烘干機(jī)是粘膠短纖維后處理工序的主要設(shè)備，用于供精煉后經(jīng)濕開棉機(jī)開松的粘膠短纖維去除水份并烘干，使纖維達(dá)到合格回潮率．
短纖烘干機(jī)中的烘房機(jī)架由每節(jié)獨(dú)立的單元機(jī)架組合而成，主要由方管、型鋼組成，風(fēng)機(jī)側(cè)為方管焊接成的框架結(jié)構(gòu)，用于安裝風(fēng)機(jī)和散熱器等；操作側(cè)為方管焊接成的片狀結(jié)構(gòu)，用于操作、清理之用，橫攆結(jié)合件由5 mm的鋼板扳成（如圖1和圖2所示），用于連接風(fēng)機(jī)側(cè)和操作側(cè)，形成烘房，簾板和氣流密封裝置安裝于此，用于輸送纖維，通過熱風(fēng)的循環(huán)作用，達(dá)到對纖維的烘干．
橫撐結(jié)合件原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形狀如圖1所示，由4個(gè)墊板和1個(gè)橫撐組成．橫撐由5mm的鋼板折彎而成，兩頭各有4個(gè)∮9的孔，通過M8的螺釘連接機(jī)架上的角鋼，中間有4個(gè)40 Xl00的墊板與風(fēng)機(jī)連接，風(fēng)機(jī)總重為1300 kg，共有2個(gè)橫撐結(jié)合件承擔(dān)風(fēng)機(jī)的重力，故作用在該結(jié)合件上的重力為650kg.該設(shè)備在安裝過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把風(fēng)機(jī)吊裝上機(jī)架時(shí)，橫撐結(jié)合件發(fā)生較大的變形，出現(xiàn)較大的彎曲，使該設(shè)備無法再繼續(xù)安裝試車．
1、橫撐結(jié)合件的有限元模型建立
1.1 主要參數(shù)和材料常數(shù)
結(jié)合件的主要材料為Q235-A，彈性模量為2. 06 Ell( Pa)，密度為7.8 E- 3g/mm3，泊松比肛 -0.3．根據(jù)機(jī)架的結(jié)構(gòu)，共有2個(gè)橫撐結(jié)合件承擔(dān)風(fēng)機(jī)的重力，風(fēng)機(jī)總重為1300 kg，一個(gè)橫撐結(jié)合件受重力為650 kgⅢ.在有限元分析的過程中，對建好的數(shù)學(xué)模型直接施加重力加速度g - 9810mm／S2產(chǎn)生．
1.2有限元模型建立
根據(jù)橫撐結(jié)合件的結(jié)構(gòu)，用Pro/engineer三維建模軟件對橫撐結(jié)合件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模．本分析對模型細(xì)節(jié)部分做了一些簡化，如倒圓角等去掉，便于計(jì)算，簡化后的幾何模型見圖1．
建模完成后導(dǎo)入到Ansys有限元分析軟件中，考慮到模型不是很復(fù)雜，直接用實(shí)體單元，選擇帶中間節(jié)點(diǎn)的SOLID 95．該單元是三維20節(jié)點(diǎn)實(shí)體，該元素是solid45的高次形式，能夠用于不規(guī)則形狀，而且不會(huì)在精度上有任何損失．該元素具有位移協(xié)調(diào)形狀，適用于模擬彎曲邊界；該元素由20個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)3個(gè)自由度；x，y，z方向；該元素具有空間的任何方向，并具有塑性、徐變、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形、大應(yīng)變能力．網(wǎng)格模型見圖3．
1.3邊界條件與載荷
橫撐結(jié)合件靠兩頭的孔用螺釘連接靠到機(jī)架上的角鋼上的，因此對橫撐結(jié)合件進(jìn)行約束時(shí)，在兩端的局部受力面和孔上施加位移約束，把位移載荷值取0位移，重力加速度為Y方向-9810 mm/s2．根據(jù)風(fēng)機(jī)的實(shí)際安裝位置，在4個(gè)凸起的墊板上施加6500 N的向下的力．
2、橫撐結(jié)合件的有限元分析
