大型隔膜泵動力端連桿的強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)

張國峰

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110144）

大型隔膜泵動力端連桿的強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)

張國峰

（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110144）

連桿作為隔膜泵動力端的重要關(guān)鍵件，其結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特性對隔膜泵的整機(jī)安全性與使用效果有著重要的影響。本文利用國際上通用的有限元分析軟件ANSYS對不同結(jié)構(gòu)動力端連桿進(jìn)行強(qiáng)度分析與校核，通過對比研究得到結(jié)構(gòu)最優(yōu)的動力端連桿結(jié)構(gòu)，為大型隔膜泵動力端相關(guān)零部件的設(shè)計提供了一定的理論指導(dǎo)。

大型隔膜泵；連桿；強(qiáng)度分析

0.前言

大型隔膜泵作為固-液兩相流體輸送的關(guān)鍵核心設(shè)備，已在石油化工、有色金屬、礦山冶金等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。隔膜泵的主體結(jié)構(gòu)包括動力端、液力端和液壓控制系統(tǒng)等幾個部分。其中，作為與隔膜泵動力端曲軸裝配的連桿，在隔膜泵的實(shí)際運(yùn)行中主要承受較高的余弦力載荷。該件的設(shè)計不僅要保證充足的裝配和拆卸空間，還要使其滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，從而避免產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致連桿因應(yīng)力集中發(fā)生疲勞斷裂。本文采用國際上通用的大型有限元分析軟件ANSYS對不同結(jié)構(gòu)的連桿進(jìn)行強(qiáng)度分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行對比研究。從而確定最佳的結(jié)構(gòu)特征。其分析方式、手段及計算結(jié)果對泵類產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1.動力端連桿的強(qiáng)度分析

1.1 材料特性

對大型隔膜泵動力端連桿進(jìn)行強(qiáng)度分析計算，連桿載荷及材料性能連桿大端與曲軸聯(lián)接，小端與十字頭銷聯(lián)接。采用ANSYS分析軟件對動力端連桿承受活塞力載荷為800kN時的強(qiáng)度進(jìn)行分析計算，連桿材料為ZG35CrMo（調(diào)質(zhì)處理），材料的彈性模量為172GPa～202GPa，泊松比為0.3。

1.2 有限元模型與計算結(jié)果

連桿有限元計算采用六面實(shí)體單元使用solid45，網(wǎng)格尺寸為20mm，連桿有限元計算時生成47973個單元，10590個節(jié)點(diǎn)。由于連桿為對稱結(jié)構(gòu)，故取1/2模型進(jìn)行有限元分析。連桿力按余弦曲線分布規(guī)律以分布力方式施加于連桿與曲軸銷、連桿與十字頭銷接觸的弧面上；在連桿對稱面的大端中間點(diǎn)施加X、Y兩個方向的約束；連桿中點(diǎn)施加Z方向的約束；連桿小端施加Y方向約束。連桿加載及約束方式如圖1所示。連桿變形分布圖和應(yīng)力分布云圖分別如圖2和圖3所示。

對連桿小端孔進(jìn)行改造，得到全新的動力端連桿結(jié)構(gòu)。采用相同的邊界條件得到新結(jié)構(gòu)連桿的分析結(jié)果，如圖4和圖5所示。

結(jié)論

本文利用有限元分析軟件ANSYS對大型隔膜泵動力端進(jìn)行強(qiáng)度分析，并根據(jù)計算結(jié)果對比，得出的結(jié)論如下：

（1）兩種結(jié)構(gòu)隔膜泵動力端連桿在相同工況最大應(yīng)力均位于內(nèi)側(cè)圓弧處；最大變形均位于連桿小端。

（2）對比兩種連桿的分析結(jié)果可知，改進(jìn)結(jié)構(gòu)的連桿應(yīng)力集中程度更小，因此也具有更好的使用特性與安全性能。

［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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