破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)破碎軸強(qiáng)度分析

胡楊 張翠 李金寬

摘 要：作為破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)的重要部件，破碎軸是破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)的重要組成部分。本文根據(jù)破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)的工作原理和受載情況，以破碎軸為研究對(duì)象，利用有限元軟件ANSYS Workbench 對(duì)破碎軸進(jìn)行強(qiáng)度分析，得到破碎軸靜態(tài)變形云圖和應(yīng)力云圖，可知整個(gè)破碎軸的中心部位變形較大，打刀與空心軸的連接處和在右端軸承支撐位置的應(yīng)力最大。為破碎軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)；破碎軸；強(qiáng)度分析

隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)的日益發(fā)展，需要干燥的物料如：煤泥等，也逐漸增多，干燥工序已經(jīng)成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工序[ 1 ]。轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)是用于高水分物料烘干的大型設(shè)備，熱風(fēng)通過進(jìn)料端的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)，使轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)的溫度逐漸升高，高水分物料進(jìn)入轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)后，被旋轉(zhuǎn)的抄料板反復(fù)抄起，在使物料與熱風(fēng)充分接觸，而將水分汽化后蒸發(fā)，從而使物料達(dá)到干燥[ 2 ]。

為了提高轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)的效率，張德榜等根據(jù)物料的高濕高粘性分析了幾種打散裝置在轉(zhuǎn)筒式烘干機(jī)中的應(yīng)用[ 3 ]。馬曉錄等針對(duì)轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)內(nèi)活動(dòng)折彎抄板作用下撒料特性的研究，提出了一種轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)活動(dòng)折彎抄板的設(shè)計(jì)方法[ 4 ]。汪大雅等針對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)折彎抄板的不足，對(duì)逆流式烘干機(jī)、順流式烘干機(jī)折彎抄板進(jìn)行了改造[ 5 ]。

高水分物料在干燥過程中，會(huì)出現(xiàn)分散性差、易結(jié)塊、結(jié)塊后質(zhì)地較硬和質(zhì)量大等物理特性，干燥不充分，效率低，而且烘干機(jī)在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)堵料和卡死的現(xiàn)象。克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，一種破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)，即在傳統(tǒng) 烘干機(jī)的圓柱形轉(zhuǎn)筒內(nèi)部增加一根破碎軸[ 2，6 ]，如圖1所示，以增大物料與熱風(fēng)的接觸面積，增大水分的蒸發(fā)量，并且可以解決烘干機(jī)運(yùn)行過程中易結(jié)塊、干燥不充分，效率低、干燥速度慢、運(yùn)行過程中堵料和卡死的問題。

一、破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)的工作原理

破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)就是將破碎技術(shù)在回轉(zhuǎn)圓筒烘干機(jī)的應(yīng)用，在統(tǒng)轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)的基礎(chǔ)上，在筒體內(nèi)增加了一根破碎軸[ 2，6 ]。

轉(zhuǎn)筒和破碎軸傳動(dòng)裝置帶動(dòng)圓柱形轉(zhuǎn)筒和破碎軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，熱風(fēng)通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入轉(zhuǎn)筒內(nèi)，轉(zhuǎn)筒內(nèi)的溫度隨之緩慢升高，被旋轉(zhuǎn)的抄料板反復(fù)抄起進(jìn)入轉(zhuǎn)筒內(nèi)的物料，在物料抄起下落的過程中被高速旋轉(zhuǎn)的破碎軸上的打刀擊中打碎，物料與熱風(fēng)的接觸面積隨之增大，進(jìn)而增大了物料的水分蒸發(fā)量，以此循環(huán)，當(dāng)物料到達(dá)出料區(qū)時(shí)便順利從出料端的出料口出料，熱風(fēng)則從出風(fēng)口排出，完成整個(gè)烘干過程[ 2，6 ]。

二、破碎軸結(jié)構(gòu)

如圖2所示，為破碎軸結(jié)構(gòu)三維模型[ 7 ]，破碎軸的左右端軸為階梯狀空心軸，空心軸之間用鋼管焊接而成，破碎軸上設(shè)置8組打刀，共24個(gè)打刀，每一把打刀通過螺栓連接固定在空心軸上，每組打刀相鄰兩組錯(cuò)開30度均勻分布在空心軸的圓周上[ 2，6 ]。

三、破碎軸結(jié)構(gòu)有限元強(qiáng)度分析

根據(jù)破碎軸的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速，在破碎軸左端軸承接觸處一圈節(jié)點(diǎn)施加全約束，右端軸承接觸處一圈節(jié)點(diǎn)處施加周向和徑向約束[ 1 ]，放開軸向約束，利用ANSYS Workbench對(duì)破碎軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，其結(jié)果如圖3所示。

由圖3變形云圖可知，最大變形量為0.076715mm，發(fā)生在破碎軸的中心打刀的刀尖處，這是由于兩端軸承支撐的作用，整個(gè)軸的中心部位變形較大。

由應(yīng)力云圖可知，破碎軸的最大應(yīng)力發(fā)生打刀與空心軸的連接處和在右端軸承支撐位置，其值為8.7731MPa，因?yàn)樵谧蠖溯S承支撐處施加的是全約束，而在右端不對(duì)軸向施加約束，因此，當(dāng)對(duì)破碎軸施加載荷和轉(zhuǎn)速時(shí)，右端的軸承就會(huì)承受更大的作用力，并且打刀可以看做是懸臂梁結(jié)構(gòu)，與空心軸的連接處為其失效嚴(yán)重的位置。

四、結(jié)論

1）建立了破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)的三維模型，利用ANSYS Workbench對(duì)破碎軸結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行了分析，得出了變形云圖和應(yīng)力云圖。

2）破碎軸的中心部位變形量最大，打刀在與空心軸的連接處最容易發(fā)生失效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙巖峰.打散回轉(zhuǎn)干燥機(jī)主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2009.

[2] 李金寬，柳在鑫，張翠，等.破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)破碎軸諧響應(yīng)分析[J].煤礦機(jī)械，2016，37（3）：69-71.

[3] 張德榜，李凱杰.打散裝置在轉(zhuǎn)筒式烘干機(jī)中的應(yīng)用[J].創(chuàng)新科技，2014 （14）：74-75.

[4] 馬曉錄，張勇.轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)活動(dòng)折彎抄板設(shè)計(jì)方法研究[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，5：020.

[5] 汪大雅，張愛國(guó).抄板式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)揚(yáng)料板的改造[J].水泥，1999，9：013.

[6] 李金寬，柳在鑫，張翠，等.一種破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)[P].中國(guó)專利，201520796588，6.

[7] 李金寬，柳在鑫，張翠，等.一種破碎式轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)破碎軸結(jié)構(gòu)[P].中國(guó)專利，201520796827，8.

作者簡(jiǎn)介：胡楊（1994-），男，漢族，四川大邑人，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與仿真。