HZS150型搅拌站搅拌轴的ANSYS分析和模拟

【摘要】为提升产品的性能，笔者依据滕州市混凝土搅拌站建设发展中遇到的问题，并以HZS150钢结构搅拌站为载体，对搅拌站搅拌轴的结构进行了ANSYS分析和模拟。

【关键词】搅拌轴；ANSYS分析；模拟

1.绪论

笔者依据滕州市混凝土搅拌站建设发展中遇到的问题，本文以JS3000E搅拌主机的搅拌轴为研究对象，采用Pro/E软建模，进行空间结构分析。本选用ANSYS软件分析搅拌主机的搅拌轴。

2.搅拌轴的计算参数

（1）搅拌轴主要外形尺寸、结构特点（如图1所示）

（2）荷载

①恒载—作用于搅拌轴上的固定荷载。

②活荷载—作用于搅拌站上的可变荷载。

（3）主要材料

轴材料的钢号为45；计算密度：理论值为7.85t/m3；弹性模量。

3.搅拌轴的建模与分析

3.1 空间静力分析有限元的模型

（1）分析

在有限元分析受力情况的时候，结构的空间特性不能忽视必须考虑。建模的时候，本文按照结构形式，利用Pro/E进行整体建模。选用实体单元Solid 20 Node 95。在一开始建模时，按实际的结构建模，可是由于是实体模型，在ANSYS中进行网格划分时，不能进行，查阅了一些资料后，知道了是由于计算机的运算能力低造成的。考虑到搅拌臂上的叶片受力情况对轴受力没有很大的影响，所以采用了上图的模型，简化了结构，这样才能进行分析。图2所示为搅拌轴的空间计算模型。

（2）约束

在两轴端采用全约束。在实际工作中是安装轴承部位有约束，这样在两周端加全约束，实际上加强了轴上载荷，是偏于安全的。

（3）有限元模型（如图3所示）

3.2 搅拌轴的荷载分析

由于搅拌轴的相对尺寸不大，所以自重就可以忽略了。其主要载荷是搅拌力对轴的扭矩和弯矩。因为生产率较大、加料快，在加料时材料对叶片和轴的冲击也需要考虑。

在工作时，每个搅拌臂上有6kw的搅拌功率，搅拌臂的长度是640mm，由P=FV=FRω[1]；

式中P=6000w为功率；

R=0.640m为搅拌臂半径；

ω=7.3rad/s为角速度；

得出F=3530N。

（1）变形

将力加在搅拌臂的工作面上，即面16，39，47，61，77，91，105，122。轴的变形如4所示。在图中可以看出搅拌臂顶端的变形最大，符合实际的情况。

（2）位移

由图4.5可知，最大的位移量为0.27145mm。轴中间的变形最大，但其变形量是很小的，几乎可以忽略。从变形的情况来看，轴的设计符合要求。

3.3 搅拌轴的应力分布

在载荷的作用下，应力分布如6所示。在图中可以看出，轴的两端应力最大，应力值小于安全值。

4.搅拌轴自振特性的分析

分析结构的动力模态的过程中，可以了解结构整体性质，也可得到振动周期、振型参数。本课题在电脑上建模，得出搅拌轴的振型、计算搅拌轴的自振周期。

5.谐响应分析

5.1 动力分析的有限元模型

以搅拌机的相关技术参数为依据，在X，Y，Z方向，都受到搅拌机带来的简谐荷载，这些载荷的特点是等频率、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、不等的载荷，相位差将不复存在了。本课题分析计算出得FX、FY、FZ的简谐载荷的计算公式如下：

Fx=2000sin（2πf）t

Fy=-3375sin（2πf）t

Fz=1350sin（2πf）t

5.2 动力计算结果分析

动力计算结果分析见图7。

6.小结

笔者依据滕州市混凝土搅拌站建设发展中遇到的问题，并以HZS150钢结构搅拌站为载体，对搅拌站搅拌轴的结构进行对其进行ANSYS分析和模拟。虽然解决了一定的问题，但是由于是构建模型实体模型，在ANSYS中进行网格划分时没有达到预期的要求，由于是实验和实践水平受限，笔者没有对系统做出相应的优化，期待进一步的改进。

参考文献

[1]霍立会.怎样提高商品混凝土搅拌站的产品质量[J].交通世界，2009，13.

[2]曹泓，刘春梅.水泥混凝土拌和站的质量控制[J].黑龙江交通科技，2004，4.