翟廷科 張勇軍 張文良 李 飛

SKLNA系列逆流式冷卻器排料裝置優(yōu)化分析

翟廷科 張勇軍 張文良 李 飛

SKLNA系列逆流式冷卻器排料裝置的工作性能會直接影響冷卻器的整體工作性能。文章針對冷卻器排料裝置的性能提升進行應力、應變分析。首先將排料裝置的應力、應變試驗結果與有限元分析結果進行對比以確定有限元方法是否可行；其次在滿載荷的情況下，采用有限元分析方法對冷卻器排料裝置進行優(yōu)化設計，并提出優(yōu)化方案。

冷卻器；有限元；應力；應變

冷卻器是顆粒飼料加工工藝中的關鍵設備，其質量好壞直接影響到顆粒飼料的質量。目前市場上冷卻器的種類大致分為臥式冷卻器、立式冷卻器、圓筒式冷卻器及逆流冷卻器，其中逆流冷卻器以外形簡潔美觀、單位產量的空氣消耗量低、采用先進的逆流原理等優(yōu)點深得客戶的喜愛。SKLNA系列逆流式冷卻器是某集團改進型的逆流冷卻器，在繼承了所有逆流式冷卻器的優(yōu)點的同時，該新型冷卻器采用更加合理的灑料裝置和排料裝置，使得冷卻器在降低破碎率、冷卻效果及結構壽命都得到很大的提高。

SKLNA系列逆流式冷卻器雖然在性能上得到很大提升，與同行業(yè)相同類型冷卻器相比有很大競爭優(yōu)勢，但是該型號冷卻器還是有很大的提升空間。本文將重點針對該冷卻器的排料裝置進行優(yōu)化分析，首先對該系列逆流冷卻器的排料裝置施加測試載荷，并將該情況下的應力和應變測試的結果與有限元分析結果對比；然后在滿載荷的情況下，采用有限元軟件ANSYS對排料裝置進行有限元分析，實現(xiàn)該型號冷卻器排料裝置的最優(yōu)配置。

1 逆流式冷卻器的排料原理

排料裝置是逆流式冷卻器的關鍵部件，主要包括減壓板、流量調節(jié)柵板、排料柵板等。該型號冷卻器增設的減壓板結構與支座相連，分擔了物料對于排料柵欄的正壓力，解決了由此引起的柵欄變形問題；相對于傳統(tǒng)的逆流式冷卻器其動力消耗更小，通風面積更大，具有更優(yōu)越的冷卻效果。流量調節(jié)柵板通過改變其與排料柵板的相對位置對排料流量進行調節(jié)；排料柵欄是冷卻器的重要功能部件，由牽引塊、柵條、橫邊、滾動軸承等部分組成，可以在傳動裝置的牽引下在底座導軌上做直線往復運動，進行卸料。具體工作原理如圖1所示。

圖1 排料裝置

2 排料裝置實驗與有限元分析結果對比

為使分析結果更具有說服力，首先在冷卻器排料裝置上施加一定的載荷，然后與有限元分析結果進行對比，觀察二者誤差是否在允許范圍內。

2.1 應力、應變測試

由圖1可知，逆流式冷卻器的排料裝置分為三層，第一層為減壓柵板，第二層為調節(jié)柵板，第三層為排料柵板。減壓柵板的作用主要用于承受正壓力，故對第一層進行滿載時的應力測試；而第二層和第三層真正的作用是排料，對它們影響最大的因素是應變，如果二者應變尺寸過大就會導致大量的物料殘留，從而影響排料器的整體性能，所以對第二層和第三層柵板在進行應力測試的同時進行位移測試。

在排料裝置上設置6個位置對稱的測試點，通過6次加載，所加載荷共計3.51×104N。各層柵板上測試點的分布如圖2所示。

圖2 各層柵板測試點分布

各測試點的具體應力測試結果就不再詳細表述，各層柵板上兩個測試點的平均應力如表1所示。

表1 各層柵板測點的平均應力

在對施加3.51×104N載荷的情況下，調節(jié)流量柵板和排料柵板的應變測試結果如表2所示。

表2 柵板的應變值（mm）

2.2 有限元分析

在測試載荷作用下，通過對三層柵板施加不同分配載荷進行有限元計算，并將其應力、應變與測試結果相比較。本文采用實體單元SOLID45建模，彈性模量為2.06×105MPa，泊松比為0.3，各層載荷分布比例分別為50%、15%、35%。應力分析結果如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 第一層測點應力（30.1 MPa）

圖4 第二層測點應力（5.37 MPa）

圖5 第三層測點應力（10.2 MPa）

第二層和第三層柵板的應變分析結果如圖6、圖7所示。

圖6 第二層測點變形

圖7 第三層測點變形

觀察上圖可知各層柵板的測試點的應力及應變的數(shù)值，將其與實驗結果對比如表3、表4所示。

表3 各層測點應力對比（MPa）

表4 各層測點應變對比（mm）

由表3、表4可知，經過比較可以看出，測點應力的有限元分析結果與測試結果接近，誤差滿足要求；兩者變形相差0.3 mm，主要由于測試時，第一次加載結束后百分表掉落，應變測試結果較實際值應偏小。通過比較可認為有限元分析模型與實際工況下模型相同，對此模型進一步按滿載計算其結構的應力和變形。

3 滿載荷有限元分析

分析方法與上述相同，該型號冷卻器滿載承重為5 t，即所加載荷總量為4.9×104N。經過分析計算，查看后處理得出滿載時排料裝置的整體應力和應變，如圖8～圖12所示。

圖8 第一層整體應力

圖9 第二層整體應力

圖10 第三層整體應力

圖11 第二層整體應變

圖12 第三層整體應變

由上圖可知，在滿載荷情況下，通過有限元分析可以得出該型號冷卻器的排料裝置各層柵板的應力分布及應變分布狀況。有限元分析的最大應力及最大應變如表5所示。

表5 滿載荷有限元分析結果

4 分析與結論

4.1 該型號冷卻器的用材為碳鋼，其許用應力一般在185～235 MPa。結合上述圖表可知，各層柵板均受到應力集中的影響，如果排除此因素的影響，該型號冷卻器結構整體應力較小，滿足強度要求，并且強度富裕量較大，存在結構優(yōu)化的空間。

4.2 結合上述整體結構應力分布圖可知，由于存在應力集中，在筋板與槽鋼、筋板與斜板等連接處的應力較大，特別是第三層的最大應力已經超過碳鋼的許用應力，應考慮對此處進行加強。

4.3 結合上述整體結構應變圖可知，第二層與第三層的應變量之差為1.5 mm，有可能會導致排料裝置產生積料，故對于應變匹配問題需要進一步優(yōu)化。

總之相對其它類型的冷卻器而言，SKLNA系列逆流式冷卻器的整體性能還是比較優(yōu)越的。本文通過對SKLNA系列逆流式冷卻器的排料裝置的優(yōu)化分析，進一步對該型冷卻器進行性能提升，同時為解決此類問題提供一套更加成熟的分析方法。經過實驗與分析結果的對比可知，有限元分析方法對于設備的性能提升提供了一條捷徑。

S817.12

A

1001-991X（2011）09-0001-03

翟廷科，江蘇牧羊集團研發(fā)中心，應用工程師，225127，江蘇省揚州市邗江區(qū)牧羊路1號。

張勇軍、張文良、李飛，單位及通訊地址同第一作者。

2010-12-19

（編輯：崔成德，cuicengde@tom.com）