回轉窯屬(shu)于(yu)大型重(zhong)工(gong)設備，其(qi)生產過程中(zhong)有(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)危(wei)險(xian)性，通(tong)常由于(yu)溫度(du)和載荷不(bu)均容易造成設備故障，給企(qi)業(ye)造成巨大的(de)(de)經濟損失。下面我們(men)通(tong)過有(you)限元(yuan)分(fen)析(xi)研究得(de)出，回(hui)轉窯滾(gun)圈(quan)受到(dao)來自筒(tong)體載荷、自重(zhong)以(yi)及(ji)內圈(quan)高溫產生的(de)(de)內應(ying)力(li)疊加(jia)作用(yong)，滾(gun)圈(quan)在(zai)一(yi)(yi)周(zhou)的(de)(de)循環過程中(zhong)，在(zai)加(jia)熱(re)區吸(xi)收(shou)熱(re)量，在(zai)冷卻區釋放熱(re)量，溫度(du)始(shi)終在(zai)不(bu)斷的(de)(de)變化，因此(ci)，溫度(du)場對滾(gun)圈(quan)的(de)(de)影響較大。我們(men)以(yi)某大型回(hui)轉窯為研究對象，采取(qu)CAE有(you)限元(yuan)方法對其(qi)整體模(mo)型及(ji)其(qi)支(zhi)承件滾(gun)圈(quan)、筒(tong)體、托輪(lun)和托輪(lun)軸進行熱(re)力(li)耦合分(fen)析(xi)，得(de)到(dao)它(ta)們(men)的(de)(de)應(ying)變-應(ying)力(li)云(yun)圖(tu)，確(que)定了各支(zhi)承件的(de)(de)薄(bo)弱環節(jie)，并提出了解決優化方案。

1、回轉窯的基本結構

回(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)窯(yao)(yao)筒(tong)(tong)體(ti)由(you)不同厚(hou)(hou)度的(de)(de)(de)鋼(gang)板(ban)卷制焊接而成，共有4擋(dang)支(zhi)(zhi)撐，每擋(dang)支(zhi)(zhi)撐由(you)左右對稱的(de)(de)(de)2個(ge)(ge)托(tuo)(tuo)輪(lun)及上(shang)方的(de)(de)(de)滾圈(quan)組成。筒(tong)(tong)體(ti)與(yu)水(shui)平微(wei)傾斜安(an)裝，活套在(zai)滾圈(quan)內(nei)，滾圈(quan)內(nei)的(de)(de)(de)筒(tong)(tong)體(ti)鋼(gang)板(ban)一(yi)般(ban)較(jiao)厚(hou)(hou)，并有墊板(ban)，以保證(zheng)橫截面有足夠的(de)(de)(de)剛(gang)度。筒(tong)(tong)體(ti)內(nei)鑲嵌的(de)(de)(de)耐火磚保溫(wen)材(cai)料(liao)，既能滿足煅燒工藝要求(qiu)，又可保護筒(tong)(tong)體(ti)不受熱輻射影(ying)響而降低熱耗(hao)；滾圈(quan)是加固(gu)筒(tong)(tong)體(ti)的(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)零件(jian)，分(fen)別與(yu)垂直方向成30°角(jiao)支(zhi)(zhi)撐在(zai)2個(ge)(ge)托(tuo)(tuo)輪(lun)上(shang)；托(tuo)(tuo)輪(lun)裝置承受筒(tong)(tong)體(ti)、窯(yao)(yao)襯、物料(liao)和滾圈(quan)等(deng)回(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)部分(fen)的(de)(de)(de)全部質量，是回(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)窯(yao)(yao)的(de)(de)(de)重要組成部分(fen)，托(tuo)(tuo)輪(lun)裝置運行(xing)狀況直接影(ying)響整個(ge)(ge)回(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)窯(yao)(yao)系統(tong)的(de)(de)(de)正(zheng)常運轉(zhuan)(zhuan)。

