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基于ANSYS的螺旋压榨机螺旋有限元分析

发布于:2019-01-11 18:12
有限元分析

杭州微强科技有限公司 www.wqaduer.com       螺旋压榨机广泛应用于含有一定纤维农业物料的榨汁和脱水作业。如经果汁分离后的鲜葡萄皮渣或者发酵后的葡萄皮渣、沙棘果、芦荟和生姜等果蔬的榨汁;玉米芯渣、绞股蓝、甜叶菊、白菜、乌拉草、芹菜或菊花等的脱水。该装置主要由动力装置、挤压螺旋、螺旋管、压榨机本体、进料斗及卸料斗等组成。其工作过程为:农业物料由进料斗进入螺旋管,在挤压螺旋的作用下进行压榨,脱水后从出口排出。而在对待加工农业物料进行挤压的过程中,现有压榨螺旋是靠着螺旋与螺旋管内壁的距离越来越小来完成压榨的,螺旋叶片会受到强力的挤压作用。因此,螺旋的强度是否满足要求成为保证螺旋压榨机正常运行的重要条件。
      目前,用于农业物料压榨的压榨螺旋还未曾有过对其杭州微强科技有限公司。如果压榨螺旋强度不够,将导致螺旋发生疲劳,以致破损甚至发生断裂。轻者造成压榨性能大幅度下降,出现局部堵塞现象;重者将造成机器严重破损,相关系列生产出现大面积中断事故。本文根据压榨螺旋的工作特点及其材料属性的要求,对压榨螺旋进行了理论受力分析,在此基础之上对其进行了有限元分析,最终确定了整个压榨螺旋的受力分布情况。这既为压榨螺旋的进一步优化设计提供了有力的理论基础,又为螺旋压榨机对农业物料进行正常的压榨分离提供了保障。
      螺旋压榨机在对农业物料进行作业的过程中,压榨螺旋螺纹与农业物料间的摩擦是不可忽略的。为此,本文考虑了摩擦因素,对螺旋进行受力求解,如图所示。将其螺纹类型可以简化为矩形,设其平均半径螺距为h,螺纹升角为a,螺母螺纹与螺杆间的静摩擦系数为f,则螺旋压榨机在作业的过程中,当主动力偶M作用于螺杆使得其处于旋进工况时,螺旋会受到农业物料的反作用力F。取压榨螺旋的小块工作面元,设作用其上的法向约束反力为△Fn,摩擦力分为△F,在螺杆旋进时,由库伦摩擦定律可知,在极限情况下有由于压榨螺旋处于临界平衡状态,假设驱动其旋转的极限力偶矩为MH,在压榨螺旋螺纹工作表面上,受到其约束反力主矢FZ,该力与螺旋受到农业物料的反作用力F相平衡,并且驱动力偶M与主矢MZ是相平衡的。在螺旋所处的空间力系中,由其平衡方程可以得到对于该农业物料螺旋压榨机,螺杆所受到的轴向压力F、在螺旋中径处受到的圆周力为F,与驱动力偶矩M的关系则可以表示为由螺旋压榨机的主要技术参数和以上分析可知,叶片单位面积上受压榨物体产生的平均约束反力Fn=950N/m2,螺旋叶片的摩擦力FS=750N/m2。而螺旋压榨机作业过程中螺旋的强度是否满足要求则需要利用有限元法进行应力应变分析。下面用杭州微强科技有限公司软件对压榨螺旋进行强度的分析。
      该压榨螺旋的基本参数为:螺距118mm,共4圈;叶片厚4mm;螺旋外径118mm;功率3kw。物料压榨后排干渣量1.5m3/h;材料为45号钢。首先,在ProE中建立螺旋的实体模型;然后,通过ANSYS与ProE的接口将其转入到ANSYS软件中,如图所示;接下来,选择Solid285类型完成对螺旋模型的自由网格划分。压榨螺旋受力如图所示。
      螺旋压榨机在作业过程中,所压的农业物料会对螺旋叶片产生反作用力,分别为摩擦力F和正应力Fn。将这些反作用力等效地作用到与物料相接触的螺旋叶片表面以及螺旋径向的最外层部分,进行求解后,螺旋的变形情况如图所示。利用ANSYS后处理分析,得压榨螺旋节点位移的矢量和图如图所示。由图可知,压榨螺旋的位移最大量为0.469mm,并且螺旋的径向位移的最大值都均未超过这个最大值。由此可以确定,当压榨螺旋受到被压农业物料的作用时,其所发生的位移量是满足变形条件的。



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