基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的礦用帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

殷 華，曹現(xiàn)剛

(1.國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司 靈新礦，寧夏 靈武 751400 ； 2.西安科技大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710000)

帶式輸送機(jī)是散裝物料運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，不僅可應(yīng)用于煤礦，還應(yīng)用于礦山、港口、電力等行業(yè)，具有廣泛的適用性，能夠保障行業(yè)內(nèi)物資的連續(xù)、長(zhǎng)距離運(yùn)輸，提高了生產(chǎn)效率。雖然直接與運(yùn)輸物料接觸的是帶式輸送機(jī)的膠帶，但是作為直接驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)滾筒更是關(guān)鍵部件。傳動(dòng)滾筒運(yùn)行的平穩(wěn)性關(guān)系到了整個(gè)生產(chǎn)工藝鏈條的效率與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)[1]。隨著我國(guó)對(duì)煤炭開(kāi)采力度的增大和對(duì)煤炭能源需求量的增加，要求帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)可靠性更加平穩(wěn)。尤其是傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于傳動(dòng)滾筒的整體可靠性提出了更高的要求。針對(duì)目前機(jī)械化發(fā)展進(jìn)度的加快，為了提升傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)合理性，有必要采用有限元仿真技術(shù)對(duì)傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。將傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化定義，通過(guò)workbench軟件對(duì)傳動(dòng)滾筒的參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化處理。通過(guò)仿真軟件優(yōu)化傳動(dòng)滾筒的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而達(dá)到整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。在保證傳動(dòng)滾筒整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，降低制造成本并實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)，對(duì)降低生產(chǎn)能耗意義重大。研究成果為礦井機(jī)械設(shè)備通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)提供了依據(jù)。

1 輸送機(jī)傳送滾筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力分析

1.1 傳送滾筒結(jié)構(gòu)

(1)結(jié)構(gòu)的分類(lèi)特點(diǎn)。針對(duì)帶式輸送機(jī)滾筒的分類(lèi)，可根據(jù)作用、表面包膠形式、承載能力進(jìn)行劃分。①根據(jù)滾筒在運(yùn)輸過(guò)程中的作用進(jìn)行分類(lèi)，可分為傳動(dòng)滾筒和改向滾筒2種類(lèi)型。傳動(dòng)滾筒是布置于運(yùn)輸帶的中部，通過(guò)摩擦力使膠帶向前輸送，所受到的載荷作用力相對(duì)單一。而改向滾筒布置于傳動(dòng)帶的兩側(cè)，不會(huì)對(duì)膠帶產(chǎn)生輸送動(dòng)力，主要對(duì)膠帶起到拉緊、改向等作用，膠帶再通過(guò)改向滾筒時(shí)的應(yīng)力最大[2]。但是膠帶通過(guò)改向滾筒后，內(nèi)部張力保持不變。②根據(jù)滾筒的表面包膠形式劃分為包膠滾筒和光面滾筒。后者在礦井輸送中不常用，主要應(yīng)用于中小型的改向滾筒。而包膠滾筒使用壽命較長(zhǎng)，對(duì)礦井惡劣的環(huán)境適應(yīng)性用性較好，具有強(qiáng)大的排污能力。滾筒根據(jù)承載能力劃分，可分為輕型、中型、重型和超重型滾筒。為了提高研究的普遍適用性，本次研究以超重型滾筒研究對(duì)象，軸承孔徑大于400 mm[3]。

(2)滾筒結(jié)構(gòu)解析。帶式輸送機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含各類(lèi)脹套連接和焊接結(jié)構(gòu)(圖1)。

圖1 帶加強(qiáng)環(huán)柱焊結(jié)構(gòu)滾筒示意Fig.1 Schematic diagram of the drum with reinforced ring column welding structure

主要分為鍵連接、脹套連接全焊結(jié)構(gòu)，除此之外還包括鑄焊結(jié)構(gòu)。其中帶加強(qiáng)環(huán)柱焊結(jié)構(gòu)是目前常用的超重型滾筒類(lèi)型，極大地提高了滾筒的輸送效率。以φ2 040 mm×2 200 mm帶加強(qiáng)環(huán)柱焊結(jié)構(gòu)的滾筒為研究對(duì)象，該類(lèi)型滾筒外部包裹筒皮，內(nèi)部在受力點(diǎn)位置焊接加強(qiáng)環(huán)，通過(guò)軸套與筒體進(jìn)行套接，形成了大帶寬、重型滾筒的結(jié)構(gòu)形式。由圖1可知，滾筒內(nèi)部焊接了多個(gè)加強(qiáng)環(huán)，所形成的焊縫較多。同時(shí)軸與加強(qiáng)環(huán)之間的連接通過(guò)脹套進(jìn)行補(bǔ)償。接口位置的結(jié)構(gòu)尺寸是否合理，是參數(shù)化設(shè)計(jì)研究的對(duì)象。當(dāng)滾筒長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，容易發(fā)生連接處的破壞和膠套的脫落，影響了滾筒的使用壽命。

