碟式分离机自动化仿真分析研究.pdf

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1、研究与应用化工自动化及仪表，2010，37(9)：82～85ControlandInstrumentsinChemicalIndustry碟式分离机自动化仿真分析研究王铭1，梁利华1，陶渊卿2，沙恩典2(1．浙江工业大学机械工程学院，杭州310014；2．浙江轻机实业有限公司，杭州310003)摘要：有限元方法是碟式分离机应力和变形计算的有效方法，但要求较高的专业基础。大部分仿真软件无法实现与CAD的无缝连接，造成了大量的重复劳动，研发人员对仿真自动化的要求越来越高。针对碟式分离机仿真的现状，对碟式分离机的各种工况进行了

2、详细地分析，基于VB的接口技术和ANSYSWorkbench平台，开发出了碟式分离机的自动化仿真分析软件AutoSim。详述了自动化仿真分析方案的实施，并通过具体优化实例，验证其方法的可靠性与高效性。关键词：碟式分离机；有限元仿真；自动化；接口技术中图分类号iTP391文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)09-00824)41引言随着碟式分离机在国内应用越来越广泛，对碟式分离机的设计要求也越来越高，这就要求精确的数值计算以保证结构的可靠性。有限元方法是碟式分离机应力和变形计算的有效方法¨01，但是它要求

3、较高的专业基础和软件操作技巧，使得一般工程师望而却步。这是由于通用软件过于强调其通用性，在具体的专业应用上还有许多限制，应用门槛比较高p1。另外，由于目前大部分仿真软件无法实现与CAD软件的无缝连接，进行结构仿真分析时，需要在有限元仿真软件中重新建模，这对于设计人员来说是很大的挑战，同时，也造成了大量的重复劳动。随着计算机仿真技术的高速发展，研发人员越来越重视仿真分析的自动化，如基于MatLab与DCS实现交互开发的半实物仿真系统平台MJ、利用VB与ANSYS的接口技术开发的板料激光成形有限元分析系统陋1，都为自动化仿真

4、提供了很好地借鉴。为此，本文针对碟式分离机仿真的现状，在前期大量工作的基础上，对碟式分离机的各种工况进行了详细地分析，对碟式分离机自动化仿真系统进行了详尽地论述。2碟式分离机载荷与工况分析碟式分离机转鼓部分主要由鼓体、顶盖、锁环、活塞以及内部的碟片组成(如图1所示)。碟式分离机转鼓在工作状态下是一个高速回转件，转鼓在实际操作时，主要经历三种工况，即：(1)刚启动时，活塞下腔无水，活塞与顶盖间无物料；(2)启动后，活塞下腔充水，但活塞与顶盖间无物料；(3)正常工作，活塞下腔充水，活塞与顶盖间充满物料。考虑到分析方法的相似性

5、，这里仅针对工况三进行载荷分析。图1离心机活塞受力分析2．1活塞(1)下腔水对活塞的上推力。离心水压沿径向呈二次型分布，半径r处的分布载荷q水可表示为：q木：堕坐#旦(。1)q木2———■F—一LJ其形成的上推合力为：P2：r2嗍dr：盟掣(2)式中：r2——液压出水口半径；心——液压进水口半径；∞——角速度。(2)物料对活塞的下推力。物料对活塞的作用沿径向呈二次型分布，半径r处的分布载荷可表示为：铲掣收稿日期：2010-08．05(修改稿)(3)4iI．第9期王铭等．碟式分离机自动化仿真分析研究·83·其形成的下推合力

6、为：P．：f2嘞dr：盟掣(4)式中：r，——自由液面半径；R。——内腔的最大半径。(3)根据作用力与反作用力原理，顶盖对活塞向下的推力：P=P2一P。。2．2顶盖、锁环、鼓体的整体分析锁环部分的有限元计算，由于其边界条件的复杂性，使得必须将转鼓简体、锁环、顶盖和活塞作为整体进行分析，使用接触单元模拟真实情况，如图2所示。图2离心机整体受力分析^(1)半径r处顶盖受重相液体的分布载荷q可表示为：g憎=堕坐#卫(5)其形成的上推合力为：P3：if2％dr：塑掣(6)式中：／'1——自由液面半径；亿——物料压力对顶盖的最大半

7、径；R：——转鼓内腔的最大半径。(2)锁环的轴向预紧力的确定。观察由顶盖和活塞组成的封闭的物料腔，可以明显发现，水和物料的合力是相等的，即P。=P3。那么，根据设计原则，锁环应施加预紧力。3自动化仿真系统的开发研究的主要目的是用一个比较直观和简单的方法，使普通的设计人员也能快速而准确地完成碟式分离机转鼓的强度分析，得到转鼓的应力分布。其最大的特点在于它的自动化分析能力。3．1系统的结构设计整个系统(AutoSim)的分析流程如图3所示。在分析过程中，用户主要面向的对象是分析向导界面。用户在分析向导界面里选择所要分析的转鼓

8、模型，分析向导模块将调用转鼓模型信息库模块，将相应模型的信息导入分析向导的界面上。用户在分析向导界面输入其他的基本数据(文件名、文件保存路径、转鼓类型、角速度、预紧力等)并点击求解后，系统将启动固化程序，自动化完成导人CAD模型、加材料、网格划分、施加边界条件、求解、输出分析结果等一系列过程。1)esignSimul