基于ANSYS的隔膜室盖拆卸工具的分析与校核

关键词：隔膜室盖；隔膜室盖拆卸工具；强度分析  

　　0.前言 

　　大型高压隔膜泵作为两相或多相流体长距离输送的关键设备，目前已在冶金矿山、石油采输、煤化工工艺和长距离管道输送等诸多工业领域得到了日益广泛的采用。隔膜泵的主体结构复杂，承压零部件繁多。不仅包括含有曲轴连杆机构的动力端、隔膜室等关键件的液力端，还包括液压控制系统和电机减速机部装等多个部分。其中，为方便用户现场安装拆卸设备并有效提高设备维护检修效率，通常设计制造成套系列化专用工具。为使专用工具设计合理、使用安全可靠并使成本有效得到控制，需在专用工具的设计过程中进行计算机仿真模拟，从而避免因应力集中而导致的疲劳破坏。本文基于大型有限元分析软件ANSYS对使用过程中需承受较高压力的隔膜室盖拆卸工具进行强度分析，并对分析结果进行强度校核。从而确定其结构是否合理、使用是否安全可靠。其计算分析的方式、校核手段及计算结果承压类产品的设计研发具有一定的现实指导和理论参考意义。 

　　1.1 材料特性与边界条件 

　　对隔膜室盖拆卸工具进行有限元静力学强度分析，由于拆卸工具主体为环状结构且具有周期对称特性，故分析采用15°（1/24）模型，如图1所示。以SOLID185单元进行网格划分，整体网格尺初定为10mm，拆卸工具的环内部受来自手动打压泵的88MPa的操作压力，加载面如图2所示，拆卸环右侧与隔膜室盖接触面施加X向约束，载荷及约束图3。拆卸环材料为锻造45钢，其对应机械性能如下：σb=590～740MPa，σs=345MPa。 

　　1.2 有限元计算结果 

　　分析结果显示，最大应力位于受载空间中的尖角结构处如图4所示，且应力随网格细化呈逐渐增大的不收敛趋势，因而不对该处应力做结果分析。第二应力热点位于拆卸工具左侧端面如图5所示，该处应力σ=498.549MPa。拆卸环最大变形δ=0.245mm。变形分布云图如图6所示。 

　　结论 

　　本文利用有限元分析软件ANSYS对大型隔膜泵液力端所使用的隔膜室盖拆卸工具进行强度分析，并根据计算结果的对比，可得出结论如下： 

　　由于拆卸环的工况为单次短时高压受力，破坏形式一般为瞬时结构产生断裂破坏，故按照材料强度极限来计算静强度安全系数： 

　　由于静强度安全系数大于1.1，因此该结构的隔膜室盖拆卸工具可以满足使用要求。 

　　参考文献 

　　[1]《活塞式压缩机设计》编写组.活塞式压缩机设计[M].北京：机械工业出版社，1974. 

　　[2]郁永章.容积式压缩机[M].北京：机械工业出版社，2000. 

　　[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.