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拓泰重工HZS150型搅拌站搅拌轴的ANSYS分析和模拟

来源:拓泰重工机械   时间: 2013-12-30
2.搅拌轴的计算参数
(1)搅拌轴主要外形尺寸、结构特点(如图1所示)
(2)荷载
①恒载—作用于搅拌轴上的固定荷载。
②活荷载—作用于搅拌站上的可变荷载。
(3)主要材料
轴材料的钢号为45;计算密度:理论值为7.85t/m3;弹性模量。
3.搅拌轴的建模与分析
3.1 空间静力分析有限元的模型
(1)分析
在有限元分析受力情况的时候,结构的空间特性不能忽视必须考虑。建模的时候,本文按照结构形式,利用Pro/E进行整体建模。选用实体单元Solid 20 Node 95。在一开始建模时,按实际的结构建模,可是由于是实体模型,在ANSYS中进行网格划分时,不能进行,查阅了一些资料后,知道了是由于计算机的运算能力低造成的。考虑到搅拌臂上的叶片受力情况对轴受力没有很大的影响,所以采用了上图的模型,简化了结构,这样才能进行分析。图2所示为搅拌轴的空间计算模型。
(2)约束
在两轴端采用全约束。在实际工作中是安装轴承部位有约束,这样在两周端加全约束,实际上加强了轴上载荷,是偏于安全的。
(3)有限元模型(如图3所示)
3.2 搅拌轴的荷载分析
由于搅拌轴的相对尺寸不大,所以自重就可以忽略了。其主要载荷是搅拌力对轴的扭矩和弯矩。因为生产率较大、加料快,在加料时材料对叶片和轴的冲击也需要考虑。
在工作时,每个搅拌臂上有6kw的搅拌功率,搅拌臂的长度是640mm,由P=FV=FRω[1];
式中P=6000w为功率;
R=0.640m为搅拌臂半径;
ω=7.3rad/s为角速度;
得出F=3530N。
(1)变形
将力加在搅拌臂的工作面上,即面16,39,47,61,77,91,105,122。轴的变形如4所示。在图中可以看出搅拌臂顶端的变形大,符合实际的情况。
(2)位移
由图4.5可知,大的位移量为0.27145mm。轴中间的变形大,但其变形量是很小的,几乎可以忽略。从变形的情况来看,轴的设计符合要求。
3.3 搅拌轴的应力分布
在载荷的作用下,应力分布如6所示。在图中可以看出,轴的两端应力大,应力值小于安全值。
4.搅拌轴自振特性的分析
分析结构的动力模态的过程中,可以了解结构整体性质,也可得到振动周期、振型参数。本课题在电脑上建模,得出搅拌轴的振型、计算搅拌轴的自振周期。
5.谐响应分析
5.1 动力分析的有限元模型
以搅拌机的相关技术参数为依据,在X,Y,Z方向,都受到搅拌机带来的简谐荷载,这些载荷的特点是等频率、不等幅值的。X向,2000N的幅值;Z向,1350N的幅值;Y向,一3375N的幅值;但是,如果XYZ一起施加同方向、不等的载荷,相位差将不复存在了。本课题分析计算出得FX、FY、FZ的简谐载荷的计算公式如下:
Fx=2000sin(2πf)t
Fy=-3375sin(2πf)t
Fz=1350sin(2πf)t
5.2 动力计算结果分析
6.小结
小编依据拓泰重工机械混凝土搅拌站建设发展中遇到的问题,并以HZS150钢结构搅拌站为载体,对搅拌站搅拌轴的结构进行对其进行ANSYS分析和模拟。虽然解决了一定的问题,但是由于是构建模型实体模型,在ANSYS中进行网格划分时没有达到预期的要求,由于是实验和实践水平受限,小编没有对系统做出相应的优化,期待进一步的改进。
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