HZS150型攪拌站攪拌軸的ANSYS分析和模擬

【摘要】為提升產品的性能，筆者依據滕州市混凝土攪拌站建設發展中遇到的問題，并以HZS150鋼結構攪拌站為載體，對攪拌站攪拌軸的結構進行了ANSYS分析和模擬。

【關鍵詞】攪拌軸；ANSYS分析；模擬

1.緒論

筆者依據滕州市混凝土攪拌站建設發展中遇到的問題，本文以JS3000E攪拌主機的攪拌軸為研究對象，采用Pro/E軟建模，進行空間結構分析。本選用ANSYS軟件分析攪拌主機的攪拌軸。

2.攪拌軸的計算參數

（1）攪拌軸主要外形尺寸、結構特點（如圖1所示）

（2）荷載

①恒載—作用于攪拌軸上的固定荷載。

②活荷載—作用于攪拌站上的可變荷載。

（3）主要材料

軸材料的鋼號為45；計算密度：理論值為7.85t/m3；彈性模量。

3.攪拌軸的建模與分析

3.1 空間靜力分析有限元的模型

（1）分析

在有限元分析受力情況的時候，結構的空間特性不能忽視必須考慮。建模的時候，本文按照結構形式，利用Pro/E進行整體建模。選用實體單元Solid 20 Node 95。在一開始建模時，按實際的結構建模，可是由于是實體模型，在ANSYS中進行網格劃分時，不能進行，查閱了一些資料后，知道了是由于計算機的運算能力低造成的。考慮到攪拌臂上的葉片受力情況對軸受力沒有很大的影響，所以采用了上圖的模型，簡化了結構，這樣才能進行分析。圖2所示為攪拌軸的空間計算模型。

（2）約束

在兩軸端采用全約束。在實際工作中是安裝軸承部位有約束，這樣在兩周端加全約束，實際上加強了軸上載荷，是偏于安全的。

（3）有限元模型（如圖3所示）

3.2 攪拌軸的荷載分析

由于攪拌軸的相對尺寸不大，所以自重就可以忽略了。其主要載荷是攪拌力對軸的扭矩和彎矩。因為生產率較大、加料快，在加料時材料對葉片和軸的沖擊也需要考慮。

在工作時，每個攪拌臂上有6kw的攪拌功率，攪拌臂的長度是640mm，由P=FV=FRω[1]；

式中P=6000w為功率；

R=0.640m為攪拌臂半徑；

ω=7.3rad/s為角速度；

得出F=3530N。

（1）變形

將力加在攪拌臂的工作面上，即面16，39，47，61，77，91，105，122。軸的變形如4所示。在圖中可以看出攪拌臂頂端的變形最大，符合實際的情況。

（2）位移

由圖4.5可知，最大的位移量為0.27145mm。軸中間的變形最大，但其變形量是很小的，幾乎可以忽略。從變形的情況來看，軸的設計符合要求。

3.3 攪拌軸的應力分布

在載荷的作用下，應力分布如6所示。在圖中可以看出，軸的兩端應力最大，應力值小于安全值。

4.攪拌軸自振特性的分析

分析結構的動力模態的過程中，可以了解結構整體性質，也可得到振動周期、振型參數。本課題在電腦上建模，得出攪拌軸的振型、計算攪拌軸的自振周期。

5.諧響應分析

5.1 動力分析的有限元模型

以攪拌機的相關技術參數為依據，在X，Y，Z方向，都受到攪拌機帶來的簡諧荷載，這些載荷的特點是等頻率、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、不等的載荷，相位差將不復存在了。本課題分析計算出得FX、FY、FZ的簡諧載荷的計算公式如下：

Fx=2000sin（2πf）t

Fy=-3375sin（2πf）t

Fz=1350sin（2πf）t

5.2 動力計算結果分析

動力計算結果分析見圖7。

6.小結

筆者依據滕州市混凝土攪拌站建設發展中遇到的問題，并以HZS150鋼結構攪拌站為載體，對攪拌站攪拌軸的結構進行對其進行ANSYS分析和模擬。雖然解決了一定的問題，但是由于是構建模型實體模型，在ANSYS中進行網格劃分時沒有達到預期的要求，由于是實驗和實踐水平受限，筆者沒有對系統做出相應的優化，期待進一步的改進。

參考文獻

[1]霍立會.怎樣提高商品混凝土攪拌站的產品質量[J].交通世界，2009，13.

[2]曹泓，劉春梅.水泥混凝土拌和站的質量控制[J].黑龍江交通科技，2004，4.