在本次分析計(jì)算中，主要關(guān)注橫撐結(jié)合件的彎曲變形和應(yīng)力分布．橫撐結(jié)合件在重力作用下的最大變形量為22. 961 mm，最大綜合應(yīng)力（如圖5）為350. 55 MPa.最大應(yīng)力強(qiáng)度大于材料的許用應(yīng)力強(qiáng)度，出現(xiàn)應(yīng)力集中，變形也比較大．
3、橫撐結(jié)合件的加強(qiáng)方案有限元分析
由于與機(jī)架的連接方式已經(jīng)確定，無法更改，從而在橫撐結(jié)合件上考慮加強(qiáng)，為了滿足機(jī)器的要求，盡可能的減少變形，提出了在短側(cè)邊加長、縱向增加中間筋板和端頭加封板等方案，
3.1幾種方案的分析
(1)短側(cè)邊加長到100 mm后的分析
在結(jié)合件的短側(cè)折邊由原來的50 mm加長到100 mm，其它尺寸不變，橫撐結(jié)合件在重力作用下的最大變形量為8.1188 mm，最大綜合應(yīng)力為350 MPa．可見變形已大大改善，而應(yīng)力沒有多大改變，主要是在端部小范圍出現(xiàn)局部集中，中間大部分應(yīng)力還是較小的．
(2)短側(cè)邊加長和加封板后的分析
考慮到用螺栓與機(jī)架連接不太方便（機(jī)架連接部分為槽鋼），在結(jié)合件的短側(cè)折邊由原來的50mm加長到100 mm，在橫撐的兩端加焊封板，但封板與端頭距離80 mm，還是原來的連接方式，橫撐結(jié)合件在重力作用下的最大變形量（圖8）為6. 970 9 mm，最大綜合應(yīng)力（圖9）為167. 04 MPa．可見變形和應(yīng)力已大大改善．
(3)正中間加厚為10 mm筋板
在其它尺寸不變的情況下，在橫撐的中心焊接筋板(即距邊為50 mm)，尺寸為10(厚)×100(高)×3300（長）mm，橫撐結(jié)合件在650 kg力作用下的最大變形量(圖10)為8.3301 mm，最大綜合應(yīng)力(圖11)為380. 87 MPa．
(4)距邊25 mm處加厚為10 mm筋板、端頭加封板、中間10 mm隔板
在其他尺寸不變的情況下，在距橫撐的短側(cè)邊25 mm處焊接筋板，筋板尺寸同方案3，從中間往兩端每隔500 mm增加厚為10 mm的隔板，其他尺寸不變，橫撐結(jié)合件在650 kg力作用下的最大變形量（圖12）為6. 194 mm，最大綜合應(yīng)力(圖13)為
3.2幾種加強(qiáng)方案的比較
將上述4種加強(qiáng)方案的最大變形和綜合應(yīng)力數(shù)據(jù)列于表1．
從表1可以看出，方案1把短側(cè)邊加長和方案3在正中間加厚為10 mm筋板后，變形是變小了，但局部應(yīng)力還是較大．方案2短側(cè)邊加長及加封板后變形和應(yīng)力都減小了，效果比較好，但考慮到充分利用已生產(chǎn)好的工件，減少浪費(fèi)，在短側(cè)邊上焊接加長板不是很理想，而方案4在槽里焊接厚為10 mm的筋板以及加封板較為理想，最大變形和綜合應(yīng)力都在可以接受的范圍內(nèi)，故采用方案4．最后實(shí)踐證明采用方案4是合理的，目前設(shè)備在客戶廠家運(yùn)轉(zhuǎn)正常．
4、結(jié)束語
本文通過對橫撐結(jié)合件的有限元分析，提出加長側(cè)板和增加中間加強(qiáng)板等4種加強(qiáng)方案，能夠有效降低了橫撐結(jié)合件在風(fēng)機(jī)重壓下的變形和應(yīng)力，提高了剛度和強(qiáng)度，達(dá)到了橫撐結(jié)合件加強(qiáng)的目的。
利用CAD進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的建模，采用CAE對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析研究，是傳統(tǒng)的計(jì)算方法無法實(shí)現(xiàn)的，而通過CAE對不同參數(shù)情況和工況進(jìn)行分析比較，為改進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的指導(dǎo)方向。
