基于ANSYS的隔膜室蓋拆卸工具的分析與校核

張明亮

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110144）

基于ANSYS的隔膜室蓋拆卸工具的分析與校核

張明亮

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110144）

作為大型隔膜泵液力端的重要專用工具之一，隔膜室蓋拆卸工具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對拆裝過程的安全性有著重要的影響。本文基于大型有限元分析軟件ANSYS，對隔膜室蓋拆卸工具的強(qiáng)度進(jìn)行分析與計算，并通過校核計算來確定該工具是否滿足強(qiáng)度要求，從而為大型隔膜泵輔助設(shè)備的設(shè)計和校核提供了理論參考。

隔膜室蓋；隔膜室蓋拆卸工具；強(qiáng)度分析

0.前言

大型高壓隔膜泵作為兩相或多相流體長距離輸送的關(guān)鍵設(shè)備，目前已在冶金礦山、石油采輸、煤化工工藝和長距離管道輸送等諸多工業(yè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的采用。隔膜泵的主體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，承壓零部件繁多。不僅包括含有曲軸連桿機(jī)構(gòu)的動力端、隔膜室等關(guān)鍵件的液力端，還包括液壓控制系統(tǒng)和電機(jī)減速機(jī)部裝等多個部分。其中，為方便用戶現(xiàn)場安裝拆卸設(shè)備并有效提高設(shè)備維護(hù)檢修效率，通常設(shè)計制造成套系列化專用工具。為使專用工具設(shè)計合理、使用安全可靠并使成本有效得到控制，需在專用工具的設(shè)計過程中進(jìn)行計算機(jī)仿真模擬，從而避免因應(yīng)力集中而導(dǎo)致的疲勞破壞。本文基于大型有限元分析軟件ANSYS對使用過程中需承受較高壓力的隔膜室蓋拆卸工具進(jìn)行強(qiáng)度分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度校核。從而確定其結(jié)構(gòu)是否合理、使用是否安全可靠。其計算分析的方式、校核手段及計算結(jié)果承壓類產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)和理論參考意義。

1.動力端連桿的強(qiáng)度分析

1.1 材料特性與邊界條件

對隔膜室蓋拆卸工具進(jìn)行有限元靜力學(xué)強(qiáng)度分析，由于拆卸工具主體為環(huán)狀結(jié)構(gòu)且具有周期對稱特性，故分析采用15°（1/24）模型，如圖1所示。以SOLID185單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，整體網(wǎng)格尺初定為10mm，拆卸工具的環(huán)內(nèi)部受來自手動打壓泵的88MPa的操作壓力，加載面如圖2所示，拆卸環(huán)右側(cè)與隔膜室蓋接觸面施加X向約束，載荷及約束圖3。拆卸環(huán)材料為鍛造45鋼，其對應(yīng)機(jī)械性能如下：σb=590～740MPa，σs=345MPa。

1.2 有限元計算結(jié)果

分析結(jié)果顯示，最大應(yīng)力位于受載空間中的尖角結(jié)構(gòu)處如圖4所示，且應(yīng)力隨網(wǎng)格細(xì)化呈逐漸增大的不收斂趨勢，因而不對該處應(yīng)力做結(jié)果分析。第二應(yīng)力熱點(diǎn)位于拆卸工具左側(cè)端面如圖5所示，該處應(yīng)力σ=498.549MPa。拆卸環(huán)最大變形δ=0.245mm。變形分布云圖如圖6所示。

結(jié)論

本文利用有限元分析軟件ANSYS對大型隔膜泵液力端所使用的隔膜室蓋拆卸工具進(jìn)行強(qiáng)度分析，并根據(jù)計算結(jié)果的對比，可得出結(jié)論如下：

由于拆卸環(huán)的工況為單次短時高壓受力，破壞形式一般為瞬時結(jié)構(gòu)產(chǎn)生斷裂破壞，故按照材料強(qiáng)度極限來計算靜強(qiáng)度安全系數(shù)：

由于靜強(qiáng)度安全系數(shù)大于1.1，因此該結(jié)構(gòu)的隔膜室蓋拆卸工具可以滿足使用要求。

［1］《活塞式壓縮機(jī)設(shè)計》編寫組.活塞式壓縮機(jī)設(shè)計［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974.

［2］郁永章.容積式壓縮機(jī)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

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