基于ANSYS的大型混合機(jī)滾圈的數(shù)值模擬研究

張立華

摘 要：混合機(jī)由圓筒本體、托輪和擋輪、傳動裝置、潤滑系統(tǒng)、灑水裝置、頭尾溜槽與罩體等部分組成。根據(jù)國內(nèi)外混合機(jī)資料的相關(guān)介紹，混合機(jī)在滾圈的結(jié)構(gòu)上略有區(qū)別。因此需要對不同橫截面的滾圈施加同樣的負(fù)載進(jìn)行對比研究，計算兩種結(jié)構(gòu)的托圈受力狀況及大小，根據(jù)分析結(jié)果確定新型結(jié)構(gòu)是否可行。本文采用ANSYS分析軟件對滾圈及其托圈進(jìn)行分析計算。其結(jié)論對混合機(jī)滾圈的設(shè)計與改進(jìn)具有一定的理論指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：混合機(jī)；ANSYS；數(shù)值模擬

中圖分類號：TH141 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.前言

混合機(jī)是利用機(jī)械力和重力等，將兩種或兩種以上物料均勻混合起來的機(jī)械設(shè)備。在混合的過程中，還可以增加物料接觸表面積，以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)；還能夠加速物理變化。常用的混合機(jī)分為氣體和低黏度液體混合機(jī)、中高黏度液體和膏狀物混合機(jī)、粉狀與粒狀固體物料混合機(jī)械四大類?；旌蠙C(jī)由圓筒本體、托輪和擋輪、傳動裝置、潤滑系統(tǒng)、灑水裝置、頭尾溜槽與罩體等部分組成。圖1結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)滾圈相比，可以較大地降低成本，因此，需要對兩種橫截面的滾圈結(jié)施加同樣的負(fù)載，計算兩種結(jié)構(gòu)的托圈受力狀況及大小，以精確的數(shù)據(jù)確定新型結(jié)構(gòu)是否可行。采用ANSYS分析軟件對滾圈及其托圈進(jìn)行分析計算，其中彈性模量為207GPa，泊松比為0.3.混合機(jī)材料為35鍛鋼，滾圈直徑4.4m。

本文采用有限元分析軟件ANSYS對混合式滾圈進(jìn)行強(qiáng)度分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行評估以確定其是否滿足強(qiáng)度要求，提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方案和建議。

1.混合機(jī)滾圈的強(qiáng)度分析

1.1 混合機(jī)滾圈的模型與邊界條件

滾圈與托輥兩種結(jié)構(gòu)均采用六面體實(shí)體單元（SOLID45）劃分，滾圈和托輥接觸部位定義接觸單元（TARGE170、CONTA174），網(wǎng)格尺寸100mm截取整個混合機(jī)的一部分進(jìn)行有限元計算，國外資料混合機(jī)結(jié)構(gòu)生成單元一共24708個，節(jié)點(diǎn)41434個，有限元模型的有限元模型分別如圖2所示?；旌蠙C(jī)的邊界條件示意圖如圖3所示。

1.2 計算仿真結(jié)果

提取有限元分析軟件ANSYS的后處理結(jié)果得到了混合機(jī)在運(yùn)行工況條件下的應(yīng)力分布云圖和變形分布圖分別如圖4、圖5所示?；旌蠙C(jī)結(jié)構(gòu)滾圈接觸部位切片應(yīng)力分布圖如圖6所示。

結(jié)論

（1）采用有限元分析軟件ANSYS對大型混合機(jī)滾圈的強(qiáng)度進(jìn)行分析計算，在按照實(shí)際運(yùn)行工況對其進(jìn)行邊界條件的定義并施加載荷的條件下得到應(yīng)力分布和變形等強(qiáng)度分析結(jié)果。結(jié)果顯示最大應(yīng)力通常集中在滾圈的接觸位置。（2）經(jīng)過分析計算可知，滾圈的最大應(yīng)力為5.93MPa，混合機(jī)的整體最大變形為0.0281mm。（3）在設(shè)計中應(yīng)對滾圈接觸位置的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低此位置的應(yīng)力集中。

參考文獻(xiàn)

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