往復式活塞隔膜泵油缸及油缸壓蓋剛度分析

2016-12-08 02:01:14張偉

中國新技術新產品 2016年21期

關鍵詞：有限元變形分析

張　偉

（中國有色（沈陽）泵業有限公司，遼寧沈陽 110141）

往復式活塞隔膜泵油缸及油缸壓蓋剛度分析

張偉

（中國有色（沈陽）泵業有限公司，遼寧沈陽 110141）

活塞部裝是往復式活塞隔膜泵的關鍵結構，在工作過程中容易出現活塞桿、活塞及油缸中心軸不對中導致活塞密封圈嚴重磨損引起漏油和串油等事故，分析原因是由于活塞部裝零件剛度設計不足，變形過大引起的。因此，活塞部裝零件足夠的剛度是保證活塞部裝穩定運行的重要因素。本文以腔體、油缸及油缸壓蓋組成的裝配體模型為研究對象，采用Adina軟件的接觸非線性分析功能，對油缸及油缸壓蓋的變形進行計算，獲得了油缸及油缸壓蓋的各方向變形，并進行剛度校核；同時對兩種不同厚度的油缸壓蓋分別進行分析，對比了不同厚度油缸壓蓋對裝配體剛度的影響，獲得了滿足剛度要求的油缸壓蓋設計。

活塞部裝；油缸壓蓋；Adina；裝配體分析

0.前言

隔膜泵活塞部裝主要由腔體、油缸、油缸壓蓋、活塞、活塞桿、密封圈（墊）、螺栓等零件組成。隔膜泵動力端推動活塞桿及活塞做往復直線運動，活塞通過壓縮油缸里的液壓油，推動隔膜做直線往復運動，進而完成料漿的輸送。利用活塞部裝完成隔膜往復運動，具有無須減速裝置，使隔膜運行平穩的優點。隨著輸送壓力及流量的不斷增大，隔膜泵運行過程中活塞部裝發生漏油、串油、活塞桿與油缸壓蓋卡死的風險也不斷增大。油缸與油缸壓蓋設計剛度不滿足要求是導致上述問題的原因之一，本文設計了一種油缸壓蓋的新結構，需要對油缸壓蓋的剛度進行校核，避免由于油缸壓蓋剛度不足，造成油缸不均勻變形，引起油缸、腔體、活塞桿中心軸不重合，導致活塞密封圈嚴重磨損，發生漏油事故，甚至導致活塞桿與油缸壓蓋卡死，造成設備停車，引起不必要的損失。

目前，已有相關工程師對活塞部裝密封、結構強度、剛度設計等方面進行了大量研究，同時制定了相關設計標準。

本文采用仿真模擬的手段對腔體、油缸及油缸壓蓋裝配體模型進行分析，分析平臺選用Adina，通過分析得到工作狀態下油缸和油缸壓蓋的變形結果，對其剛度進行校核。對兩種厚度的油缸壓蓋的變形進行對比分析，得出增大油缸壓蓋厚度有利于降低油缸和油缸壓蓋的變形，有利于活塞部裝密封和對中性。

1.腔體油缸及油缸壓蓋裝配分析

1.1幾何模型

將腔體、油缸及油缸壓蓋裝配體作為研究對象，簡化掉對強度分析影響不大的小圓孔、倒角、圓角等小幾何特征，由于模型對稱，采用一半模型進行分析。簡化后的腔體、油缸及油缸壓蓋裝配體三維幾何模型如圖1所示。

1.2有限元模型

本文對腔體、油缸及油缸壓蓋組成的裝配體進行分析，將三維模型導入Adina軟件，采用四節點四面體單元進行自由網格劃分，接觸面處網格要保證規則性，以避免應力奇異。腔體和油缸材料為高合金鋼、油缸壓蓋材料為45#鋼，材料的彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，45#鋼材料的屈服極限為355MPa。建立的有限元模型如圖2所示。

有限元模型的約束和載荷如下：約束腔體端面豎直方向和沿軸線方向的位移；腔體、油缸及油缸壓蓋對稱面施加對稱約束；腔體與油缸接觸面、油缸與油缸壓蓋接觸面之間分別定義面面接觸，接觸面間摩擦系數為0.1；腔體與油缸壓蓋之間的螺栓連接利用beam單元模擬，并施加螺栓預緊力367889N；腔體與油缸內表面承壓部位施加4MPa油液壓強。邊界條件如圖2所示。