破碎式轉筒烘干機破碎軸強度分析

胡楊 張翠 李金寬

摘 要：作為破碎式轉筒烘干機的重要部件，破碎軸是破碎式轉筒烘干機的重要組成部分。本文根據破碎式轉筒烘干機的工作原理和受載情況，以破碎軸為研究對象，利用有限元軟件ANSYS Workbench 對破碎軸進行強度分析，得到破碎軸靜態變形云圖和應力云圖，可知整個破碎軸的中心部位變形較大，打刀與空心軸的連接處和在右端軸承支撐位置的應力最大。為破碎軸的優化設計提供理論依據。

關鍵詞：破碎式轉筒烘干機；破碎軸；強度分析

隨著工業、農業的日益發展，需要干燥的物料如：煤泥等，也逐漸增多，干燥工序已經成為工農業生產的重要工序[ 1 ]。轉筒烘干機是用于高水分物料烘干的大型設備，熱風通過進料端的進風口進入轉筒烘干機內，使轉筒烘干機內的溫度逐漸升高，高水分物料進入轉筒烘干機內后，被旋轉的抄料板反復抄起，在使物料與熱風充分接觸，而將水分汽化后蒸發，從而使物料達到干燥[ 2 ]。

為了提高轉筒烘干機的效率，張德榜等根據物料的高濕高粘性分析了幾種打散裝置在轉筒式烘干機中的應用[ 3 ]。馬曉錄等針對轉筒干燥機內活動折彎抄板作用下撒料特性的研究，提出了一種轉筒干燥機活動折彎抄板的設計方法[ 4 ]。汪大雅等針對現有轉筒干燥機折彎抄板的不足，對逆流式烘干機、順流式烘干機折彎抄板進行了改造[ 5 ]。

高水分物料在干燥過程中，會出現分散性差、易結塊、結塊后質地較硬和質量大等物理特性，干燥不充分，效率低，而且烘干機在運行過程中容易出現堵料和卡死的現象。克服現有技術的不足，一種破碎式轉筒烘干機，即在傳統 烘干機的圓柱形轉筒內部增加一根破碎軸[ 2，6 ]，如圖1所示，以增大物料與熱風的接觸面積，增大水分的蒸發量，并且可以解決烘干機運行過程中易結塊、干燥不充分，效率低、干燥速度慢、運行過程中堵料和卡死的問題。

一、破碎式轉筒烘干機的工作原理

破碎式轉筒烘干機就是將破碎技術在回轉圓筒烘干機的應用，在統轉筒烘干機的基礎上，在筒體內增加了一根破碎軸[ 2，6 ]。

轉筒和破碎軸傳動裝置帶動圓柱形轉筒和破碎軸作旋轉運動，熱風通過進風口進入轉筒內，轉筒內的溫度隨之緩慢升高，被旋轉的抄料板反復抄起進入轉筒內的物料，在物料抄起下落的過程中被高速旋轉的破碎軸上的打刀擊中打碎，物料與熱風的接觸面積隨之增大，進而增大了物料的水分蒸發量，以此循環，當物料到達出料區時便順利從出料端的出料口出料，熱風則從出風口排出，完成整個烘干過程[ 2，6 ]。

二、破碎軸結構

如圖2所示，為破碎軸結構三維模型[ 7 ]，破碎軸的左右端軸為階梯狀空心軸，空心軸之間用鋼管焊接而成，破碎軸上設置8組打刀，共24個打刀，每一把打刀通過螺栓連接固定在空心軸上，每組打刀相鄰兩組錯開30度均勻分布在空心軸的圓周上[ 2，6 ]。

三、破碎軸結構有限元強度分析

根據破碎軸的結構和轉速，在破碎軸左端軸承接觸處一圈節點施加全約束，右端軸承接觸處一圈節點處施加周向和徑向約束[ 1 ]，放開軸向約束，利用ANSYS Workbench對破碎軸結構進行強度分析，其結果如圖3所示。

由圖3變形云圖可知，最大變形量為0.076715mm，發生在破碎軸的中心打刀的刀尖處，這是由于兩端軸承支撐的作用，整個軸的中心部位變形較大。

由應力云圖可知，破碎軸的最大應力發生打刀與空心軸的連接處和在右端軸承支撐位置，其值為8.7731MPa，因為在左端軸承支撐處施加的是全約束，而在右端不對軸向施加約束，因此，當對破碎軸施加載荷和轉速時，右端的軸承就會承受更大的作用力，并且打刀可以看做是懸臂梁結構，與空心軸的連接處為其失效嚴重的位置。

四、結論

1）建立了破碎式轉筒烘干機的三維模型，利用ANSYS Workbench對破碎軸結構的強度進行了分析，得出了變形云圖和應力云圖。

2）破碎軸的中心部位變形量最大，打刀在與空心軸的連接處最容易發生失效。

參考文獻：

[1] 趙巖峰.打散回轉干燥機主要結構強度分析[D].沈陽：東北大學，2009.

[2] 李金寬，柳在鑫，張翠，等.破碎式轉筒烘干機破碎軸諧響應分析[J].煤礦機械，2016，37（3）：69-71.

[3] 張德榜，李凱杰.打散裝置在轉筒式烘干機中的應用[J].創新科技，2014 （14）：74-75.

[4] 馬曉錄，張勇.轉筒干燥機活動折彎抄板設計方法研究[J].河南工業大學學報（自然科學版），2013，5：020.

[5] 汪大雅，張愛國.抄板式轉筒烘干機揚料板的改造[J].水泥，1999，9：013.

[6] 李金寬，柳在鑫，張翠，等.一種破碎式轉筒烘干機[P].中國專利，201520796588，6.

[7] 李金寬，柳在鑫，張翠，等.一種破碎式轉筒烘干機破碎軸結構[P].中國專利，201520796827，8.

作者簡介：胡楊（1994-），男，漢族，四川大邑人，本科，研究方向：機械設計與仿真。