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【摘 要】 为提升对辊破碎机辊子的工作可靠性，利用三维建模软件Proe/E及有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行建模并进行静力学分析和离心力分析。本文验证了其强度可靠且受力变形较小，通过提取、研究其模态振型及固有频率确保了其动态性能的可靠。研究结果为产品质量的提升及相关设备的设计提供了参考。
【关键词】 对辊破碎机;辊子;结构强度;模态分析
【中图分类号】 TD451 【文献标识码】 A
【文章编号】 2096-4102（2020）01-0022-02 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
对辊破碎机就是大型矿井常用破碎设备，其动静态可靠性直接关系到煤、矸石破碎效果。
本文以山西某大型煤矿采用的对辊破碎机为研究对象，利用有限元分析软件ANSYS对其进行静力分析及离心力分析验证了其结构强度的可靠;对其进行模态分析验证了其动态性能的可靠。通过以上分析为对辊破碎机的设计及改进提供一定参考。
1静态可靠性分析
1.1网格划分
由于对辊破碎机辊子的模型并不复杂，所以其建模过程在此不再赘述，只是给出其最终模型。Workbench已有Pro/E接口，但将其转换为第三方格式能够减少出错，将其转换为x-t格式以便转入Workbench。在静态分析过程当中默认的是ANSYS当中的Solid185单元，将40CrMo的材质属性赋予辊子：密度7850kg/m3，杨氏模量212GPa，泊松比0.28。
使用Workbench内部的ICEM-CFD模块划分网格。划分完成之后的辊子模型如图1所示。
1.2静力分析
边界条件当中，以无摩擦约束模拟轴承之间的接触条件，固定辊子的轴向窜动。施加的载荷，加载于上辊面，大小为500000N，方向竖直向下，得到其应力云图及变形云图如图2所示。
由云图可以看出，辊子的最大等效应力处在固定端的轴颈处，大小为33Mpa左右，并未达到42CrMo的屈服轻度，辊子的总变形不大。
1.3离心力分析
在对辊子进行模态分析时，必须考虑到离心力对其模态带来的影响，所以首先计算其离心力的大小。
对辊破碎机的转速为200r/s即10.5rad/s，由于Workbench当中转速的添加是以角速度为单位添加的，因而有必要将其转换为角速度。
离心力的计算还是在static structural中计算，只是将压力改为角速度，其余边界条件不需要改变。
得到离心力作用下辊子应力云图及变形云图如图3所示。
由图（3）a可见：滚子在工作转速下其受到的离心应力最大为0.015352MPa，最大位移部位位于左侧轴伸轴肩部位，该部位为整个滚子直径最小的部位，与实际状况相符;
由图（3）b可见：辊子在离心力作用下最大变形为0.000014419mm，最大位移部位位于辊子工作面，该部位为辊子直径最大部位，变形云图与实际状况相符。
2动态可靠性分析
模态分析被用于确定结构的固有频率和振型。固有频率和振型的计算是进行结构设计的重要参考依据。模态分析是进行瞬态动力学分析和谐响应分析等的重要依据。
在Workbench当中模态分析的计算需与静力学分析结果偶合。将TOOL box当中的Model选项托动至静力学分析的result選项上面，可以完成耦合。
模拟结果给出了辊子的标准转速下的6阶固有频率以及每阶模态对应的振型，见表1。
模态振型图在此只给出比较典型的前两阶，如图4所示。
对辊破碎机的转速为200r/s，根据（1）算出其一阶临界固有频率为31.831Hz，与对辊破碎机的一阶固有频率165.9Hz相隔较远，可以判断其不会发生共振。
3结论
对辊子施加500000N的向下载荷，此时辊子的最大等效应力处在固定端的轴颈处，大小为33Mpa左右，并未达到42CrMo的屈服轻度，辊子的总变形不大。
对辊子进行离心力分析：辊子在200R/s的转速下，其离心力的等效应力不到1MPa，变形可忽略不计。
分析出辊子的前六阶固有频率及相应的模态振型，计算出其一阶临界固有频率，与对辊破碎机的一阶固有频率对比，确保辊子工作远离共振区间。
【参考文献】
[1]陈金山，李长生，曹勇.轧辊粗糙度对不锈钢板带表面和工艺参数的影响[J].机械工程学报，2013，49（4）：30-36.
[2]常锡振，姚红良，高英华.双齿辊破碎机破碎辊的振动分析[J].科学技术与工程，2016，16（34）：162-165，175.
[3]丁涛，潘永泰，乔士雷.SSC分级破碎机齿辊动载荷计算[J].煤矿机械，2013，34（3）：8-10.
[4丁淑辉.Pro/Engineer Wildfire5.0 基础设计与详解[M].北京：清华大学出版社，2012.
[5]冉翌正.双齿辊破碎机选型设计与离散元仿真研究[D].长春：吉林大学，2016.
[6]刘江.ANSYY 14.5 Workbench机械仿真实例详解[M].北京：机械工业出版社，2014.
