基于ANSYS的堆料机洒水泵联轴器受力分析

【摘要】堆料机采用的洒水泵结构形式为凸缘式联轴器，由轴孔、键槽及销轴连接孔等结构组成，起到连接洒水泵输入轴和驱动电机输出轴的作用。该联轴器的结构尺寸如图1所示，从图1中可以看到，...

摘 要：以Pro/E为平台，建立了堆料机洒水泵联轴器的三维实体模型，该设备是堆料机除尘设备中的关键设备，并基于ansys对该模型进行有限元分析，依据分析结果，掌握了该联轴器的受力规律，具有重要的工程价值。

关键词：堆料机； 洒水泵； 有限元分析；联轴器

0 引言

目前，黄骅港正本着清洁、绿色的国际一流数字化港口的目标积极优化管理规划和设备改造，其中清洁生产是实现这一目标不可或缺的重要环节。在堆料机的堆料作业中，散料煤炭从堆料机悬臂的抛料漏斗抛下，由于抛落的高度加大，加上堆场的风力等多种作用，煤尘飘散是煤炭流失的一个重要因素，不但如此，由于煤尘的流失量较大，对环境造成的污染更是无法用具体的经济数字所表达的。堆料机的洒水除尘系统很好的客服了煤炭粉尘的漂流，既提高了煤炭装卸的保有率提高经济效益，对环境的保护液起到了关键作用，从目前黄骅港的使用效果来看，85%-90%的漂流煤炭粉尘得到有效的控制。洒水泵的传动系统由电动机、联轴器和洒水泵组成，其中洒水泵联轴器的结构形式为凸缘联轴器，是洒水泵驱动系统的薄弱环节，因此，对堆料机洒水泵联轴器进行受力分析很有必要。本文依靠Pro/ENGINEER及ANSYS等软件对该联轴器进行受力分析，避免了传统计算方法工作量大、容易出错且不利于反复修改计算再设计的缺点[1]；能快速方便地用于数字化样机系列化化设计，并且在有限元软件的后处理模块中，其强大的后处理功能为我们提供了研究模型的各种应力场、应变场的等值线显示、变形形状显示以及检查和分析结果列表等[2]，省去了很多后期技术处理工作。

1. 堆料机洒水泵联轴器的载荷确定

堆料机采用的洒水泵结构形式为凸缘式联轴器，由轴孔、键槽及销轴连接孔等结构组成，起到连接洒水泵输入轴和驱动电机输出轴的作用。该联轴器的结构尺寸如图1所示，从图1中可以看到，电机端联轴器的结构形式为简单的凸缘形式，水泵端联轴器的结构形式为带护槽的凸缘形式，该结构具有保护操作人员避免被旋转的销轴结构所刮伤。联轴器的材质为铸铁结构，具有一定的吸振作用，避免电机与水泵之间的安装精度造成的振动危害。两个联轴器之间的连接销轴的材质为结构钢。

2. 洒水泵联轴器的有限元分析

2.1 联轴器的有限元模型的建立

在本文的分析中，采用的实体单元数量为13508，基础单元数量为4088，单元总数为17597，节点总数为26372。其中实体单元采用的单元类型为SOLID187 ，由于本次分析涉及到联轴器销轴孔与销轴之间的接触分析，因此采用接触单元和目标单元，其中接触单元类型为CONTA174，目标单元的单元类型为TARGE170。接触问题是一种高度非线性问题，为了进行有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的[4]。本文所研究的问题属于面——面接触问题，而且所研究的问题是三维为题，因此选择三维面——面接触单元，目标面单元选择TARGE170单元，接触面单元选择CONTA174单元。接触单元的划分和接触对的设置主要在销轴及与销轴连接的联轴器销轴孔处，以便更好的分析联轴器受力，由于本次分析中，联轴器的材质为铸铁，其硬度明显大于以结构钢为材质的销轴，故此，将销轴处采用接触单元划分并设置的接触平面，联轴器处以目标单元划分并设置为目标接触面。

2.2 有限元计算及后处理结果查看

5. 结论

本文通过对堆料机联轴器的建模并进行有限元分析，根据分析结果，找到联轴器的应力和变形分布规律，核实了联轴器的强度和刚度，并找到了联轴器的应力分布规律和变形分布规律。

参考文献：

[1]孙宗余. 基于有限元分析的十字轴式万向联轴器设计与应用[D]. 马鞍山市：安徽工业大学， 2008：1-10.

[2]张朝晖. ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析[M].北京：机械工业出版社出版社，2010，第3版，2-6.

[3]赵九江，张少实，王春香. 材料力学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995，第1版，50-61.

[4]王国业. ANSYS10.0结构分析从入门到精通.北京：兵器工业出版社，2009，第1版，360-371.

作者简介：李建光（1983-），河北省沧州市人，工程师，主要从事有限元分析工作。