带式输送机改向滚筒的结构优化设计

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1、技术与应用蓼滚筒是带式输送机的主要承载元件．其可靠性1．滚筒类型的确定和寿命直接影响带式输送机的性能。国内的滚筒设以等截面辐板轮毂结构的改向滚筒为例进行计往往采用经验公式法和类比法，设计工程师根据优化(见图1)，它主要包括筒壳、辐板、轮毂、滚筒自己的理论知识和工程设计经验．经过不断地选轴4个部分。为了计算方便，整个滚筒假设采用同择、试算、分析、校核直至达到设计要求为止。这种种材料。滚筒的力学参数和材料属性见表l所示。设计方法往往使用很高的安全系数来保证结构的2．等截面辐板改向滚筒强度有限元分析安全，结果造成滚筒结构尺寸和重量加大，增加了利用ANS

2、YS软件对滚筒进行静力分析，改向不必要的制造成本。与美国、日本传递相同动力的滚筒所受载荷：滚筒自重可由密度和重力加速度的滚筒相比．国产滚筒的质量平均高出1／3左右。增方式施加；滚筒筒壳表面法向压力，这种压力在改一大滚筒尺寸不能解决滚筒失效问题向滚筒中视为均布载荷，其径向比压可按q=2F／，因为滚筒是个复杂的系统，各个构件的强度和刚度互相影响。(bd2)MPa确定；滚筒旋转角速度产生的惯性力。约束模拟是滚筒强度分析的另一重要环节单方面增加某个尺寸可能会给其他构件带来不利，必的影响须遵循以下原则：一是要有足够的约束使结构消除。为使滚筒既能满足刚度和强

3、度条件，又便于制造、使用、维修和节约成本，需要用有限单元法刚体运动的可能，从而保证刚度矩阵非奇异。获得对其进行精确的应力分析和结构优化。本文基于国位移的确定解。二是不得有多余约束，因为多余的际大型通用有限元分析软件ANSYS。讨论改向滚约束会使结构产生实际不存在的附加约束力。从而筒的优化设计数学模型建立和求解方法。增加部件的计算刚度，使计算结果失真。表1滚筒力学参数和材料属性参数含义参数符合参数数值输送带合张力F25kN力学。包角a120参数输送带宽b1500ram弹性模量EMPa材料泊松比1J0．3属性“。材料密度P7．8×10kg／mm图1等

4、截面辐板滚筒结构示意图。一⋯一⋯⋯⋯技与应用制在一定范罔内；为了防止疲劳破坏，辐板、轮毂内表2滚筒初始结构参数表径、筒壳、轴的最大应力应在疲劳极限之内。因此，参数含义数值参数含义数值不考虑滚筒的振动特性时，辐板、轮毂内径、筒壳、名称(Illm)名称fram)轴的最大等效应力为状态变量，其值小于最大许用bl轴承间距24001轴头度128b2筒皮宽带1800t简壳厚度14应力80MPa，轴的最大挠度小于轴长的三千分之b3轮辐问距1600t辐板厚度l4一b轮毂宽度14Od筒壳外610，筒壳的最大径向变形小于筒壳总长度的千分b5轴肩宽10d轮毂外径220

5、之一。d1轴承内径8O滚筒轴直径140目标函数的确定。目标函数定为滚筒的总质量b轴承宽度8O最小，若滚筒各个构件材料的密度相同，则滚筒的根据表1、表2所列载荷及滚筒结构参数，计总体积也可代替滚筒的质量作为目标函数。算筒壳的最大等效应力为9．539MPa．发生在筒壳4．基于ANSYS的优化设计方法和辐板的联接焊缝处，其余位置的应力比较小；滚优化作为一种数学方法，通常是利用对解析函筒轴的最大等效应力发生在轴承约束的位置，而轴数求极值的方法来达到寻求最优值的目的。建立优中部的应力比较小：辐板的最大应力为化设计的数学模型后，对于简单的模型可以利用经45．

6、536MPa．发生在和轮毂的联接处：轮毂的最大等典的极值理论进行求解，但对于复杂的工程结构问效应力为9．9MPa，应力比较小。题很难求解，甚至无法列出数学表达式。随着有限通过对滚筒的静态分析可以看，滚筒结构设元理沦的发展及计算机的普遍应用，可用有限元辅计存在着较大的强度和刚度的余量，结构和材料的助进行结构优化设计，目前很多有限元软件都具备承载能力并没有得到充分利用，这为结构优化提供优化设计功能了很大的空间。对滚筒进行结构优化，其目的主要优化设计步骤。ANSYS软件中的优化分析步是使滚筒结构在满足强度和刚度的条件下，通过优骤如图2所示。首先利用有限

7、元软件建立以设计变化各部分尺寸使所用的材料最少，即质量最小。量为参数的参数化模型并加载求解．然后在后处理3．滚筒优化设计的数学模型中将状态变量(约束条件)和目标函数(优化目标)优化变量的选定设计变量为自变量，就是通提取出来供优化处理器进行优化参数评定。过改变设计变量的数值来实现优化结果。每个设计fl变量都有上下限．它定义了设计变量的变化范围。参数化建模1在滚筒性能满足使用要求的前提下，要显著降低滚筒的质量，选择优化的结构件应满足该部件的质量ll^一选择优化士在滚筒结构件总质量中占有较大的比重、该部件的l声明优化变；l}具或者优化i量质量减小对整个

8、滚筒的刚度和强度影响不显著。燕一⋯⋯⋯1l通过分析滚筒各部分结构件对滚筒刚度的影响，选定筒壳厚度(t)、辐板厚度(t2)、轮毂外径(d)