基于ANSYS的大型混合機滾圈的數值模擬研究

張立華

摘 要：混合機由圓筒本體、托輪和擋輪、傳動裝置、潤滑系統、灑水裝置、頭尾溜槽與罩體等部分組成。根據國內外混合機資料的相關介紹，混合機在滾圈的結構上略有區別。因此需要對不同橫截面的滾圈施加同樣的負載進行對比研究，計算兩種結構的托圈受力狀況及大小，根據分析結果確定新型結構是否可行。本文采用ANSYS分析軟件對滾圈及其托圈進行分析計算。其結論對混合機滾圈的設計與改進具有一定的理論指導意義。

關鍵詞：混合機；ANSYS；數值模擬

中圖分類號：TH141 文獻標識碼：A

0.前言

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

本文采用有限元分析軟件ANSYS對混合式滾圈進行強度分析，并對分析結果進行評估以確定其是否滿足強度要求，提出結構改進的方案和建議。

1.混合機滾圈的強度分析

1.1 混合機滾圈的模型與邊界條件

滾圈與托輥兩種結構均采用六面體實體單元（SOLID45）劃分，滾圈和托輥接觸部位定義接觸單元（TARGE170、CONTA174），網格尺寸100mm截取整個混合機的一部分進行有限元計算，國外資料混合機結構生成單元一共24708個，節點41434個，有限元模型的有限元模型分別如圖2所示。混合機的邊界條件示意圖如圖3所示。

1.2 計算仿真結果

提取有限元分析軟件ANSYS的后處理結果得到了混合機在運行工況條件下的應力分布云圖和變形分布圖分別如圖4、圖5所示。混合機結構滾圈接觸部位切片應力分布圖如圖6所示。

結論

（1）采用有限元分析軟件ANSYS對大型混合機滾圈的強度進行分析計算，在按照實際運行工況對其進行邊界條件的定義并施加載荷的條件下得到應力分布和變形等強度分析結果。結果顯示最大應力通常集中在滾圈的接觸位置。（2）經過分析計算可知，滾圈的最大應力為5.93MPa，混合機的整體最大變形為0.0281mm。（3）在設計中應對滾圈接觸位置的局部結構進行優化，降低此位置的應力集中。

參考文獻

[1]《活塞式壓縮機設計》編寫組.活塞式壓縮機設計[M].北京：機械工業出版社，1974.

[2]郁永章.容積式壓縮機[M].北京：機械工業出版社，2000.