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   0 引言
滾壓式污泥脫水機(jī)(又稱旋轉(zhuǎn)擠壓式污泥脫水機(jī))是參照國(guó)外最新技術(shù)自行研制的過濾分離機(jī)械, 是新型的環(huán)保裝置, 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、處理量大、脫水性能好、能耗低、操作空間密閉、維修管理容易等優(yōu)點(diǎn)。滾壓式污泥脫水機(jī)可用于污水處理, 也可用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的固液分離, 有廣泛的用途和發(fā)展前景。我公司完成了滾壓式污泥脫水機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和機(jī)器性能試驗(yàn), 并根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)情況, 對(duì)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行了改進(jìn)。
1 刮刀導(dǎo)向板的結(jié)構(gòu)與作用滾壓式污泥脫水機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。滾壓式污泥脫水機(jī)由格柵、濾網(wǎng)、主軸、連接圓盤、氣動(dòng)擋門、刮刀導(dǎo)向板等零部件組成。作為滾壓式污泥脫水機(jī)重要部件之一, 刮刀導(dǎo)向板由導(dǎo)向塊、刮刀和孔板條三部分( 材質(zhì)均為0Cr19Ni9) 組成, 用沉頭螺釘、銷釘聯(lián)接。它將物料入口與濾餅出口隔開, 形成一個(gè)約為270 度的C 型通道, 部件中的刮刀對(duì)格柵上的篩網(wǎng)進(jìn)行刮料擠壓, 保持其清潔度以提高生產(chǎn)率。

2 刮刀導(dǎo)向板的有限元分析
有限元分析直接采用ANSYS 建模并進(jìn)行處理網(wǎng)格劃分采用8 節(jié)點(diǎn)的SOLID45 實(shí)體單元, 每個(gè)單元有沿X、Y 和Z 三個(gè)方向平移的自由度。刮刀導(dǎo)向板的有限元模型包含134 841 個(gè)實(shí)體單元, 33 055 個(gè)節(jié)點(diǎn)。
2.1 邊界條件的確定
刮刀導(dǎo)向板通過六個(gè)六角頭螺栓及一個(gè)平鍵與機(jī)器外殼聯(lián)接, 故對(duì)六個(gè)螺栓孔內(nèi)表面進(jìn)行全約束。
2.2 載荷分析刮刀導(dǎo)向板主要受自重以及C 型通道內(nèi)的出口壓力兩種載荷。組件自重: 0Cr19Ni9 的密度為7 930 kg/m3, 可利用ANSYS 建模之后算出刮刀導(dǎo)向板質(zhì)量m=55.215kg;出口壓力: 由于出口壓力可以根據(jù)濾餅不同的含固率進(jìn)行人工控制, 而一般設(shè)定壓力在0.2～0.8 MPa,考慮實(shí)際安全因素, 故取1 MPa 進(jìn)行校核。
2.3 計(jì)算結(jié)果及分析
2.3.1 剛度分析按照設(shè)計(jì)要求, 刮刀導(dǎo)向板與連接圓盤之間的間隙值為0.5 mm, 而刮刀導(dǎo)向板端部的最大位移( 如圖2) 為0.121 mm, 小于設(shè)定值, 因此剛度滿足設(shè)計(jì)要求。
2.3.2 強(qiáng)度分析
刮刀導(dǎo)向板材料為0Cr19Ni9, 其屈服極限δs=210MPa, 取安全系數(shù)S 為1.5, 則許用屈服強(qiáng)度[δ]=δs/1.5=140 MPa。刮刀導(dǎo)向板的最大應(yīng)力集中分布在螺栓孔邊緣, 最大米塞斯等效應(yīng)力
δvonMises=39.2 MPa( 如圖3) 。因其遠(yuǎn)小于[δ], 故強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 實(shí)際存在問題、原因及改進(jìn)措施
在滾壓式污泥脫水機(jī)實(shí)際運(yùn)行中, 刮刀導(dǎo)向板卻存在內(nèi)圓表面拉毛的問題( 如圖4) , 顯然刮刀導(dǎo)向板與連接圓盤存在相互接觸摩損所致。通過有限元分析,可以知道組件自身的剛度與強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求, 因此出現(xiàn)這種情況的原因就是定位刮刀導(dǎo)向板與連接圓盤的聯(lián)接件固定強(qiáng)度不夠———即六角頭螺栓螺紋聯(lián)接和平鍵聯(lián)接發(fā)生松脫。螺紋聯(lián)接件一般采用單線普通螺紋, 螺紋升角( ψ=1°42′～3°2′) 小于螺旋副的當(dāng)量摩擦角( Φv≈6.5°～10.5°) , 聯(lián)接螺紋都能滿足自鎖條件。因此, 在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí), 螺紋聯(lián)接不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷的作用下, 螺旋副間的摩擦力可能減小或瞬時(shí)消失。這種現(xiàn)象多次重復(fù)后, 就會(huì)使聯(lián)接松脫, 刮刀導(dǎo)向板出現(xiàn)的問題亦屬于此種情況。螺紋聯(lián)接一旦出現(xiàn)松脫, 輕者會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn), 重者會(huì)造成嚴(yán)重事故。由于刮刀導(dǎo)向板并不經(jīng)常拆裝, 因此為了加強(qiáng)聯(lián)接件的強(qiáng)度, 在原有的六個(gè)六角頭螺栓與一個(gè)平鍵的基礎(chǔ)上, 在合適位置再增加4 個(gè)Φ16 的圓柱銷來加強(qiáng)定位, 解決了刮刀導(dǎo)向板與連接圓盤之間實(shí)際存在接觸的問題。
4 結(jié)論
本文對(duì)滾壓式污泥脫水機(jī)刮刀導(dǎo)向板在操作條件下的應(yīng)力和變形進(jìn)行了有限元分析。結(jié)果表明, 對(duì)于文中給出的刮刀導(dǎo)向板, 其應(yīng)力水平和變形量都在合理的范圍之內(nèi), 因此刮刀導(dǎo)向板的表面拉毛并非是由于導(dǎo)向板的強(qiáng)度引起, 而是由于載荷沖擊使聯(lián)接松脫, 導(dǎo)致導(dǎo)向板與連接圓盤發(fā)生接觸磨損, 為防止此類問題出現(xiàn), 本文還提出了結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施。