螺旋榨油机制造需要建立榨笼三维模型的意义-北京益加益.doc

螺旋榨油机制造需要建立榨笼三维模型的意义-北京益加益

益加益摘 要：螺旋榨油机是一种用于榨油的机械加工设备。其核心部件是榨膛，榨笼作为榨膛的主要组成部分，其强度是保证榨油机正常运行的前提条件。针对传统分析校核方法的复杂和不足，建立了榨笼的简化三维模型，利用ANSYS软件进行了有限元分析，获得了榨笼的整体变形和应力分布，为榨笼结构的改进设计提供了有价值的参考。　关键词：螺旋榨油机；榨笼；有限元方法；应力分析 。
　1 益加益引言
压榨法取油是一种机械提取油脂的方法，螺旋榨油机是国际上目前广泛采用的较先进的连续压榨取油设备，其显著特点是连续生产、单机处理量大、工人劳动强度低、出油率较高，饼薄易粉碎有利于加工利用等，但是它也存在着动力消耗大、结构复杂、易损件多等问题。螺旋榨油机的工作原理是靠压榨螺旋的旋转，一方面将榨料向前推动，一方面靠榨膛空间体积不断缩小产生压榨作用。因此，榨膛是螺旋榨油机的核心部件，其结构的合理性和整体的强度直接影响到榨油机的性能。榨笼作为榨膛的主要组成部分，在榨油过程中承受较大的载荷，容易发生损坏，因而要了解其在榨油过程中的受力情况，使其强度能够保证榨油机正常运行。传统的设计方法是通过经验数据进行计算大致得到相应的受力状态，类比同类型产品的结构尺寸进行设计，存在一定的缺陷和不足，有必要引入先进的分析和设计方法。本文以一种典型的螺旋榨油机为例，建立了其榨笼的简化三维模型，然后利用大型有限元分析软件ANSYS，对其进行了受力分析。从而在制造之前，对榨油机榨笼设计结构的合理性提供了有价值的参考，进而可进行改进优化。 　　
2 益加益-榨笼模型的建立 　　
本文选取一种榨油机作为研究对象。榨笼主要组成部分包括榨笼框架、榨条、压板等。利用UG软件对榨笼进行了三维建模。
对榨油机榨笼整体结构进行有限元分析，则需考虑榨条的位置及约束，这样将使整个分析变得复杂和难以实现。而根据实际情况，榨油机正常运行时，榨条上的受力最终转移到榨笼框架上，故可只对榨笼框架进行有限元分析，施加载荷时加上通过力学换算后的载荷。并且，由于榨笼框架的结构采用对称的两半通过螺栓螺母连接固定，因此在进行分析时只取一半框架即可。同时，为了分析方便，使模型简化，可略去该处的螺栓螺母。根据榨笼的结构特点，选用了Solid92单元进行单元划分，最终生成68388个单元，113489个节点，得到的有限元模型如图2所示。从图中可以看出，在孔和肋板连接处单元都比较密，这样可以保证这些部位分析的更加精确。 　　

有限元模型建立后，需要对模型适当的施加约束条件和外加载荷，使其和实际工况相符合。榨油机工作时，榨笼的两端各有两个孔通过螺栓固定在机架上，所以对两端的两个孔进行全约束。另外，榨笼结构对称，该模型只取了榨笼框架的一半，故需要在对称面上施加对称约束以达到整体效果。同时，由于略去了连接固定用的螺栓螺母，因而需要在孔的位置施加相应的约束使其达到固定的效果。至于载荷的施加，考虑到榨油机实际工作时，虽然榨膛内部同时受到径向载荷、轴向载荷以及摩擦力等，但主要承受的是径向载荷，因此分析时暂且只考虑径向载荷。由于榨笼所受的外载荷主要集中在榨笼肋板上，故根据实验测得的榨膛径向压力分布数据[5]，将不同的径向载荷分别施加到每块肋板上。 　　
3 益加益-结果分析与讨论 　　
利用ANSYS软件进行计算求解后[6～7]，榨笼变形情况如图3所示。由该图可知，变形从第一个肋板开始先增大然后又逐渐减小，在第二个和第三个肋板处变形最大，其最大的位移为2.46×10-5m，无过大变形，符合要求。榨笼所受的应力可以看出，最大的应力为1.08×108Pa，位于第二个肋板与框架连接处，与进行强度校核计算的到的最大应力相近，与实际受载情况相符。 　

4 益加益-结论 　　
针对螺旋榨油机榨笼传统分析校核方法的复杂和不足，以一种小型榨油机为例，建立了三维模型，并通过ANSYS软件进行有限元分析，获得榨笼的连续变形和应力分布。得到以下几点结论： 　　
4.1 榨笼变形沿着轴向先增大后逐渐减小，在第二个和第三个肋板处变形最大。主要因为最大径向压力集中在第二个和第三个肋板处。榨笼整体上无过大变形。 　　
4.2 榨笼最大应力位于第二个和第三个肋板处，主要集中在肋板靠近两端横梁的内表面，然后朝着外表面方向逐步减小。分析得到的最大应力值与理论计算数据相近。 　　
4.3 本文在榨笼受力方面主要考虑径向载荷，未能考虑实际工况中其它因素影响，还可做进一步改进，使模型更接近实际，结果更准确。 　　
4.4 通过分析可知，只要模型建立的合理、尽量符合实际，仿真分析的准确性较高，可以作为进一步设计和改进的参考。