基于ANSYS的大型混合机滚圈的数值模拟研究

张立华

摘 要：混合机由圆筒本体、托轮和挡轮、传动装置、润滑系统、洒水装置、头尾溜槽与罩体等部分组成。根据国内外混合机资料的相关介绍，混合机在滚圈的结构上略有区别。因此需要对不同横截面的滚圈施加同样的负载进行对比研究，计算两种结构的托圈受力状况及大小，根据分析结果确定新型结构是否可行。本文采用ANSYS分析软件对滚圈及其托圈进行分析计算。其结论对混合机滚圈的设计与改进具有一定的理论指导意义。

关键词：混合机；ANSYS；数值模拟

中图分类号：TH141 文献标识码：A

0.前言

混合机是利用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械设备。在混合的过程中，还可以增加物料接触表面积，以促进化学反应；还能够加速物理变化。常用的混合机分为气体和低黏度液体混合机、中高黏度液体和膏状物混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。混合机由圆筒本体、托轮和挡轮、传动装置、润滑系统、洒水装置、头尾溜槽与罩体等部分组成。图1结构与传统结构滚圈相比，可以较大地降低成本，因此，需要对两种横截面的滚圈结施加同样的负载，计算两种结构的托圈受力状况及大小，以精确的数据确定新型结构是否可行。采用ANSYS分析软件对滚圈及其托圈进行分析计算，其中弹性模量为207GPa，泊松比为0.3.混合机材料为35锻钢，滚圈直径4.4m。

本文采用有限元分析软件ANSYS对混合式滚圈进行强度分析，并对分析结果进行评估以确定其是否满足强度要求，提出结构改进的方案和建议。

1.混合机滚圈的强度分析

1.1 混合机滚圈的模型与边界条件

滚圈与托辊两种结构均采用六面体实体单元（SOLID45）划分，滚圈和托辊接触部位定义接触单元（TARGE170、CONTA174），网格尺寸100mm截取整个混合机的一部分进行有限元计算，国外资料混合机结构生成单元一共24708个，节点41434个，有限元模型的有限元模型分别如图2所示。混合机的边界条件示意图如图3所示。

1.2 计算仿真结果

提取有限元分析软件ANSYS的后处理结果得到了混合机在运行工况条件下的应力分布云图和变形分布图分别如图4、图5所示。混合机结构滚圈接触部位切片应力分布图如图6所示。

结论

（1）采用有限元分析软件ANSYS对大型混合机滚圈的强度进行分析计算，在按照实际运行工况对其进行边界条件的定义并施加载荷的条件下得到应力分布和变形等强度分析结果。结果显示最大应力通常集中在滚圈的接触位置。（2）经过分析计算可知，滚圈的最大应力为5.93MPa，混合机的整体最大变形为0.0281mm。（3）在设计中应对滚圈接触位置的局部结构进行优化，降低此位置的应力集中。

参考文献

[1]《活塞式压缩机设计》编写组.活塞式压缩机设计[M].北京：机械工业出版社，1974.

[2]郁永章.容积式压缩机[M].北京：机械工业出版社，2000.