大型隔膜泵动力端连杆的强度分析与结构改进

2016-09-27张国峰

中国新技术新产品 2016年15期

关键词：小端隔膜泵曲轴

张国峰

（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁沈阳 110144）

大型隔膜泵动力端连杆的强度分析与结构改进

张国峰

（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁沈阳 110144）

连杆作为隔膜泵动力端的重要关键件，其结构与运行特性对隔膜泵的整机安全性与使用效果有着重要的影响。本文利用国际上通用的有限元分析软件ANSYS对不同结构动力端连杆进行强度分析与校核，通过对比研究得到结构最优的动力端连杆结构，为大型隔膜泵动力端相关零部件的设计提供了一定的理论指导。

大型隔膜泵；连杆；强度分析

0.前言

大型隔膜泵作为固-液两相流体输送的关键核心设备，已在石油化工、有色金属、矿山冶金等工业领域得到了广泛地应用。隔膜泵的主体结构包括动力端、液力端和液压控制系统等几个部分。其中，作为与隔膜泵动力端曲轴装配的连杆，在隔膜泵的实际运行中主要承受较高的余弦力载荷。该件的设计不仅要保证充足的装配和拆卸空间，还要使其满足结构强度的要求，从而避免产生应力集中而导致连杆因应力集中发生疲劳断裂。本文采用国际上通用的大型有限元分析软件ANSYS对不同结构的连杆进行强度分析，并对分析结果进行对比研究。从而确定最佳的结构特征。其分析方式、手段及计算结果对泵类产品的设计研发具有一定的现实指导意义。

1.动力端连杆的强度分析

1.1 材料特性

对大型隔膜泵动力端连杆进行强度分析计算，连杆载荷及材料性能连杆大端与曲轴联接，小端与十字头销联接。采用ANSYS分析软件对动力端连杆承受活塞力载荷为800kN时的强度进行分析计算，连杆材料为ZG35CrMo（调质处理），材料的弹性模量为172GPa～202GPa，泊松比为0.3。

1.2 有限元模型与计算结果

连杆有限元计算采用六面实体单元使用solid45，网格尺寸为20mm，连杆有限元计算时生成47973个单元，10590个节点。由于连杆为对称结构，故取1/2模型进行有限元分析。连杆力按余弦曲线分布规律以分布力方式施加于连杆与曲轴销、连杆与十字头销接触的弧面上；在连杆对称面的大端中间点施加X、Y两个方向的约束；连杆中点施加Z方向的约束；连杆小端施加Y方向约束。连杆加载及约束方式如图1所示。连杆变形分布图和应力分布云图分别如图2和图3所示。

对连杆小端孔进行改造，得到全新的动力端连杆结构。采用相同的边界条件得到新结构连杆的分析结果，如图4和图5所示。