1.2 滾筒受力分析

帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸作業(yè)主要依托滾筒的傳動(dòng)，在膠帶的兩側(cè)和運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角處安裝傳動(dòng)滾筒或者改向滾筒，形成封閉的膠帶環(huán)形運(yùn)輸體系，如圖2所示。帶式輸送機(jī)的膠帶由于受到張力的作用，經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸后，膠帶會(huì)被拉伸。技術(shù)人員需要調(diào)整改向滾筒的位置，以保證膠帶原有的工作長(zhǎng)度。

圖2 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of belt conveyor structure

由圖3可知，當(dāng)傳動(dòng)滾筒處于滾動(dòng)狀態(tài)時(shí)，會(huì)受到相遇點(diǎn)張力和分離點(diǎn)的張力，分別為F1和F2。傳動(dòng)滾筒處于加速或者減速階段時(shí)，F(xiàn)1和F2的大小會(huì)產(chǎn)生不斷的變化。

傳動(dòng)滾筒所受到的膠帶張力不僅與力的大小相關(guān)，也與受到改向滾筒將膠帶改變的角度有關(guān)。通過(guò)相關(guān)公式可得出，傳動(dòng)滾筒的圓周張力受到傳送帶帶寬和滾筒直徑的影響[4]。在傳送煤炭物料時(shí)，應(yīng)確保膠帶相對(duì)于傳動(dòng)滾筒不會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，會(huì)根據(jù)工作載荷的情況調(diào)整膠帶的選型和滾筒的設(shè)計(jì)。

2 原有傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)的有限元仿真分析

2.1 傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)化過(guò)程設(shè)計(jì)

(1)傳動(dòng)滾筒三維模型的建立。由于帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒是一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件，首先應(yīng)建立起軸關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)軸截面的拉伸，對(duì)同體周?chē)年P(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行精確的定位。通過(guò)Pro/E建模軟件對(duì)定位坐標(biāo)進(jìn)行讀取，同時(shí)生成筒體模型，為了提高仿真計(jì)算的效率，應(yīng)當(dāng)對(duì)傳動(dòng)滾筒的三維模型作出適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和假設(shè)。對(duì)傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)受力影響不大的零碎部件進(jìn)行去除，在部分圓度倒角的部位簡(jiǎn)化為棱角。同時(shí)對(duì)傳動(dòng)滾筒的三維模型作出假設(shè)，假定焊縫材料與實(shí)體結(jié)構(gòu)材料一致[5]，并且整體材料均勻無(wú)雜質(zhì)。建立傳動(dòng)滾筒三維模型不能采用一次性整體成形的建模方法，應(yīng)當(dāng)采用結(jié)構(gòu)裝配的建模方法，對(duì)各個(gè)零部件單獨(dú)建模，最后裝配成型。例如將傳動(dòng)滾筒的筋板、減重孔實(shí)體、加強(qiáng)環(huán)等部件進(jìn)行精細(xì)化建模。最后與滾筒殼體組成傳動(dòng)滾筒的三維模型，如圖4所示。

(2)傳統(tǒng)滾筒仿真模型建立。通過(guò)CAD與CAE技術(shù)，將Pro/E建模軟件建立起的傳動(dòng)滾筒，三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入至ANSYS仿真計(jì)算軟件。傳動(dòng)滾筒的三維模型在仿真軟件中主要完成行網(wǎng)格劃分、材料參數(shù)定義、邊界條件的設(shè)立。傳動(dòng)滾筒的零部件結(jié)構(gòu)可根據(jù)長(zhǎng)短比劃分為梁?jiǎn)卧卧?shí)體單元。不同的單元類(lèi)型采用不同的網(wǎng)格單元，傳動(dòng)滾筒的筒體可視為殼單元，采用145號(hào)網(wǎng)格單元類(lèi)型，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的加強(qiáng)環(huán)為實(shí)體單元，采用187號(hào)單元類(lèi)型。所有網(wǎng)格單元在保證網(wǎng)格形狀不發(fā)生畸變的情況下，盡可能地采用6面8節(jié)點(diǎn)單元類(lèi)型[6]。通過(guò)ANSYS仿真軟件劃分出傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)的仿真網(wǎng)格數(shù)目為1 172 938、節(jié)點(diǎn)數(shù)為77 647 291。

