值的。X向，2000N的幅值；Z向，1350N的幅值；Y向，一3375N的幅值；但是，如果XYZ一起施加同方向、不等的載荷，相位差將不復(fù)存在了。本課題分析計(jì)算出得FX、FY、FZ的簡諧載荷的計(jì)算公式如下：

Fx=2000sin（2πf）t

Fy=-3375sin（2πf）t

Fz=1350sin（2πf）t

5.2 動(dòng)力計(jì)算結(jié)果分析

動(dòng)力計(jì)算結(jié)果分析見圖7。

6.小結(jié)

筆者依據(jù)滕州市混凝土攪拌站建設(shè)發(fā)展中遇到的問題，并以HZS150鋼結(jié)構(gòu)攪拌站為載體，對(duì)攪拌站攪拌軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)其進(jìn)行ANSYS分析和模擬。雖然解決了一定的問題，但是由于是構(gòu)建模型實(shí)體模型，在ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)沒有達(dá)到預(yù)期的要求，由于是實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐水平受限，筆者沒有對(duì)系統(tǒng)做出相應(yīng)的優(yōu)化，期待進(jìn)一步的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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