武 偉（中國(guó)有色（沈陽(yáng)）泵業(yè)有限公司，遼寧　沈陽(yáng)　110144）

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大型三缸單作用隔膜泵動(dòng)力端結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究

武 偉
（中國(guó)有色（沈陽(yáng)）泵業(yè)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110144）

摘要：大型三缸單作用隔膜泵是長(zhǎng)距離管道輸送領(lǐng)域中固-液兩相流體輸送的核心設(shè)備，隔膜泵動(dòng)力端結(jié)構(gòu)形式合理與否直接關(guān)系著隔膜泵在用戶現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行行為的優(yōu)劣以及設(shè)備自身的安全性。本文針對(duì)大型三缸單作用隔膜泵動(dòng)力端裝配體在不同工況條件下的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用大型有限元分析軟件ADINA中的結(jié)構(gòu)模塊對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行分析，以確定其能否滿足強(qiáng)度要求。其結(jié)論對(duì)隔膜泵動(dòng)力端危險(xiǎn)工況的確定以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：隔膜泵；動(dòng)力端；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

1 前言

隔膜泵作為長(zhǎng)距離管道輸送領(lǐng)域中固-液兩相介質(zhì)（如水煤漿等）的核心設(shè)備，目前已在煤炭、環(huán)保、石油化工等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。以三缸單作用大型隔膜泵為例，其動(dòng)力端主要包括三拐曲軸、連桿、十字頭及上下滑板等關(guān)鍵部件。曲軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，帶動(dòng)十字頭運(yùn)動(dòng)，引起導(dǎo)板受力，這一過(guò)程中隨著十字頭運(yùn)動(dòng)到不同位置時(shí)導(dǎo)板所受的力情況不同；此外，由于位于連桿位置的銷軸軸承和介桿分別與動(dòng)力端十字頭相連接，在隔膜泵的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，十字頭內(nèi)表面受隔膜泵曲軸活塞力的作用，表現(xiàn)為余弦力分布形式。因此，在設(shè)計(jì)大型隔膜泵動(dòng)力端的過(guò)程中應(yīng)充分考慮十字頭分布在不同位置時(shí)的各種工況，還應(yīng)保證十字頭在承受大噸位活塞力的過(guò)程中不發(fā)生疲勞破壞，使其在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)對(duì)比得出不同工況條件下動(dòng)力端裝配體應(yīng)力分布特性，從而避免產(chǎn)生過(guò)度的應(yīng)力集中。本文采用國(guó)際上普遍認(rèn)可的大型有限元分析軟件ADINA結(jié)構(gòu)模塊對(duì)三缸單作用大型隔膜泵動(dòng)力端裝配體進(jìn)行強(qiáng)度分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，從而確定隔膜泵動(dòng)力端的危險(xiǎn)工況以及動(dòng)力端裝配體中各部件的應(yīng)力分布特性。其結(jié)論對(duì)于設(shè)計(jì)和改進(jìn)隔膜泵動(dòng)力端相關(guān)部件有著一定的參考意義。

2 隔膜泵動(dòng)力端裝配體強(qiáng)度分析

2.1 幾何模型與工況條件

將大型三缸單作用隔膜泵動(dòng)力端裝配體網(wǎng)格模型導(dǎo)入有限元分析軟件ADINA中如圖1所示，分別在十字頭、滑板、導(dǎo)板和導(dǎo)板座之間建立接觸對(duì)，其中十字頭與滑板，導(dǎo)板與導(dǎo)板座之間為綁定接觸（MPC），滑板與導(dǎo)板之間為滑動(dòng)接觸。進(jìn)而研究各工況下各部件的變形與受力情況。

工況1條件如下：此工況為二三拐受力，二拐在前。經(jīng)分析計(jì)算得出此種工況下下導(dǎo)板的最大位移為0.099mm，將導(dǎo)板座進(jìn)行編號(hào)，自走向右分別命名為導(dǎo)板座1、2、3，可以看出，位移最大出現(xiàn)在導(dǎo)板3最前端外側(cè)。導(dǎo)板最大應(yīng)力22.53MPa，同樣出現(xiàn)在導(dǎo)板3上，位置正對(duì)應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時(shí)導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖2所示；動(dòng)力端箱體的位移分布云圖如圖3所示。

工況2條件如下：此工況為一二拐受力，一拐在前。經(jīng)分析計(jì)算得出此種工況下下導(dǎo)板的最大位移為0.09mm，位移最大出現(xiàn)在導(dǎo)板1上，正對(duì)于3導(dǎo)板座。導(dǎo)板的最大應(yīng)力為21.97MPa，出現(xiàn)在導(dǎo)板2上，位置正對(duì)應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時(shí)導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖4所示；動(dòng)力端箱體的位移分布云圖如圖5所示。

工況3條件如下：此工況為二拐受力。經(jīng)分析計(jì)算得出此種工況下下導(dǎo)板的最大位移0.05mm，位移最大出現(xiàn)在導(dǎo)板2上，位于1、2導(dǎo)板座之間。導(dǎo)板的最大應(yīng)力為19.93MPa，出現(xiàn)在導(dǎo)板2上，位置正對(duì)應(yīng)于2導(dǎo)板座。此時(shí)導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖6所示；動(dòng)力端箱體的位移分布云圖如圖7所示。

工況4條件如下：此工況為一拐受力。經(jīng)分析計(jì)算得出此種工況下下導(dǎo)板的最大位移為0.057mm，位移最大出現(xiàn)在導(dǎo)板3上，位于1、2導(dǎo)板座之間。導(dǎo)板的最大應(yīng)力為20.00MPa，出現(xiàn)在導(dǎo)板3上，位置正對(duì)應(yīng)于2導(dǎo)板座。此時(shí)導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖8所示；動(dòng)力端箱體的位移分布云圖如圖9所示。

工況5條件如下：工況五為中間十字頭運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)板最前端情況，經(jīng)分析計(jì)算得出此種工況下下導(dǎo)板的最大位移為0.165mm，最大位移最大出現(xiàn)在導(dǎo)板3上，正對(duì)于3導(dǎo)板座。導(dǎo)板的最大應(yīng)力為35.36MPa，出現(xiàn)在導(dǎo)板3上，位置正對(duì)應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時(shí)導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖10所示；動(dòng)力端箱體的位移分布云圖如圖11所示。

工況6條件如下：工況六為中間十字頭運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)板最后端情況，經(jīng)分析計(jì)算得出此種工況下下導(dǎo)板的最大位移為0.09mm。導(dǎo)板的最大應(yīng)力為22.22MPa，出現(xiàn)在導(dǎo)板2上，位置正對(duì)應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時(shí)導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖12所示；動(dòng)力端箱體的位移分布云圖如圖13所示。

結(jié)論

采用有限元分析軟件ADINA對(duì)大型隔膜泵動(dòng)力端裝配體進(jìn)行強(qiáng)度分析，在按照實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)其進(jìn)行邊界條件的定義并施加載荷的條件下得到不同工況下動(dòng)力端各部件變形分布云圖，通過(guò)以上計(jì)算得出，靜態(tài)分析中，在工況五情況下出現(xiàn)最大位移，中間十字頭運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)板最前端情況，最大位移為0.165mm。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TB301

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