基于SolidWorks的往复式压缩机优化及其有限元分析

金正

摘要：往复式压缩机作为目前各工厂最常用设备之一，普遍用于各种环境，但目前往复式压缩机面临机械效率低等问题。为此本文提供一种新型往复式压缩机的优化思路，并用Solidworks进行了模拟，并对其关键部位进行了有限元分析。

Abstract： Reciprocating compressor is one of the most commonly used equipment in various factories at present， and it is commonly used in various environments. However， the current reciprocating compressor faces problems such as low mechanical efficiency. To this end， this article provides a new reciprocating compressor optimization ideas， and uses solidworks to simulate， and the key parts of the finite element analysis.

关键词：往复式压缩机;优化;SolidWorks;有限元分析

Key words： reciprocating compressor;optimization;SolidWorks;finite element analysis

中图分类号：TP391.72                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0059-02

1  往复式压缩机现状及改进

目前往复式压缩机里最为常用的为活塞式压缩机，由于活塞式压缩机具有较强的热效应，广泛的压力情况下都可以使用，适应性较强的优点而被常用于各种场合。而目前活塞式压缩机面临着机械效率低等问题，因此，提高压缩机的效率对于经济效益和检维修有重大意义。

为此本文提出了一种新的往复式压缩机的结构，旨在提高目前往复式压缩机的工作效率。

传统的压缩机是由曲轴箱、曲轴、十字头、中体、填料、活塞、气缸与气阀等部件组成。当压缩机工作时，电机运转，带动压缩机主机工作，通过曲轴、连杆、十字头等部件的配合作用，将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动。一个工作周期包括了吸气、压缩、排气、膨胀四个过程。

而这种模式下，十字头的旋转运动会产生斜向上与斜向下对十字頭滑履的压力，但这部分压力目前无法利用，会造成大量的损耗。本文基于SolidWorks对传统往复式压缩机进行了优化以及关键部分的有限元分析。

2  本文往复式压缩机模型

本文往复式压缩机将传统直缸改成了后半部分为弯曲式气缸，这样可以充分的利用压缩机十字头对十字头滑履的压力。并且将活塞与活塞杆做了调整，将其连接处做成铰接，并将其位置上移，在其下方做了铰接，用来连接杆件，起到在弯管段上升过程中拉起活塞下端。

基于Solidworks软件，对此压缩机进行建模，建模结果如图1所示。

3  基于Solidworks的有限元分析

有限元法，在分析连续介质时把它看成有限个小单元的集合体，然后以每个小单元为基础来求解连续介质力学问题的一种数学方法。其基本思想是，首先，将连续介质离散化，得到有限个小的单元体;然后再用近似函数来表示求解域上的未知的场函数，用未知的场函数以及其导数表达近似函数，经过这样的有限元变换，就可以将连续无自由度的问题转换为离散有限自由度的问题，从而得到相应的解。随着计算机技术和有限元技术的发展，现如今有限元法已经在工程力学、结构工程、建筑材料等很多领域得到广泛的运用。

为了检验设计的几个零部件是否合格和找出设计中存在的不足。对活塞、气缸、气缸盖进行静应力分析（见表1）。■

3.1 气缸分析

将建立好的模型在Solidworks中打开后进行网格划分，网格密度选择适中，根据实际工况添加载荷与约束，建立好的模型如图2所示。

分析结束后可以得到气缸的应力图3。

3.2 活塞分析

将建立好的模型在Solidworks中打开后进行网格划分，网格密度选择适中，根据实际工况添加载荷与约束，建立好的模型如图4所示。

分析结束后可以得到气缸的应力图如图5。

4  Motion分析

通过Solidworks的马达指令可以模拟压缩机活塞在真实情况下的运动，本次Motion分析使用了两个马达，分别为一个线性马达和一个旋转马达，具体参数见图6、图7。

在此条件下压缩机完整的走完往复运动。

5  结束语

本次仿真实验旨在模拟此优化后的压缩机在运行状态下的应力情况，从结果来看，在运行时应力均在材料允许范围内。并且经过motion分析，此压缩机模型可以正常走完全程。本次仿真实验主要完成的任务有：

①对优化后的往复式压缩机利用Solidworks进行建模;②对优化后的往复式压缩机的零件利用Solidworks建模;③对有限元理论做了介绍，并基于Solidworks对各主要部分进行有限元分析;④利用Motion插件对运动过程进行模拟。

参考文献：

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[3]往复式压缩机节能降耗技术分析[A].

[4]张磊.VW一9/2—22型往复式压缩机建模与仿真分析[D].安徽理工大学，2016.