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螺旋離心機(jī)自1954年發(fā)明以后，由于具有單機(jī)工作強(qiáng)度大、操作方便、能連續(xù)自動(dòng)操作、勞動(dòng)強(qiáng)度低、占地面積少和后期維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、醫(yī)藥、食品、輕工等部門。由于懸浮液的沉降、沉渣的輸送和脫水都在轉(zhuǎn)鼓中完成，因此轉(zhuǎn)鼓是臥螺離心機(jī)的主要部件。因轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用傳統(tǒng)的強(qiáng)度分析計(jì)算方法，對(duì)轉(zhuǎn)鼓各部位的應(yīng)力往往得不到正確的估價(jià)從而影響離心機(jī)使用的安全性，并且按此算法設(shè)計(jì)的離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓系相關(guān)尺寸有較大富裕，造成材料的浪費(fèi)，是很不經(jīng)濟(jì)的。采用有限元分析設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)鼓是解決這個(gè)問(wèn)題的有效手段，它不受幾何形狀的限制，可以直接對(duì)轉(zhuǎn)鼓整體的各部分進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，具有重要實(shí)際工程價(jià)值。
由于臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)的多樣性及復(fù)雜性，如Souroku Suzuki研制的雙錐角臥螺離心機(jī)，Woon-FongLeun}等在轉(zhuǎn)鼓錐段排出口附近的內(nèi)筒上安裝流動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，Tetsuo Ohinata等開發(fā)的直筒壓榨式臥螺離心機(jī)，使得適合分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限法得到了廣泛應(yīng)用。從1983年起，英國(guó)BS767“工業(yè)及商業(yè)用過(guò)濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)”標(biāo)準(zhǔn)就明確指出，對(duì)于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓的應(yīng)力分析，最合適的方法是有限元分析方法。為探求合理的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，我國(guó)從20世紀(jì)80年代起，也開始將有限元法用于離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的應(yīng)力分析。
近20多年來(lái)，許多學(xué)者和工程技術(shù)人員先后開展了有限元分析在轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算上的應(yīng)用研究，取得了非常有意義的研究成果。
在優(yōu)化轉(zhuǎn)鼓目標(biāo)函數(shù)方面，以轉(zhuǎn)鼓重量為目標(biāo)函數(shù)，以強(qiáng)度約束、位移約束和幾何約束為約束條件，采用有限元法作應(yīng)力分析，運(yùn)用混合懲罰函數(shù)法進(jìn)行尋優(yōu)，以啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓所需的驅(qū)動(dòng)功率為目標(biāo)函數(shù)，以填料比例、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)及回彈系數(shù)等參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，應(yīng)用有限元法對(duì)轉(zhuǎn)鼓部件進(jìn)行仿真，得到了填料比例、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)仿真影響很大的結(jié)論，以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為目標(biāo)函數(shù)，采用ANSYS有限元軟件對(duì)轉(zhuǎn)鼓完成參數(shù)化建模，以上述的參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，基于有限元分析，對(duì)轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以分離因數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，以轉(zhuǎn)鼓直徑、回轉(zhuǎn)角速度、壁厚為設(shè)計(jì)變量建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)逐次迭代，得到了轉(zhuǎn)鼓的優(yōu)化尺寸，提高了轉(zhuǎn)鼓的分離能力，降低了轉(zhuǎn)鼓的壁厚。
在研究轉(zhuǎn)鼓參數(shù)方面，應(yīng)用Pro/E軟件建立了臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的有限元模型，通過(guò)改變轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑、大端質(zhì)量、筒體壁厚等主要尺寸參數(shù)和轉(zhuǎn)速、液池深度等可調(diào)節(jié)的機(jī)械參數(shù)分別對(duì)轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行了模態(tài)和靜力仿真分析。通過(guò)分析，分別獲得轉(zhuǎn)鼓各參數(shù)的變化對(duì)其頻率、應(yīng)力和應(yīng)變的影響，通過(guò)ANSYS有限元軟件分析轉(zhuǎn)鼓系統(tǒng)的模態(tài)特性及變形問(wèn)題，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的優(yōu)化，得到了轉(zhuǎn)鼓在一、二階固有頻率下其最大變形值。
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