破碎式转筒烘干机破碎轴强度分析

胡杨 张翠 李金宽

摘 要：作为破碎式转筒烘干机的重要部件，破碎轴是破碎式转筒烘干机的重要组成部分。本文根据破碎式转筒烘干机的工作原理和受载情况，以破碎轴为研究对象，利用有限元软件ANSYS Workbench 对破碎轴进行强度分析，得到破碎轴静态变形云图和应力云图，可知整个破碎轴的中心部位变形较大，打刀与空心轴的连接处和在右端轴承支撑位置的应力最大。为破碎轴的优化设计提供理论依据。

关键词：破碎式转筒烘干机；破碎轴；强度分析

随着工业、农业的日益发展，需要干燥的物料如：煤泥等，也逐渐增多，干燥工序已经成为工农业生产的重要工序[ 1 ]。转筒烘干机是用于高水分物料烘干的大型设备，热风通过进料端的进风口进入转筒烘干机内，使转筒烘干机内的温度逐渐升高，高水分物料进入转筒烘干机内后，被旋转的抄料板反复抄起，在使物料与热风充分接触，而将水分汽化后蒸发，从而使物料达到干燥[ 2 ]。

为了提高转筒烘干机的效率，张德榜等根据物料的高湿高粘性分析了几种打散装置在转筒式烘干机中的应用[ 3 ]。马晓录等针对转筒干燥机内活动折弯抄板作用下撒料特性的研究，提出了一种转筒干燥机活动折弯抄板的设计方法[ 4 ]。汪大雅等针对现有转筒干燥机折弯抄板的不足，对逆流式烘干机、顺流式烘干机折弯抄板进行了改造[ 5 ]。

高水分物料在干燥过程中，会出现分散性差、易结块、结块后质地较硬和质量大等物理特性，干燥不充分，效率低，而且烘干机在运行过程中容易出现堵料和卡死的现象。克服现有技术的不足，一种破碎式转筒烘干机，即在传统 烘干机的圆柱形转筒内部增加一根破碎轴[ 2，6 ]，如图1所示，以增大物料与热风的接触面积，增大水分的蒸发量，并且可以解决烘干机运行过程中易结块、干燥不充分，效率低、干燥速度慢、运行过程中堵料和卡死的问题。

一、破碎式转筒烘干机的工作原理

破碎式转筒烘干机就是将破碎技术在回转圆筒烘干机的应用，在统转筒烘干机的基础上，在筒体内增加了一根破碎轴[ 2，6 ]。

转筒和破碎轴传动装置带动圆柱形转筒和破碎轴作旋转运动，热风通过进风口进入转筒内，转筒内的温度随之缓慢升高，被旋转的抄料板反复抄起进入转筒内的物料，在物料抄起下落的过程中被高速旋转的破碎轴上的打刀击中打碎，物料与热风的接触面积随之增大，进而增大了物料的水分蒸发量，以此循环，当物料到达出料区时便顺利从出料端的出料口出料，热风则从出风口排出，完成整个烘干过程[ 2，6 ]。

二、破碎轴结构

如图2所示，为破碎轴结构三维模型[ 7 ]，破碎轴的左右端轴为阶梯状空心轴，空心轴之间用钢管焊接而成，破碎轴上设置8组打刀，共24个打刀，每一把打刀通过螺栓连接固定在空心轴上，每组打刀相邻两组错开30度均匀分布在空心轴的圆周上[ 2，6 ]。

三、破碎轴结构有限元强度分析

根据破碎轴的结构和转速，在破碎轴左端轴承接触处一圈节点施加全约束，右端轴承接触处一圈节点处施加周向和径向约束[ 1 ]，放开轴向约束，利用ANSYS Workbench对破碎轴结构进行强度分析，其结果如图3所示。

由图3变形云图可知，最大变形量为0.076715mm，发生在破碎轴的中心打刀的刀尖处，这是由于两端轴承支撑的作用，整个轴的中心部位变形较大。

由应力云图可知，破碎轴的最大应力发生打刀与空心轴的连接处和在右端轴承支撑位置，其值为8.7731MPa，因为在左端轴承支撑处施加的是全约束，而在右端不对轴向施加约束，因此，当对破碎轴施加载荷和转速时，右端的轴承就会承受更大的作用力，并且打刀可以看做是悬臂梁结构，与空心轴的连接处为其失效严重的位置。

四、结论

1）建立了破碎式转筒烘干机的三维模型，利用ANSYS Workbench对破碎轴结构的强度进行了分析，得出了变形云图和应力云图。

2）破碎轴的中心部位变形量最大，打刀在与空心轴的连接处最容易发生失效。

参考文献：

[1] 赵岩峰.打散回转干燥机主要结构强度分析[D].沈阳：東北大学，2009.

[2] 李金宽，柳在鑫，张翠，等.破碎式转筒烘干机破碎轴谐响应分析[J].煤矿机械，2016，37（3）：69-71.

[3] 张德榜，李凯杰.打散装置在转筒式烘干机中的应用[J].创新科技，2014 （14）：74-75.

[4] 马晓录，张勇.转筒干燥机活动折弯抄板设计方法研究[J].河南工业大学学报（自然科学版），2013，5：020.

[5] 汪大雅，张爱国.抄板式转筒烘干机扬料板的改造[J].水泥，1999，9：013.

[6] 李金宽，柳在鑫，张翠，等.一种破碎式转筒烘干机[P].中国专利，201520796588，6.

[7] 李金宽，柳在鑫，张翠，等.一种破碎式转筒烘干机破碎轴结构[P].中国专利，201520796827，8.

作者简介：胡杨（1994-），男，汉族，四川大邑人，本科，研究方向：机械设计与仿真。