根據(jù)1.2節(jié)對(duì)傳動(dòng)滾筒的受力分析，按照實(shí)際工況載荷，對(duì)傳動(dòng)滾筒施加載荷約束。由于傳統(tǒng)膠帶為軟性材質(zhì)，在傳動(dòng)滾筒的筒體表面施加均勻的正向壓力。傳動(dòng)滾筒與膠帶之間還存在摩擦力作用，根據(jù)膠帶在傳動(dòng)滾筒上的弧度變化，正壓力的大小還與膠帶在傳動(dòng)滾筒表面的投影面積相關(guān)。同時(shí)，考慮傳動(dòng)滾筒與膠帶的重力載荷和旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的離心力。將傳動(dòng)滾筒的傳動(dòng)軸兩側(cè)進(jìn)行x、y、z三個(gè)方向的利益約束，遠(yuǎn)離單側(cè)傳動(dòng)滾筒的零部件結(jié)構(gòu)，考慮為無(wú)反射邊界條件模擬煤炭物料運(yùn)輸無(wú)限遠(yuǎn)的情況。設(shè)置膠帶與傳動(dòng)滾筒的摩擦系數(shù)為0.36，膠帶的緊邊拉力為1 950 kN、松邊拉力為990 kN[7]。傳動(dòng)滾筒材料的彈性模量為2.10×1011Pa，泊松比為0.3，密度為7 900 kg/m3。傳動(dòng)滾筒的邊界約束、載荷參數(shù)施加如圖5所示。

圖5 傳動(dòng)滾筒邊界約束與施加載荷示意Fig.5 Schematic diagram of boundary constraint and applied load of driving drum

2.2 仿真計(jì)算結(jié)果分析

采用ANSYS仿真計(jì)算軟件，對(duì)傳動(dòng)滾筒的等效應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，可根據(jù)等效應(yīng)力云圖對(duì)傳動(dòng)滾筒的應(yīng)力集中部位進(jìn)行觀察，判斷該部位所使用的材料強(qiáng)度是否符合使用的要求。傳統(tǒng)滾筒外部殼體材料為16Mn，軸承座的制造材料為40Cr[8]。傳動(dòng)滾筒的焊接部位較多，在應(yīng)力集中點(diǎn)應(yīng)著重觀察是否有可能產(chǎn)生焊縫開(kāi)裂和斷軸的可能性。傳動(dòng)軸不僅承載的軸向、徑向的載荷作用力，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的脹套部件會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸產(chǎn)生抗彎的破壞力。為了提高研究成果對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用的安全性，在對(duì)傳統(tǒng)滾筒進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，采用1.5倍的安全系數(shù)[9]，對(duì)最危險(xiǎn)的工況進(jìn)行了模擬。傳動(dòng)滾筒等效應(yīng)力云圖如圖6所示。

圖6 傳動(dòng)滾筒等效應(yīng)力云圖Fig.6 Equivalent stress cloud diagram of transmission drum

由圖6可知，傳動(dòng)滾筒的最大應(yīng)力部位出現(xiàn)在筒體的筋板位置。筒體的屈服強(qiáng)度為285 MPa，設(shè)計(jì)的使用屈服強(qiáng)度為91.8 MPa。雖然傳統(tǒng)滾筒的焊縫部位沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，但是滾筒焊縫的破壞不僅是應(yīng)力的原因所造成的，可能與材料質(zhì)量以及加工工藝有關(guān)，因此有必要對(duì)焊縫處的應(yīng)力進(jìn)行降低。焊縫位置的最大應(yīng)力為21.6 MPa，位于筒體外部的動(dòng)、靜弧交界處70°～102°。按照焊縫設(shè)計(jì)原則，應(yīng)將安全系數(shù)提高至3，焊縫強(qiáng)度不得小于同體長(zhǎng)度的70%，由此可以計(jì)算出焊縫的屈服強(qiáng)度為62 MPa，因此焊縫的應(yīng)力強(qiáng)度滿足傳動(dòng)滾筒的使用要求，但是安全系數(shù)小于3，焊縫部位有進(jìn)一步的優(yōu)化空間，為傳動(dòng)滾筒的參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指明了優(yōu)化方向。

