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搖滾式混合機(jī)是一種新型高效的粉體混合機(jī)，其筒體繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的同時，再繞一根與軸線正交的水平軸做搖擺運動形成復(fù)合轉(zhuǎn)動，搖擺幅度在40°內(nèi)。筒體由它底部的摩擦輪支撐并帶動旋轉(zhuǎn)，筒體外部有兩圈擋板，擋輪與擋板接觸可防止筒體的車由向移動。搖滾式混合機(jī)的筒體承受粉體壓力，與承受氣體壓力、液體壓力的容器有很大區(qū)別。目前，粉體的力學(xué)性能和模擬狀態(tài)等尚處于探索階段，粉體受壓容器有限元分析文獻(xiàn)也很少。文中參照粉體力學(xué)知識的相關(guān)內(nèi)容，用Ansys軟件對萬升搖滾式混合機(jī)的筒體與摩擦輪、擋輪做接觸分析，求出了摩擦輪大小和支撐位置不同時的筒體應(yīng)力分布情況，在此基礎(chǔ)上對混合機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化和校核，可為今后搖滾式混合機(jī)的設(shè)計提供一些設(shè)計依據(jù)。
筒體組件結(jié)構(gòu)見圖，通過改變摩擦輪靠邊緣位置距筒體同邊端點的軸向距離L。和摩擦輪支撐筒體的周向角度俘確定摩擦輪的支撐點，再確定合適的摩擦輪軸向長度Lb和筒體壁厚母最后根據(jù)筒體應(yīng)力分布情況局部加厚筒體。筒體材料為OCr18Ni9，筒體體積10.6m3，物料密度1000kg/m3，裝載50%物料，摩擦輪分內(nèi)外兩層，外層材料是橡膠，內(nèi)層和材料為45鋼，擋輪材料為45鋼。通過筒體水平和擺動到最大角度的2個極限位置分析其應(yīng)力。
筒體運轉(zhuǎn)到水平時，由于存在粉體安息角，旋轉(zhuǎn)物料表面與水平方向有一定角度，會引起筒體受壓不平衡，見圖。筒體擺動到最大角度時，物料除了具有圖所示的情況之外，筒體擺動使物料有集中在一端的趨勢，也會引起筒體受壓不平衡，由于滾筒轉(zhuǎn)動速度較慢，粉體的沖擊較小，旋轉(zhuǎn)引起的離心力也相對很小，因此計算時可忽略，近似對筒體進(jìn)行靜力分析。根據(jù)Janssen理論，直立放置的滾筒內(nèi)粉體對容器的壓力隨高度呈指數(shù)曲線分布。當(dāng)容器寬度大于物料高度，壓力隨高度還近似呈線性分布時，可將壁面的正應(yīng)力和切應(yīng)力。
根據(jù)散粒體力學(xué)概念，在筒體橫放、容器寬度大于物料高度的工作狀態(tài)下，壁面的壓應(yīng)力和摩擦力也可以按照式近似求得，k隨弧面傾角而變化，是一個漸進(jìn)到1的不定值，計算出的k值基本滿足文獻(xiàn)中的曲線后對兩種狀態(tài)下的筒體進(jìn)行加載。筒體依靠與摩擦輪的接觸來控制徑向位移，依靠與擋輪的接觸來控制軸向位移。對摩擦輪主動輪和擋輪內(nèi)層進(jìn)行全約束，對摩擦輪從動輪內(nèi)層進(jìn)行徑向約束和周向約束，以控制整個模型的位移。由于水平時筒體沒有軸向移動的趨勢，所以去掉擋輪，而在與擋輪接觸的擋板處施加一個軸向約束，以簡化模型。對筒體和擋輪分別采用適合非線性分析的She11181單元和Solid185單元，對摩擦輪內(nèi)層也采用Solid185單元。由于摩擦輪的外層是橡膠材料，所以在計算中除了考慮接觸非線性外，還要考慮橡膠材料的非線性，用MoonedRivlin非線性彈性材料模型得出性能參數(shù)，對橡膠采用分析超彈材料的Hvber58單元。
取摩擦輪軸向長度Lb=0.24m，筒體壁厚瑟0.012m，改變L。分別得出筒體水平與傾斜到最大角度時的最大應(yīng)力強度SEQV(SMX)變化情況，見圖。由圖可以看出，無論是筒體水平還是筒體傾斜到最大角度，都應(yīng)該取小的L值。筒體水平時，應(yīng)當(dāng)取較大的俘值，筒體傾斜到最大角度時，應(yīng)取較小的俘值，這是由于粉體在筒體內(nèi)的不同分布引起的。綜合考慮，為便于筒體運動，摩擦輪與筒體接觸位置與封頭處保持一定距離，又能使最大應(yīng)力值較小，取La=0.76m，改變摩擦輪軸向長度Lb得到的筒體水平時和筒體傾斜到最大角度時最大應(yīng)力強度SEQV(SMX)的變化情況，取Lb=0.4m，改變壁厚a得到筒體水平時和筒體傾斜到最大角度時的最大應(yīng)力強度SEQV(SMX)的變化情況，應(yīng)力主要分布在與摩擦輪接觸的位置，并且一側(cè)明顯高于另一側(cè)，這是筒體旋轉(zhuǎn)以及粉體安息角存在的結(jié)果。
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