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经典图书 2.2 滚筒的应力和变形
滚筒的计算参数主要是：筒壳的应力和变形，筒壳与辐板焊缝的应力，辐板的应力，轮毂的应力，另外还有筋板（如果有）的应力。表1是两个滚筒模型的计算，滚筒1是计算的模型，滚筒2是计算的模型。表2为计算结果。图4和图5分别是应力和变形结果图。
表1 两个不同滚筒参数
表2 两个不同滚筒计算结果比较
图4 滚筒有限元分析应力
图5 滚筒有限元分析变形
两个模型滚筒都是驱动滚筒，滚筒1模型约束作用在轴上，滚筒2模型约束作用在轮毂上，轮毂上外加胀套的压力。滚筒2模型经过优化设计，应力稍微高些。筒壳应力比较小，通常在50MPa左右，主要是拉伸应力，和疲劳强度有关。辐板和轮毂应力比较高，主要是压缩应力，对强度影响小。筒壳的变形是一个关键设计参数，必须小于允许值。
2.3 滚筒计算模型的可靠性 目前国内很多技术人员已经计算过滚筒三维有限元模型，可以搜索的文献几十篇。绝大部分都是静态分析，几何没有动态分析。很少模型考虑了多个零件互相接触，进行静态非线性分析。分析主要是滚筒筒体结构应力，筒壳、辐板和轮毂以及焊缝应力和变形。 筒壳的应力和变形与解析法或设计法没有比较；由于忽略过渡圆角和焊缝结构细节，焊缝应力当然近似的，没有模型胀套与轮毂和轴过盈配合接触，缺少装配应力，轮毂应力不正确或精度不高。因此由于缺少比较，难免会有人为错误，计算结果的可靠性差。由于模型的近似性计算结果精确性也低。3 滚筒有限元分析发展趋势 随着带式输送机的发展，滚筒结构越来越大，质量、标准和创新设计都需要对滚筒进行有限元分析，优化设计、可靠性设计和动态设计将进一步提高滚筒的设计水平和带式输送机滚筒性能，促进有限元分析和滚筒CAE技术的发展和专业的形成。 3.1 滚筒的有限元分析和质量、标准设计 有限元分析要使用在滚筒的设计当中，需要正确且精确分析计算滚筒的应力和变形、固有特性等。滚筒的有限元模型进一步发展，模型包括滚筒组件，考虑胀套与轮毂和轴过盈配合，建立接触非线性分析模型。进一步模型包胶和皮带，研究和分析滚筒的载荷和包胶质量。焊缝应力分析模型，有裂纹滚筒分析模型需要进一步发展，有限元分析面向滚筒的制造和质量。建立滚筒有限元模型分析计算标准，培养工程师有限元分析水平，才能正确和精确模型和分析滚筒的应力和变形，为滚筒的质量和标准设计打下坚实基础。 3.2 滚筒的CAE和创新设计 正确模型和精确计算分析后，滚筒的CAE是发展趋势。通过参数化模型和自动分析，掌握ANSYS软件的滚筒CAE技术，将有限元分析使用到滚筒设计中。提高设计开发速度，设计和开发新型滚筒、大功率滚筒和新材料滚筒。 3.3 滚筒的优化设计、可靠性设计和动态设计 掌握了滚筒有限元分析和CAE技术，为滚筒的优化设计、可靠性设计和动态设计打下基础。由于带式输送机速度越来越高，动态设计必不可少；功率越来越大，优化设计能够减轻滚筒重量，节省材料，降低成本。智能化和数字化以及无人化矿井需要100%的可靠性，因此滚筒的可靠性设计对煤矿生产很重要，为煤矿安全高效生产更好地服务。4 结论 90年代滚筒有限元分析已经进行，为取代试验打下基础。随着计算机的发展，有限元分析已经使用到煤矿带式输送机滚筒的设计过程中。但分析计算精度还不够，计算模型可靠差，模型能力还需要发展，模型和分析计算还跟不上计算机和软件的发展。滚筒的CAE还需要研究，工程师还需要培养，需要科研支持和领导重视。滚筒的优化设计已经开展，但滚筒的可靠性设计和动态设计还没有进行。 随着滚筒有限元分析和CAE的发展，滚筒的虚拟设计是发展趋势。同时有限元分析和CAE技术将应用于带式输送机其它零部件如托辊和支架，为带式输送机的CAE打下基础。 |
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发表于 2014-3-14 20:35:32
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