对辊破碎机辊子动静态可靠性的数值模拟

2020-03-18杨晓东

山西能源学院学报 2020年1期

杨晓东

【摘要】为提升对辊破碎机辊子的工作可靠性，利用三维建模软件Proe/E及有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行建模并进行静力学分析和离心力分析。本文验证了其强度可靠且受力变形较小，通过提取、研究其模态振型及固有频率确保了其动态性能的可靠。研究结果为产品质量的提升及相关设备的设计提供了参考。

【关键词】对辊破碎机;辊子;结构强度;模态分析

【中图分类号】 TD451 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）01-0022-02 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

对辊破碎机就是大型矿井常用破碎设备，其动静态可靠性直接关系到煤、矸石破碎效果。

本文以山西某大型煤矿采用的对辊破碎机为研究对象，利用有限元分析软件ANSYS对其进行静力分析及离心力分析验证了其结构强度的可靠;对其进行模态分析验证了其动态性能的可靠。通过以上分析为对辊破碎机的设计及改进提供一定参考。

1静态可靠性分析

1.1网格划分

由于对辊破碎机辊子的模型并不复杂，所以其建模过程在此不再赘述，只是给出其最终模型。Workbench已有Pro/E接口，但将其转换为第三方格式能够减少出错，将其转换为x-t格式以便转入Workbench。在静态分析过程当中默认的是ANSYS当中的Solid185单元，将40CrMo的材质属性赋予辊子：密度7850kg/m3，杨氏模量212GPa，泊松比0.28。

使用Workbench内部的ICEM-CFD模块划分网格。划分完成之后的辊子模型如图1所示。

1.2静力分析

边界条件当中，以无摩擦约束模拟轴承之间的接触条件，固定辊子的轴向窜动。施加的载荷，加载于上辊面，大小为500000N，方向竖直向下，得到其应力云图及变形云图如图2所示。

由云图可以看出，辊子的最大等效应力处在固定端的轴颈处，大小为33Mpa左右，并未达到42CrMo的屈服轻度，辊子的总变形不大。

1.3离心力分析

在对辊子进行模态分析时，必须考虑到离心力对其模态带来的影响，所以首先计算其离心力的大小。

对辊破碎机的转速为200r/s即10.5rad/s，由于Workbench当中转速的添加是以角速度为单位添加的，因而有必要将其转换为角速度。

离心力的计算还是在static structural中计算，只是将压力改为角速度，其余边界条件不需要改变。

得到离心力作用下辊子应力云图及变形云图如图3所示。

由图（3）a可见：滚子在工作转速下其受到的离心应力最大为0.015352MPa，最大位移部位位于左侧轴伸轴肩部位，该部位为整个滚子直径最小的部位，与实际状况相符;

由图（3）b可见：辊子在离心力作用下最大变形为0.000014419mm，最大位移部位位于辊子工作面，该部位为辊子直径最大部位，变形云图与实际状况相符。

2动态可靠性分析