3 傳動(dòng)滾筒參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化參數(shù)的定義

涉及到帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的參數(shù)優(yōu)化可以在多方面得以體現(xiàn)，例如材料、加工、轉(zhuǎn)速、尺寸等。Workbench軟件為參數(shù)優(yōu)化提供了設(shè)計(jì)環(huán)境，可將傳動(dòng)滾筒的整體強(qiáng)度作為安全目標(biāo)數(shù)值，對(duì)其余的參數(shù)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。由于傳動(dòng)滾筒的運(yùn)行是依托于整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)滾筒的尺寸設(shè)計(jì)處于前期設(shè)計(jì)階段，更加便于完成傳動(dòng)滾筒的參數(shù)優(yōu)化。Workbench 軟件中的優(yōu)化模塊是仿真軟件中可編程的應(yīng)用模塊，并且可以對(duì)傳動(dòng)滾筒的各個(gè)參數(shù)之間進(jìn)行靈敏性和響應(yīng)分析。由于傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)過(guò)多，應(yīng)該選取對(duì)整體結(jié)構(gòu)影響較大的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)能達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最佳效果，對(duì)優(yōu)化參數(shù)的響應(yīng)更加的積極。

3.2 優(yōu)化過(guò)程分析

優(yōu)化過(guò)程的原則首先是設(shè)定目標(biāo)參數(shù)的安全數(shù)值，在安全數(shù)值的底線范圍內(nèi)，對(duì)其余的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的方式主要分為直接優(yōu)化和響應(yīng)面優(yōu)化法，以響應(yīng)面優(yōu)化法為參數(shù)優(yōu)化的計(jì)算求解方式，該類(lèi)計(jì)算方法的設(shè)計(jì)流程如圖7所示。

圖7 響應(yīng)面優(yōu)化法設(shè)計(jì)流程Fig.7 Design process of response surface optimization method

基于響應(yīng)面的優(yōu)化方法，首先在模型中輸入計(jì)算參數(shù)，通過(guò)在三維空間內(nèi)創(chuàng)造設(shè)計(jì)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行定義。選用MOGA 優(yōu)化算法對(duì)最大等效應(yīng)力、焊縫應(yīng)力數(shù)值、加強(qiáng)環(huán)裝配處的焊縫應(yīng)力上限進(jìn)行匹配計(jì)算，概率優(yōu)化方法的計(jì)算精度較高，數(shù)據(jù)通過(guò)6階計(jì)算會(huì)發(fā)生收斂。

3.3 優(yōu)化參數(shù)的靈敏度分析

通過(guò)傳統(tǒng)滾筒設(shè)計(jì)變量的靈敏度分析，可以得出對(duì)滾筒整體力學(xué)特性影響較大的參數(shù)變量。靈敏度的數(shù)量判斷方法主要通過(guò)平滑曲線的曲率數(shù)值，以及結(jié)合函數(shù)曲線的一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行綜合判斷。以降低傳統(tǒng)滾筒的質(zhì)量和保障焊縫不被破壞的條件下，對(duì)傳動(dòng)滾筒的參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。其中滾筒的設(shè)計(jì)變量包括加強(qiáng)環(huán)半徑(jqhr)、加強(qiáng)環(huán)中心距(jqhw)、輻板厚度(fbh)、筒皮厚度(tph)，影響傳動(dòng)滾筒重量的靈敏度參數(shù)如圖8所示。由圖8可知，傳動(dòng)滾筒加強(qiáng)環(huán)的內(nèi)徑對(duì)整體質(zhì)量的影響最大，因此可以改變加強(qiáng)環(huán)與中心的間距實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。此外，傳動(dòng)滾筒外殼的厚度以及幅板的厚度也對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生影響。傳動(dòng)滾筒焊縫應(yīng)力的敏感性參數(shù)分析曲線如圖9所示。可以得出加強(qiáng)環(huán)排布方式以及安裝位置對(duì)焊縫應(yīng)力數(shù)值的影響較大，而外殼筒體的焊縫應(yīng)力與加強(qiáng)環(huán)的相關(guān)性不大。因此可考慮加大加強(qiáng)環(huán)與外殼端部的中心間距，可以提高整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

圖8 傳動(dòng)滾筒靈敏度分析曲線Fig.8 Sensitivity analysis curve of transmission drum

圖9 傳動(dòng)滾筒焊縫應(yīng)力敏感性參數(shù)分析Fig.9 Analysis of stress sensitivity parameters of transmission drum weld

