隔膜泵介杆强度及稳定性分析的研究
摘 要：氧化铝行业所用隔膜泵多为高压大流量隔膜泵，介杆作为连接动力端与液力端的重要元件，需要合理的结构型式及完整的强度校核方法。在对三缸单作用隔膜泵介杆理论分析的基础上，结合材料力学杆件稳定性分析理论，采用ANSYS软件完成不同加载方式的对比分析，得出较合理的介杆强度校核和稳定性分析方法，对隔膜泵用杆件类零件的设计研发具有一定的理论与指导意义。
关键词：隔膜泵；介杆；ANSYS；强度校核；稳定性分析
中图分类号：TQ53 文献标识码：A
1概述
隔膜泵按照液缸数及作用特点主要分为三缸单作用泵及双缸双作用泵。对于氧化铝行业用三缸单作用隔膜泵，其高压大流量的特点使隔膜泵整机的结构规模也较大，动力端十字头与液力端活塞间距离甚至超过三米，因此多采用介杆与活塞杆结合的方式来连接。
介杆（如图1）是隔膜泵中连接动力端与液力端的关键件和易损件[1]，通过对介杆进行受力分析，找出适合的有限元分析方法以完成介杆的强度校核和结构优化。而压杆稳定性分析在工程实践中亦有重要作用[2]，尤其是组合类杆件的动力稳定性问题[3]，通过稳定性分析找出介杆的柔度、截面尺寸等参数的最佳搭配，以保证隔膜泵稳定及连续的运行。
本文以某型号隔膜泵介杆为研究对象，首先根据材料力学理论分析出介杆各危险截面的应力，然后运用有限元分析软件ANSYS进行计算，分别利用传统分析方法、整体装配分析方法及换位约束、换位施加载荷的分析方法对介杆进行了三次对比分析来确定较为合理的介杆强度校核方法，然后根据材料力学的杆件稳定性分析理论对介杆进行稳定性校核。
2介杆危险截面应力的理论计算
以120t动力端隔膜泵介杆为研究对象，取介杆上三处典型结构，见图1中A、B、C处，按照材料力学理论进行强度计算[4]，介杆承受动力端连杆力为120t。
A处的应力计算：
由于 ， ， . ，由图2查得：应力集中系数 ，故 。其余两处计算结果见表1，其中圆角结构的应力集中系数见图3。
3介杆强度的有限元分析
基于ANSYS软件平台，介杆的有限元分析分别采用以下三种加载方式计算。
（1）采用1/4模型分析，在对称面施加对称约束；在与活塞杆联接面施加轴向约束；在与十字头联接面施加相当于120t连杆力的面压力，见图4。
（2）采用1/4模型分析，在对称面施加对称约束；在与十字头联接面施加轴向约束；在与活塞杆联接面施加相当于120t连杆力的面压力，见图...
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