基于 Ansys workbench 的 XJM 浮选机横梁受力分析及优化设计.pdf

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1、第２期水力采煤与管道运输Ｎｏ．２２０１６年６月ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＣＯＡＬＭＩＮＩＮＧ＆ＰＩＰＥＬＩＮＥＴＲＡＮＳＰＯＲＴＡＴＩＯＮＪｕｎ．２０１６ＤＯＩ：１０．１４１８７／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１３－１１８５／ｔｎ．２０１６．０２．００５基于Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的ＸＪＭ浮选机横梁受力分析及优化设计１．２杨茂青（１．太原理工大学矿业工程学院，山西太原０３００００；２．天地科技股份有限公司唐山分公司，河北唐山０６３０００）摘要：利用Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对ＸＪＭ－Ｓ型机械搅拌式浮选机横梁进行静强度分析及结

2、构优化设计，并对优化后的结构进行寿命分析。经过科学地计算，最终在保证使用寿命的前提下使横梁的主体结构重量减少了５０％，节约了生产成本及相关工序。关键词：Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎ；仿真；ＸＪＭ－Ｓ型浮选机；横梁；优化设计中图分类号：ＴＤ４５６文献标志码：Ａ文章编号：１００６－０８９８（２０１６）０２－００１９－０４Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ是由美国Ａｎｓｙｓ公司果。研制的一款通用计算机辅助有限元软ＸＪＭ系列机械搅拌式浮选机广泛应用［１，２］件，广泛应用于机械制造、航空航天等于各大选煤厂＜０．５ｍｍ的煤泥浮选，浮选领

3、域。该软件具有自动识别装配体、自动机横梁作为其搅拌机构的支撑对设备的平划分网格、强大的参数优化模块以及大多稳运行起着至关重要的作用。现有浮选机数的ＣＡＤ软件接口，可实现多重数据共享的横梁较为笨重，焊缝过长，焊接变形大，及交互功能。加工困难，因此，通过仿真模拟优化横梁的Ｐｒｏｅ是由美国ＰＴＣ公司研制的通用三结构，在不影响性能的基础上尽可能地减维建模软件，具有多重三维建模模块及参少重量，简化加工工艺。数化设计模块，广泛应用于产品建模、装配1建立横梁三维模型及运动仿真中，其功能覆盖整个产品的开发领域，拥有良好的人机交互界

4、面及广泛1．1确定三维建模参数的ＣＡＥ软件接口，便于仿真有限元分析的以ＸＪＭ－Ｓ１６浮选机为例，其横梁基［３］无缝连接。本结构参数为：总长３１８０ｍｍ，高４００ｍｍ，应用Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ进行产品优化设宽２００ｍｍ，横梁两端有钢板结构作为垂直［４］计步骤为：Ｃｒｅｏ三维建模－导入Ａｎｓｙｓ支撑，在横梁中间的上下表面各焊接搅拌ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ－添加参数化尺寸－定义模型机构固定座板。在此，将以现有横梁的长、材料属性－划分网格并细化－添加约束及宽、高作为初始尺寸，对其进行优化设计达载荷－进行有限元分析－受力结

5、果分析－到横梁变形量＜１ｍｍ并减少重量的目的。拓扑及形状优化设计－求解并验证优化结1．2建立三维模型１９２０１６年６月水力采煤与管道运输第２期以Ｃｒｅｏ３．０软件作为三维建模工具，并无缝导入Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ静力学分析模块中。创建的三维模型如图１所示。图２浮选机横梁网格图2．2进行静强度分析在静态应力分析前，需根据浮选机的图１浮选机横梁三维模型工况及搅拌机构重量和电机与皮带轮之间的拉力来确定横梁在各方向受到到的载1．3添加尺寸参数荷。垂直横梁方向的载荷主要为搅拌机构为对浮选机横梁参数进行优化设计，的重量减

6、去假底对其的支撑力。ＸＪＭ－因此定义横梁的高度为ｄｓ＿ｈ，横梁的宽度Ｓ１６浮选机搅拌机构重量为１６００ｋｇ，根据为ｄｓ＿ｂ，横梁长度为浮选机槽体长度所决F＝Mg可算出垂直方向的力为１６０００Ｎ。定，此处设定为固定值。按经验计算，浮选机假底承受约４０％的重2建立有限元模型并进行静力学分析量，因此，取垂直方向载荷为１００００Ｎ。而横梁受到水平方向的载荷是由皮带传动的2．1建立浮选机横梁的有限元模型拉力所决定，根据皮带传动的轴向作用力首先将Ｃｒｅｏ软件绘制的横梁三维模型公式：导入Ｓｔａｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ（静力学）模

7、块中并定［５］F＝２F０zsin（α／２）义横梁材料属性。浮选机横梁一般采用式中：F为轴向作用力；F０为单根V带Ｑ２３５碳素结构钢制造，其弹性模量（杨氏预紧力；z为V带的根数；α为小皮带轮包５模量）为２ｘ１０ＭＰａ，泊松比为０．２７４，屈服角。强度２３５ＭＰａ；然后对浮选机横梁进行网格计算出横梁受到的水平方向载荷为划分，为得到理想的网格，采用Ｈｅｘ－Ｄｏｍ-６７００Ｎ。根据工况，对横梁的两端施加固ｉｎａｔ（六面体单元占优）模式，隐藏不必要定约束，对四个螺栓孔施加１００００Ｎ的垂的附属零件，将单元格尺寸设置为２５ｍｍ

8、，直载荷和６７００Ｎ的水平载荷，然后对总变并手动对受力主体及应力可能集中区域进形和应力分布进行求解，最大变形结果为行细化，将其单元格尺寸缩小５０％，以提高网格质量。划分后的网格如图２所示。０．０９０７ｍｍ，最大应力求解结果为２０．５４ＭＰａ。载荷和约束图如图３所示，横２０２０１６年６月杨茂青：基于Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的ＸＪＭ浮选机横梁受力分析及优化设