基于ANSYSWorkbench的帶式輸送機機架結構分析

汪玉 ， 鄭紅滿 ， 鄭旺 來， 倪興元

(安徽盛運重工機械有限責任公司，安徽桐城 231400)

0 引言

帶式輸送機具有機構簡單、運動平穩、適應能力強、工作可靠性強等特點，所以它在日常工作中到處都能見到它的身影，尤其在礦山、煤炭、冶金、港口、化工等行業承載著散料運輸的作用，這些行業也依賴于帶式輸送機[1-4]。帶式輸送機還具有承受巨大載荷工作的能力，在以往設計的過程中大部分都是通過經驗設計，在設計的過程中難以把握所設計結構的合理性，為了解決上面那種經驗設計帶來的弊端，文中采用有限元的分析方法，運用ANSYS Workbench軟件對帶式輸送機架進行結構分析，并根據計算的結果提出改進的方案[5]。

1 帶式輸送機的主要結構組成

圖1 帶式輸送機整機結構

帶式輸送機的運動是通過整機撓性牽引還有輸送帶運動而產生的，它是一種能夠持續運輸物料的機器。帶式輸送機工作時的驅動裝置主要是通過電動機運轉，經過減速器再到傳動滾筒，通過摩擦力帶動皮帶運轉，從而使輸送機運動起來，在皮帶上放入一定量的物料就能輸送[6-9]，由于帶式輸送機持續時間長，從而大大降低了輸送物料的成本。帶式輸送機的結構簡圖如圖1所示。

2 建立建模

文中選擇的機架是帶式輸送機中的02型機架，它是由Q235-A材料的槽鋼焊接而成。機架外形主尺寸長為1.176 m，寬0.896 m，高1.4 m,結合該型號機架具體的工程圖，用SolidWorks建立三維模型，其模型如圖2所示。

3 機架有限元分析過程

3.1 模型的導入

圖2 機架模型建立

通過SolidWorks軟件建立好的模型將其導出，然后打開ANSYS Workbench，然后點擊Workbench界面中的Toolbox，選擇Component Systems再選擇Geometry，然后點擊Browse，然后選中通過SolidWorks保存出來的模型，然后雙擊Geometry,點擊更新按鈕，然后模型將顯示在Workbench中。

3.2 添加材料屬性

機架的材料是Q235-A,所以它的彈性模量為200 GPa，泊松比為0.3，屈服應力為235 MPa,屈服極限為610 MPa。雙擊Workbench界面中的Engineering Data，再雙擊Isotropic Elasticity填入彈性模量和泊松比，再選中Tensile YieldStrength添加屈服應力，然后再通過Tensile Ultimate Strength添加屈服極限值，具體添加值如圖3所示。

圖3 屬性添加表

3.3 網格劃分

由于機架在實際工作的過程中，各個部位受力不一樣[3]，我們需要對機架各部位單獨設置網格單元的大小，對于受力較大的部位我們設置單元大小為15，其他部位設為25，通過網格劃分的模型如圖4所示。

3.4 施加約束和載荷

1）施加約束。根據帶式輸送機[4]實際工作的情況，對機架實際工作過程中相應的位置施加約束。機架在實際在工作中支腿是平放在地面上的，所以只需要約束機架4個底板固定。點擊supports，選擇Fixed Support,然后選擇機架的4個底板，從而限定了機架在工作時的位置。

2)施加載荷。機架除了受自身的重力外，還受到其他載荷的作用，其中主要是滾筒的張力和滾筒自身的重力還有滾筒運轉過程中產生的固定轉矩。假設機架在實際工作的過程中首先要受到傳動滾筒的重力G，其次是傳動滾筒上面皮帶的水平合拉力F，還有就是傳動滾筒在運動的過程中產生的一個轉矩M,其受力示意圖如圖5所示。在Workbench界面中設置F=59 kN,M=2500 N·m,G=500 N,如圖6所示。

4 求解

圖4 網格劃分

圖5 機架受力

圖6 施加約束和載荷

當約束和載荷施加完成后，我們需要添加求解參數，我們首先選擇Deformation中Total生成機架的總變形云圖,然后選擇Stress中的Equivalent(Von-Mises)查看機架的等效應力。添加好了求解內容后，我們點擊Solve,然后將會求得結果，保存數據，結果如圖7、圖8所示。

圖7 總變形量

圖8 彈性應變

5 求解的結果與分析

經過ANSYS Workbench軟件處理后，得出了機架的最大變形量為2.0353 mm,位于機架中間部位，如圖7所示。根據《鋼結構設計規范》，鋼材在工作的過程中最大變形量應該小于L/250(L為機架的高度)，即為安全工作，該機架的高度為L=1250 mm，L/250=5 mm,該機架的最大變形量Dmax=2.0353 mm，遠小于5 mm。通過上面圖8可知機架受到的最大應力值為179.31 MPa，位置位于機架的中間部位，它低于Q235-A的屈服強度235 MPa。

6 改進措施

根據上面分析得到的結果，提出幾點改進措施如下：1)由于將上面豎直的槽鋼在工作的過程中受力較大，增大槽鋼的尺寸，上面機架型號為14#A，將槽鋼改為14#B；2)在機架受力較大的地方加上加強筋。

圖9 改進后的機架分析結果

通過對改進后的機架進行分析，分析結果如圖9所示。從圖中可以看出：Dmax=0.405 99 mm，遠小于允許的變形量5 mm。最大應力值為119.43 MPa，遠小于Q235-A的屈服強度235 MPa。

7 結語

通過ANSYS Workbench軟件對帶式輸送機機架進行結構分析，根據分析的結果我們可以對工作過程中容易變形的部位和受應力較大的部位進行改進。再對改進后的模型進行分析，并且對比兩次的結果可知，改進后的機架結構將更加穩定，強度也大大增強，在實際工作的過程中能提高機架的使用壽命，從而間接提高了整機的工作效率。

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