2、回轉窯熱力耦合分析

（1）有限元模型

由(you)于回(hui)轉窯結構比較(jiao)復雜，建模時應(ying)忽(hu)略一些影響較(jiao)小的部件(jian)，并將其(qi)質量折算到(dao)相應(ying)位置，以減(jian)少有(you)限元(yuan)模型(xing)的規模。首先采用ANSYS建立回(hui)轉窯三維(wei)有(you)限元(yuan)模型(xing)，采用ANSYSSolid70單元(yuan)對(dui)其(qi)進行網格劃分，模型(xing)節點數為351424個，共有(you)75339單元(yuan)格。

施(shi)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)載(zai)荷，選擇Solid70三(san)(san)維(wei)熱(re)(re)實(shi)體(ti)體(ti)積塊單元，Solid70具(ju)有8個(ge)節點(dian)，每個(ge)節點(dian)有一個(ge)溫度自(zi)由(you)度，該單元可用于三(san)(san)維(wei)穩態或瞬態的(de)熱(re)(re)分析問題，并可補償由(you)于恒定速度場質(zhi)量(liang)(liang)輸運(yun)帶來的(de)熱(re)(re)流損失(shi)，耐(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)(zhuan)對(dui)(dui)回轉(zhuan)(zhuan)窯(yao)的(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)吸收是(shi)均勻(yun)分布(bu)的(de)，在耐(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)(zhuan)層內(nei)部施(shi)加(jia)(jia)(jia)溫度載(zai)荷。物料質(zhi)量(liang)(liang)為450t，對(dui)(dui)其(qi)進(jin)行(xing)均布(bu)載(zai)荷處(chu)理，大齒圈質(zhi)量(liang)(liang)為45t，將其(qi)作為集中力處(chu)理。對(dui)(dui)耐(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)(zhuan)和(he)(he)(he)托輪軸的(de)2個(ge)端面施(shi)加(jia)(jia)(jia)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)，其(qi)軸向(xiang)施(shi)加(jia)(jia)(jia)平(ping)移(yi)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)(he)(he)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)，對(dui)(dui)滾圈和(he)(he)(he)拖(tuo)輪的(de)內(nei)表面徑向(xiang)上施(shi)加(jia)(jia)(jia)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)，在軸向(xiang)上施(shi)加(jia)(jia)(jia)平(ping)移(yi)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)(he)(he)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)，對(dui)(dui)筒(tong)體(ti)的(de)徑向(xiang)施(shi)加(jia)(jia)(jia)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)，對(dui)(dui)其(qi)軸向(xiang)施(shi)加(jia)(jia)(jia)平(ping)移(yi)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)(he)(he)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)(shu)，以此(ci)對(dui)(dui)回轉(zhuan)(zhuan)窯(yao)模(mo)型及其(qi)支承(cheng)件進(jin)行(xing)熱(re)(re)力耦合分析。

（2）整(zheng)體模型熱力耦合分析

對回(hui)轉窯整(zheng)體(ti)(ti)模型(xing)進行熱力耦(ou)合分析(xi)，筒體(ti)(ti)在各擋與滾(gun)圈(quan)接(jie)觸處(chu)的變形較(jiao)(jiao)大(da)，變形較(jiao)(jiao)大(da)值(zhi)為8.355mm；回(hui)轉窯整(zheng)體(ti)(ti)模型(xing)較(jiao)(jiao)大(da)應力為141MPa。

（3）滾圈熱力耦(ou)合(he)分析

以第1擋滾(gun)圈模型為研究對(dui)象進(jin)行熱(re)力耦合分析，滾(gun)圈的左側中部變形較大，較大值為4.596mm，右側中部位置變形較小為1.21mm；滾(gun)圈的內圈的邊緣較大應力值達到70.7MPa。

（4）筒體熱(re)力耦合分析(xi)

取筒(tong)體(ti)為研究對象(xiang)進行(xing)熱力耦合(he)分析，筒(tong)體(ti)在各擋與(yu)滾(gun)圈接觸處的變形較大(da)，較大(da)值為8.350mm；回轉窯筒(tong)體(ti)應力較大(da)值為139MPa。