4 傳動(dòng)滾筒優(yōu)化結(jié)果分析

4.1 優(yōu)化響應(yīng)分析

為考察滾筒的焊縫應(yīng)力與輻板和筒皮厚度的關(guān)系，輸出響應(yīng)曲面，輻板和筒皮厚度的關(guān)系曲面如圖10所示。由響應(yīng)曲面可知： ①接頭焊縫應(yīng)力隨輻板厚度增加而降低，但是降速在輻板厚度降至70 mm 附近突然減小， 為了降低接頭焊縫應(yīng)力可以增加輻板厚度，但是過(guò)度增加輻板厚度用處不大，還會(huì)大大增加滾筒質(zhì)量；②加強(qiáng)環(huán)焊縫應(yīng)力隨筒皮厚度增加而降低，但是降速在筒皮厚度降至 53 mm 附近突然減小，因此為了降低加強(qiáng)環(huán)焊縫應(yīng)力可以增加筒皮厚度，但是過(guò)度增加筒皮厚度用處不大，還會(huì)大大增加滾筒質(zhì)量。 ③輻板厚度對(duì)加強(qiáng)環(huán)焊縫應(yīng)力基本沒(méi)有影響，接頭焊縫應(yīng)力隨筒皮厚度增加而減小。

圖10 輻板和筒皮厚度之間的關(guān)系曲面Fig.10 Curved surface of relationship between web and thickness of tube skin

綜上，輻板不必過(guò)厚，最好不要超過(guò)筒皮厚度1.4倍；筒皮厚度增加能同時(shí)降低2種焊縫的應(yīng)力，但是考慮到筒皮厚度過(guò)大，不利于卷板和焊接，筒皮厚度不應(yīng)超過(guò)卷板機(jī)卷板厚度極限。可看出加強(qiáng)環(huán)內(nèi)徑降低，接頭焊縫和加強(qiáng)環(huán)焊縫的應(yīng)力會(huì)同時(shí)降低，但降速隨環(huán)徑減小而減小；加強(qiáng)環(huán)與中心的距離越大，接頭焊縫應(yīng)力越小，而加強(qiáng)環(huán)焊縫應(yīng)力則隨之增加，且該距離增至500 mm左右，加強(qiáng)環(huán)焊縫應(yīng)力增速增加。

4.2 優(yōu)化結(jié)果

由于接盤(pán)與筒皮之間的接頭焊縫為對(duì)接焊縫，加強(qiáng)環(huán)與筒皮之間的焊縫為角焊縫，角焊縫的應(yīng)力集中系數(shù)比對(duì)接焊縫大，因此在定義響應(yīng)參數(shù)時(shí)，接頭焊縫最大應(yīng)力上限要大于加強(qiáng)環(huán)焊縫最大應(yīng)力的上限。取加強(qiáng)環(huán)最大焊縫應(yīng)力上限為 40 MPa，接頭焊縫最大應(yīng)力上限為 45 MPa，滾筒最大等效應(yīng)力上限為 78 MPa；目標(biāo)函數(shù)為質(zhì)量最小。參數(shù)設(shè)置及更新設(shè)計(jì)后得到的優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表1。在筒體焊縫強(qiáng)度許可的范圍內(nèi)，將滾筒質(zhì)量減小2 272.2 kg。

表1 筒體優(yōu)化前后尺寸變化及力學(xué)性能比較Tab.1 Comparison of dimensional changes and mechanical properties of cylinder before and after optimization

5 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒是煤炭物料傳送的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)滾筒結(jié)構(gòu)性能的好壞關(guān)系到了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。礦井帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)內(nèi)部由多種零部件組成，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在優(yōu)化改進(jìn)的空間。各零部件之間的接觸載荷狀態(tài)無(wú)法由傳統(tǒng)的數(shù)值解析方法進(jìn)行分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)傳動(dòng)滾筒的工作載荷數(shù)值呈非線性規(guī)律分布，在現(xiàn)有傳統(tǒng)解析法無(wú)法有效對(duì)傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的條件下。通過(guò)Workbench軟件實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)滾筒結(jié)構(gòu)的參數(shù)化求解，對(duì)傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真計(jì)算，得出了關(guān)鍵零部件的最優(yōu)解。在保障整體工作強(qiáng)度的條件下，尤其是保確保結(jié)構(gòu)焊縫不會(huì)破壞的情況下，實(shí)現(xiàn)了滾筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)和減重設(shè)計(jì)。