卧螺过滤离心机动力特性分析与结构优化设计

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卧螺过滤离心机是实现固液分离与工业脱水的重要设备。随着分离因素与处理能力要求的不断提高,卧螺过滤离心机出现了以机械振动与动载荷为代表的动力学问题。过大的机械振动与动载荷不仅影响了整机性能与使用寿命,甚至会造成严重的安全事故。因此,有必要对卧螺过滤离心机动力学特性作深入研究与分析,以求通过结构优化设计,改善其在实际复合工况作用下的动态特性。本文以转鼓直径为1000mm的卧螺过滤离心机为研究对象,结合零部件工程图以及UG三维建模技术,详细介绍了卧螺过滤离心机的结构特征与工作原理;采用集中参数法,建立了具有偏心质量的单自由度系统的振动模型;应用牛顿力学定律与微分方法,推导出了系统振动瞬态响应解的通式,其稳态响应,揭示了系统振幅与系统的总体质量、偏心质量、偏心距、固有频率以及转子的工作圆频率有关。其次,为了避免固有频率与工作频率相近而发生结构共振,对卧螺过滤离心机的振源——转鼓系进行了模态分析。利用Hypermesh对转鼓系进行了六面体网格划分;采用接触对与MPC算法,实现了零部件之间不连续网格的连接。基于Block Lanczos算法,计算并分析了转鼓系在有、无离心预应力下的前8阶固有频率与振型;结果表明,卧螺过滤离心机在工作转速下不会发生结构共振。最后,为了分析卧螺过滤离心机在工作时的动态特性,在Ansys中,使用APDL语言建立了整机的参数化有限元模型;使用Newmark完全法对其进行瞬态动力学分析,计算得到了主轴振动特性以及离心机对安装基础的动载荷特性随时间变化的规律。根据瞬态分析的结果,对减振器的分布方案以及卧螺过滤离心机的主要结构参数进行了优化设计,提出了一种新型减振器的分布方案,使整机的动载荷能够均匀地分布到各支撑点上,从而,有效地改善了卧螺过滤离心机的动态特性。
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