分析筒體(ti)(ti)在各個擋(dang)(dang)(dang)位(wei)上的熱力(li)耦合場應力(li)可知(zhi)，筒體(ti)(ti)的較(jiao)大(da)應力(li)值為(wei)139MPa，第(di)2擋(dang)(dang)(dang)總體(ti)(ti)與滾(gun)圈(quan)(quan)接觸(chu)處(chu)總體(ti)(ti)應力(li)較(jiao)大(da)，第(di)1擋(dang)(dang)(dang)和第(di)3擋(dang)(dang)(dang)與滾(gun)圈(quan)(quan)處(chu)接觸(chu)總體(ti)(ti)應力(li)比(bi)第(di)2擋(dang)(dang)(dang)小(xiao)(xiao)，第(di)4擋(dang)(dang)(dang)總體(ti)(ti)與滾(gun)圈(quan)(quan)處(chu)接觸(chu)總體(ti)(ti)應力(li)更小(xiao)(xiao)。

（5）托輪熱(re)力耦合分析(xi)

以回轉窯第1擋左(zuo)側(ce)托(tuo)(tuo)輪模型(xing)為(wei)研(yan)究(jiu)對(dui)象，進行熱力耦合分(fen)析，托(tuo)(tuo)輪與滾圈接觸外(wai)邊緣位置(zhi)的變形較(jiao)大(da)，其較(jiao)大(da)值(zhi)(zhi)為(wei)0.276mm；托(tuo)(tuo)輪與托(tuo)(tuo)輪軸(zhou)軸(zhou)肩處應(ying)力較(jiao)大(da)，其應(ying)力值(zhi)(zhi)達41.9MPa。

（6）托輪(lun)軸熱力(li)耦(ou)合分析(xi)

以回轉(zhuan)窯第1擋左側托輪(lun)軸(zhou)模型(xing)為研(yan)究對象，進行(xing)熱力耦合分析，托輪(lun)軸(zhou)與滾圈接觸處的變形較(jiao)大(da)，其較(jiao)大(da)值為0.0136mm。托輪(lun)軸(zhou)軸(zhou)肩處的接觸點處應力較(jiao)大(da)可達(da)到22.9MPa。

3、優化方法

針對(dui)(dui)上(shang)述問題(ti)，在(zai)滿足回(hui)轉窯(yao)各部件受力(li)均衡及筒體(ti)軸線直線度要(yao)求的(de)前提下，以各擋位之間(jian)的(de)距離、滾圈(quan)變(bian)形的(de)初始值、調窯(yao)量(liang)和支(zhi)承角(jiao)為(wei)設(she)計變(bian)量(liang)，對(dui)(dui)回(hui)轉窯(yao)進行等(deng)載(zai)同軸優化(hua)，后面(mian)通(tong)過計算數(shu)據建立二次多項式(shi)響(xiang)應(ying)面(mian)模型(xing)，得到(dao)設(she)計變(bian)量(liang)對(dui)(dui)目標函(han)數(shu)的(de)影響(xiang)值，其集(ji)成優化(hua)方案。

采用CAE有限元方法對回轉窯整體模型及其支(zhi)承(cheng)件(jian)進行熱(re)力(li)耦合分(fen)(fen)析(xi)，得(de)到其應(ying)力(li)、應(ying)變分(fen)(fen)布云圖，并確(que)定了(le)(le)各支(zhi)承(cheng)件(jian)的(de)(de)(de)薄弱環節。分(fen)(fen)析(xi)結果表(biao)明，滾(gun)圈內(nei)緣(yuan)應(ying)力(li)值較(jiao)大，左側中(zhong)部變形(xing)較(jiao)大；筒體在(zai)各擋與滾(gun)圈接(jie)觸(chu)處的(de)(de)(de)變形(xing)較(jiao)大；托輪與托輪軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)肩處應(ying)力(li)較(jiao)大；托輪軸(zhou)(zhou)與滾(gun)圈接(jie)觸(chu)處的(de)(de)(de)變形(xing)達(da)到較(jiao)大。并由此提出了(le)(le)相應(ying)的(de)(de)(de)優化方案，為實際解決工程問題提供了(le)(le)參考(kao)價值。