基于ADINA的大型隔膜泵活塞杆的优化设计
摘 要：活塞杆是长距离管道输送用大型隔膜泵液力端的关键部件之一，活塞杆作为隔膜泵中连接动力端和液力端的关键部件，主要用于将隔膜泵动力端的动力传递给液力端，使油缸里的液压油推动隔膜往复运动。在它的设计过程中应根据隔膜泵动力端的实际工况对其进行应力分析与强度校核。本文利用有限元分析软件ADINA对大型高压隔膜泵活塞杆进行应力分析。并在此基础上，采用规避二次应力叠加的设计方法，设计新的活塞杆结构并进行应力分析，获得了一种既降低了应力水平又减少重量的活塞杆结构。
关键词：隔膜泵；液力端；活塞杆；应力分析；优化
中图分类号：TH323 文献标识码：A
近年来工业中将固体物料制成高浓度浆体进行多相流管道输送逐渐成为了迅速发展起来的新型运输方式，它已被广泛地应用于各个部门，如化学工业中物料的水力输送、水利工程的港口疏浚和河道治理、火力发电厂的废渣输送、采矿工程的水力开采和水砂充填、选矿厂精矿和尾矿的输送等。隔膜泵作为固-液两相介质输送的核心设备，在煤化工和氧化铝等领域日益得到广泛的应用。隔膜泵动力端主要由曲轴、连杆、十字头和介杆等关键件组成。其中，液力端的活塞杆通过卡箍与动力端的介杆连接，保证动力端动力稳定输出到液力端。活塞杆在传递动力过程中受到持续的大吨位载荷，有时会在其圆角处产生较大的应力集中，导致在正常的工作条件下，该处也极易达到屈服。为了设计既安全可靠又经济合理，需对活塞杆进行应力分析并进行优化设计。
本文采用三维建模程序SolidWorks和通用有限元分析程序ADINA，建立了活塞杆三维几何模型并进行应力分析和强度校核，同时对活塞杆进行了减重优化设计。
1活塞杆优化设计
三种活塞杆（轴对称结构形式）结构模型如图1所示。分别对三种活塞杆结构进行有限元分析和强度校核。
1.1第一种活塞杆结构应力分析
对第一种活塞杆结构进行应力分析，活塞杆网格划分采用四节点四面体单元，由于活塞杆圆角（R10）具有应力集中，对此处网格进行细划，活塞杆材料的弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，材料屈服极限为550MPa。
边界条件：约束活塞杆与介杆的接触面，在活塞杆与活塞接触面施加沿轴线方向的压力，活塞杆几何模型和有限元模型分别如图2和图3所示。
活塞杆的应力云图如图4所示。
1.2第二种活塞杆结构应力分析
对第二种活塞杆结构进行應力分析，活塞杆的受力和边界约束条件与第一种结构...
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