[7]王飞.矿山皮带输送机自扫装置优化研究[J].山西能源学院学报，2019，32（1）：21-25.
【关键词】 对辊破碎机;辊子;结构强度;模态分析
【中图分类号】 TD451 【文献标识码】 A
【文章编号】 2096-4102（2020）01-0022-02 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
对辊破碎机就是大型矿井常用破碎设备，其动静态可靠性直接关系到煤、矸石破碎效果。
本文以山西某大型煤矿采用的对辊破碎机为研究对象，利用有限元分析软件ANSYS对其进行静力分析及离心力分析验证了其结构强度的可靠;对其进行模态分析验证了其动态性能的可靠。通过以上分析为对辊破碎机的设计及改进提供一定参考。
1静态可靠性分析
1.1网格划分
由于对辊破碎机辊子的模型并不复杂，所以其建模过程在此不再赘述，只是给出其最终模型。Workbench已有Pro/E接口，但将其转换为第三方格式能够减少出错，将其转换为x-t格式以便转入Workbench。在静态分析过程当中默认的是ANSYS当中的Solid185单元，将40CrMo的材质属性赋予辊子：密度7850kg/m3，杨氏模量212GPa，泊松比0.28。
使用Workbench内部的ICEM-CFD模块划分网格。划分完成之后的辊子模型如图1所示。
1.2静力分析
边界条件当中，以无摩擦约束模拟轴承之间的接触条件，固定辊子的轴向窜动。施加的载荷，加载于上辊面，大小为500000N，方向竖直向下，得到其应力云图及变形云图如图2所示。
由云图可以看出，辊子的最大等效应力处在固定端的轴颈处，大小为33Mpa左右，并未达到42CrMo的屈服轻度，辊子的总变形不大。
1.3离心力分析
在对辊子进行模态分析时，必须考虑到离心力对其模态带来的影响，所以首先计算其离心力的大小。
对辊破碎机的转速为200r/s即10.5rad/s，由于Workbench当中转速的添加是以角速度为单位添加的，因而有必要将其转换为角速度。
离心力的计算还是在static structural中计算，只是将压力改为角速度，其余边界条件不需要改变。
得到离心力作用下辊子应力云图及变形云图如图3所示。
由图（3）a可见：滚子在工作转速下其受到的离心应力最大为0.015352MPa，最大位移部位位于左侧轴伸轴肩部位，该部位为整个滚子直径最小的部位，与实际状况相符;
由图（3）b可见：辊子在离心力作用下最大变形为0.000014419mm，最大位移部位位于辊子工作面，该部位为辊子直径最大部位，变形云图与实际状况相符。
2动态可靠性分析
模态分析被用于确定结构的固有频率和振型。固有频率和振型的计算是进行结构设计的重要参考依据。模态分析是进行瞬态动力学分析和谐响应分析等的重要依据。
在Workbench当中模态分析的计算需与静力学分析结果偶合。将TOOL box当中的Model选项托动至静力学分析的result選项上面，可以完成耦合。
模拟结果给出了辊子的标准转速下的6阶固有频率以及每阶模态对应的振型，见表1。
模态振型图在此只给出比较典型的前两阶，如图4所示。
对辊破碎机的转速为200r/s，根据（1）算出其一阶临界固有频率为31.831Hz，与对辊破碎机的一阶固有频率165.9Hz相隔较远，可以判断其不会发生共振。
3结论
对辊子施加500000N的向下载荷，此时辊子的最大等效应力处在固定端的轴颈处，大小为33Mpa左右，并未达到42CrMo的屈服轻度，辊子的总变形不大。
对辊子进行离心力分析：辊子在200R/s的转速下，其离心力的等效应力不到1MPa，变形可忽略不计。
分析出辊子的前六阶固有频率及相应的模态振型，计算出其一阶临界固有频率，与对辊破碎机的一阶固有频率对比，确保辊子工作远离共振区间。
【参考文献】
[1]陈金山，李长生，曹勇.轧辊粗糙度对不锈钢板带表面和工艺参数的影响[J].机械工程学报，2013，49（4）：30-36.
[2]常锡振，姚红良，高英华.双齿辊破碎机破碎辊的振动分析[J].科学技术与工程，2016，16（34）：162-165，175.
[3]丁涛，潘永泰，乔士雷.SSC分级破碎机齿辊动载荷计算[J].煤矿机械，2013，34（3）：8-10.
[4丁淑辉.Pro/Engineer Wildfire5.0 基础设计与详解[M].北京：清华大学出版社，2012.
[5]冉翌正.双齿辊破碎机选型设计与离散元仿真研究[D].长春：吉林大学，2016.
[6]刘江.ANSYY 14.5 Workbench机械仿真实例详解[M].北京：机械工业出版社，2014.
[7]王飞.矿山皮带输送机自扫装置优化研究[J].山西能源学院学报，2019，32（1）：21-25.