双缸双作用隔膜泵动力端连接法兰的结构优化与强度分析
摘 要：双缸双作用隔膜泵是煤化工领域固液两相流体输送的关键设备，隔膜泵动力端连接法兰作为连接活塞杆与十字头的关键零部件，法兰接触面在泵的运行过程中随活塞杆的往复运动而受到交变载荷的作用。本文对连接法兰的结构进行改进，并应用大型有限元分析软件ANSYS对不同结构的连接法兰强度分析以得到满足强度要求的最优法兰结构，其结论对隔膜泵动力端相关零部件的设计研发具有一定的理论指导意义。
关键词：双缸双作用隔膜泵；连接法兰；结构优化
中图分类号：TB301 文献标识码：A
1 概述
双缸双作用隔膜泵作为煤化工行业固液两相流体输送的关键设备，其动力端主要由主动轴、偏心轮、连杆、活塞杆及十字头等关键部件所组成。其中，活塞杆与十字头通过连接法兰相连接，连接法兰的装配接触面随隔膜泵活塞杆的往复运动承受方向相反的交变载荷，该法兰为非标准件，且为动力端易损件之一。设计连接法兰的关键因素在于既要保证充足的扳手空间以便于动力端关键部件的装配，又应使其满足结构强度的要求，避免产生应力集中而导致法兰在隔膜泵现场运行中发生疲劳破坏。本文采用大型有限元分析软件ANSYS对三种不同结构的连接法兰进行强度分析，并对分析结果进行评价。通过对比分析确定扳手空间最大、应力分布最佳的结构形式。其分析方法与结论对相关产品的设计与研发具有一定的理论指导意义。
2 隔膜泵动力端连接法兰强度分析
2.1 几何模型与边界条件
双缸双作用隔膜泵动力端连接法兰在隔膜泵动力端所处位置如图2.1所示，图中用箭头标示出活塞杆不同运动方向下连接法兰所处的工况，由图1可知，当连接法兰处于压工况状态下时，连接法兰的承载面为法兰与十字头的装配接触面；当连接法兰处于拉工况状态下时，连接法兰的承载面为法兰与连接螺母的装配接触面。
三种不同结构动力端连接法兰的关键尺寸如图2所示（三种结构分别记做a、b、c，a结构为原始结构；b和c为改进结构）。
根据图2可知，结构（b）与结构（a）相比增大了螺母位置处的圆角值，在一定程度上增大了装配位置处的扳手空间，结构（c）与前两种结构相比不仅将圆角增大，同时缩短了法兰的整体厚度。
由于连接法兰为对称结构，为降低计算规模，因此仅对1/2模型进行分析。利用三维几何建模软件Solid Works建立动力端连接法兰的几何模型并以.SAT的格式导入有限元分析软件ANSYS中。采用ANSYS前处理模块对几何模型进行网格划分，对...
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