武 偉（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧　沈陽　110144）

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大型三缸單作用隔膜泵動力端結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究

武 偉
（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧沈陽110144）

摘要：大型三缸單作用隔膜泵是長距離管道輸送領(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)場運(yùn)行行為的優(yōu)劣以及設(shè)備自身的安全性。本文針對大型三缸單作用隔膜泵動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)論對隔膜泵動力端危險工況的確定以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了一定的理論參考。

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

1 前言

隔膜泵作為長距離管道輸送領(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)過程中，帶動十字頭運(yùn)動，引起導(dǎo)板受力，這一過程中隨著十字頭運(yùn)動到不同位置時導(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力端十字頭相連接，在隔膜泵的實(shí)際運(yùn)行過程中，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)計大型隔膜泵動力端的過程中應(yīng)充分考慮十字頭分布在不同位置時的各種工況，還應(yīng)保證十字頭在承受大噸位活塞力的過程中不發(fā)生疲勞破壞，使其在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上滿足設(shè)計要求，通過對比得出不同工況條件下動力端裝配體應(yīng)力分布特性，從而避免產(chǎn)生過度的應(yīng)力集中。本文采用國際上普遍認(rèn)可的大型有限元分析軟件ADINA結(jié)構(gòu)模塊對三缸單作用大型隔膜泵動力端裝配體進(jìn)行強(qiáng)度分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行對比評估，從而確定隔膜泵動力端的危險工況以及動力端裝配體中各部件的應(yīng)力分布特性。其結(jié)論對于設(shè)計和改進(jìn)隔膜泵動力端相關(guān)部件有著一定的參考意義。

2 隔膜泵動力端裝配體強(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，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，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，位置正對應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖2所示；動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，位置正對應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖4所示；動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，位置正對應(yīng)于2導(dǎo)板座。此時導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖6所示；動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，位置正對應(yīng)于2導(dǎo)板座。此時導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖8所示；動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)動至導(dǎo)板最前端情況，經(jīng)分析計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，位置正對應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖10所示；動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)動至導(dǎo)板最后端情況，經(jīng)分析計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，位置正對應(yīng)于3導(dǎo)板座。此時導(dǎo)板與導(dǎo)板座位移分布云圖如圖12所示；動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對大型隔膜泵動力端裝配體進(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力端各部件變形分布云圖，通過以上計算得出，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：TB301

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A