摘? 要：雙回程烘干滾筒在運行一定時間后，容易在進料端滾圈支撐板處出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。通過分析物料在滾筒內(nèi)的分布情況，并對滾筒運行工況進行合理簡化，利用有限元分析軟件ANSYS對滾筒進行靜強度分析，并與實際情況進行對比，確定滾筒應力集中區(qū)域，研究滾圈支撐板開裂的原因。

關鍵詞：干燥滾筒;滾圈;支撐板;靜強度分析

中圖分類號：TK173? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

雙回程烘干滾筒是干粉攪拌設備中的主要部件，用于對原料進行烘干冷卻，以保證干粉砂漿產(chǎn)品的質(zhì)量。烘干滾筒是否正常運轉(zhuǎn)，并充分進行加熱烘干作業(yè)，將直接影響整套干粉攪拌設備的正常生產(chǎn)，也是衡量整機性能的主要因素。干燥滾筒的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

支撐板介于烘干滾筒筒體與滾圈之間，起支撐固定作用，并能有效緩沖筒體與滾圈之間的相互沖擊，現(xiàn)有支撐板結(jié)構(gòu)如圖2所示。

目前滾圈支撐板的設計以借鑒或經(jīng)驗設計為主，并無理論依據(jù)支撐，產(chǎn)品的可靠性得不到保證。該文利用ANSYS分析滾筒整體應力分布情況，確定滾筒應力集中區(qū)域，為滾筒支撐板結(jié)構(gòu)設計及改進提供理論依據(jù)。

1 滾筒實體模型

滾筒內(nèi)各種葉片結(jié)構(gòu)復雜，為減少計算量，將內(nèi)、外筒體上的葉片全部簡化掉，將進料端簡化成一段直徑與內(nèi)筒一樣的圓筒，利用SOLIDWORKS軟件建立滾筒簡化模型如圖3所示。滾筒筒體材料為20 g，屈服強度σS=277 MPa;滾圈材料為35鋼，屈服強度σS=380 MPa;滾筒支撐板的材料為Q235A，屈服強度σS=231 MPa，99.9%存活率下的疲勞極限σ-1=177 MPa。

2 滾筒邊界條件

邊界條件主要包括施加在模型上的約束及外載荷等。滾筒由4個托輪與滾圈接觸支撐，因此滾筒的約束施加在滾圈與托輪接觸的4條接觸線上。作用在滾筒上的載荷主要有滾筒運行時的離心力，原料對滾筒的作用力以及滾筒自身所受的重力。

滾筒簡化結(jié)構(gòu)的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成筒體的質(zhì)量，計算得內(nèi)筒的密度ρ1=13 500 kg/m3，進料端筒體密度ρ2=22 300 kg/m3，外筒密度ρ3=10 800 kg/m3，滾圈及其他結(jié)構(gòu)密度ρ4=7 850 kg/m3，滾筒持料量約為4 300 kg。

3 滾筒有限元模型

有限元分析中，單元網(wǎng)格劃分的好壞與計算結(jié)果的精確度及計算消耗的時間有很大關系，因此，劃分單元網(wǎng)格是進行有限元分析求解中很重要的一步。該文采用Solid45六面體單元對滾筒進行網(wǎng)格劃分，分網(wǎng)后共有個127 190節(jié)點和116 370個單元。

4 求解及結(jié)果分析

由于滾筒轉(zhuǎn)速低，離心力可忽略不計，因此該文采用Static靜態(tài)求解器求解。為模擬滾筒旋轉(zhuǎn)一圈時的受力情況，采取間隔2.7°施加一次載荷及約束并寫出載荷步文件，總共生成132個載荷步。求解時選擇From LS Files方法，依次讀入載荷步進行求解。

由于滾筒結(jié)構(gòu)復雜，正常運行時滾筒處于復雜應力狀態(tài)下，所以取當量應力（Von Mises Stress）作為計算應力進行研究。進入ANSYS通用后處理模塊，對滾筒應力場進行分析。由圖5應力云圖可知，滾筒旋轉(zhuǎn)過程中，應力集中于支撐板與滾筒焊接一端折彎處附近，A點的當量應力值最大，其值為σv=43 MPa，是滾筒可能發(fā)生失效的危險位置。與滾筒支撐板實際裂紋位置（如圖6所示）基本吻合。

由圖7應力矢量圖可知，支撐板在滾筒旋轉(zhuǎn)過程中，危險點A處的第二主應力σ2比較小，可認為支撐板始終處于拉伸、壓縮交替變換的應力中。由材料疲勞失效的定義：材料在循環(huán)載荷作用下，局部高應力部位損傷逐漸積累，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋或裂紋在循環(huán)載荷作用下不斷擴展，導致發(fā)生完全斷裂的失效形式，可知支撐板有發(fā)生疲勞失效的危險，當支撐板的等效對稱循環(huán)應力幅大于修正后的材料疲勞極限時必將發(fā)生疲勞失效。

5 結(jié)論

滾筒在正常運行情況下，應力集中于支撐板與滾筒焊接一端折彎處，與實際滾圈破壞位置一致。但是滾筒運行時的應力水平較低，支撐板應力集中區(qū)的等效對稱循環(huán)應力幅小于修正后的材料疲勞極限，滾筒正常工況下不會發(fā)生疲勞失效。由于滾筒的失效均發(fā)生在滾筒長期不正常運行，出現(xiàn)徑向跳動，整個滾筒振動比較大的情況下，因此可推斷引起滾筒失效的主要原因是滾筒振動產(chǎn)生較大的沖擊載荷，從而造成滾筒振動疲勞失效。

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