基于ADINA的大型隔膜泵活塞桿的優(yōu)化設(shè)計

2014-03-28 02:28:37

中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年21期

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧沈陽 110141）

張偉

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧沈陽 110141）

活塞桿是長距離管道輸送用大型隔膜泵液力端的關(guān)鍵部件之一，活塞桿作為隔膜泵中連接動力端和液力端的關(guān)鍵部件，主要用于將隔膜泵動力端的動力傳遞給液力端，使油缸里的液壓油推動隔膜往復(fù)運動。在它的設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)隔膜泵動力端的實際工況對其進(jìn)行應(yīng)力分析與強(qiáng)度校核。本文利用有限元分析軟件ADINA對大型高壓隔膜泵活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析。并在此基礎(chǔ)上，采用規(guī)避二次應(yīng)力疊加的設(shè)計方法，設(shè)計新的活塞桿結(jié)構(gòu)并進(jìn)行應(yīng)力分析，獲得了一種既降低了應(yīng)力水平又減少重量的活塞桿結(jié)構(gòu)。

隔膜泵；液力端；活塞桿；應(yīng)力分析；優(yōu)化

近年來工業(yè)中將固體物料制成高濃度漿體進(jìn)行多相流管道輸送逐漸成為了迅速發(fā)展起來的新型運輸方式，它已被廣泛地應(yīng)用于各個部門，如化學(xué)工業(yè)中物料的水力輸送、水利工程的港口疏浚和河道治理、火力發(fā)電廠的廢渣輸送、采礦工程的水力開采和水砂充填、選礦廠精礦和尾礦的輸送等。隔膜泵作為固-液兩相介質(zhì)輸送的核心設(shè)備，在煤化工和氧化鋁等領(lǐng)域日益得到廣泛的應(yīng)用。隔膜泵動力端主要由曲軸、連桿、十字頭和介桿等關(guān)鍵件組成。其中，液力端的活塞桿通過卡箍與動力端的介桿連接，保證動力端動力穩(wěn)定輸出到液力端。活塞桿在傳遞動力過程中受到持續(xù)的大噸位載荷，有時會在其圓角處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，導(dǎo)致在正常的工作條件下，該處也極易達(dá)到屈服。為了設(shè)計既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理，需對活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

本文采用三維建模程序SolidWorks和通用有限元分析程序ADINA，建立了活塞桿三維幾何模型并進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核，同時對活塞桿進(jìn)行了減重優(yōu)化設(shè)計。

1 活塞桿優(yōu)化設(shè)計

三種活塞桿（軸對稱結(jié)構(gòu)形式）結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。分別對三種活塞桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析和強(qiáng)度校核。

1.1 第一種活塞桿結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

對第一種活塞桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析，活塞桿網(wǎng)格劃分采用四節(jié)點四面體單元，由于活塞桿圓角（R10）具有應(yīng)力集中，對此處網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)劃，活塞桿材料的彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，材料屈服極限為550MPa。

邊界條件：約束活塞桿與介桿的接觸面，在活塞桿與活塞接觸面施加沿軸線方向的壓力，活塞桿幾何模型和有限元模型分別如圖2和圖3所示。