基于ADINA的大型隔膜泵下箱体的强度分析与结构改进

摘 要：下箱体是大型隔膜泵动力端的关键部件之一，也是动力端重量最大的关键件。在隔膜泵的设计过程中，应根据其实际所受载荷对下箱体进行静强度分析与疲劳强度分析，以确保下箱体在隔膜泵运行过程中安全性。本文以长距离管道输送用大型隔膜泵下箱体为例，采用有限元软件ADINA对其进行强度分析并对分析结果进行校核，提出结构修改方案以达到优化下箱体结构和降低产品生产成本的目的，分析所得结论，对大型隔膜泵下箱体及相关产品的设计与研发具有一定的理论指导意义。

关键词：大型隔膜泵；下箱体；强度分析；有限元；ADINA

中图分类号：TH323 文献标识码：A

1概述

大型隔膜泵作为固-液两相介质输送的核心设备，在冶金、石油化工和长距离管道输送等领域得到了日益广泛的应用。大型隔膜泵动力端主要由下箱体、曲轴、连杆和十字头等关键部件所组成。其中，下箱体的轴承支撑由于受到大吨位曲轴反作用力以及下导板座承受十字头的正压力，使其在下箱体板材的局部焊接位置容易生破坏。因此，为保证大型隔膜泵在用户现场正常、稳定、安全的运行，在下箱体的设计过程中应对其进行强度分析，以确保其静强度和疲劳强度满足设计要求。本文采用大型有限元分析软件ADINA对大型长距离管道输送用隔膜泵动力端下箱体（工况活塞力为140T）进行强度分析与校核，得出最大应力值及其位置等参数。并对下箱体结构进行改进，以达到优化结构、降本增效的目的，其分析结论对隔膜泵下箱体及其相关产品的设计与研发具有一定的理论指导意义。

2大型隔膜泵下箱体强度分析

2.1下箱体几何模型与边界条件

根据下箱体的实际受力情况定义有限元分析的边界条件如下：根据隔膜泵曲轴吨位（140T）将其对轴承支撑的反作用力加载到轴承支撑的内表面； 将十字头正压力均匀分布在下导板座上；对下箱体底板处定义全约束。

2.2下箱体强度分析与校核

为实现下箱体结构的优化，达到降本增效的目的，现对下箱体进行结构改造，两种改造方案分别称为改造方案一和改造方案二，改造方案一是将下箱体中所有厚度为40mm的金属板材改为为厚度35mm；改造方案二则是将每种厚度的金属板材均减薄5mm。上述两种结构的下箱体强度分析结果分别如图2.5～2.8所示。两种改造结构的最大应力和安全系数汇总如表2.1所示

结语

1根据有限元分析软件ADINA对长距离管道输送用大型隔膜泵动力端下箱体进行强度分析的结果表明：隔膜泵下箱体的最大应力出现在轴承支撑与金属板材的焊接位置附近，这与用户使用现场的损坏位置相一致。

2根据对不同结构隔膜泵下箱体强度分析与校核结果可知。原有结构和两种改造结构的下箱体均能满足设计强度要求，但改造方案二所使用的金属板材厚度较其他两种结构更薄，生产制造成本更低，因此采用该种结构制造下箱体可达到降本增效的目的。

3采用抽取中面的方式对构成下箱体三维模型中的金属板材进行前处理，以及通过赋予二维单元厚度的方式来定义不同的金属板厚等方法降低了有限元分析的计算规模并提高了求解效率，缩短了产品的设计研发周期，对其它同类产品的研发具有一定的借鉴意义。

参考文献

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