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煤矿机电
2015年第2期
煤矿水泵控制柜加强筋的优化设计
张卫国,潘跃芸,王洪达
(安徽理工大学机械工程学院,安徴准南232001)
摘要:矿用产品在设计其隔爆外売的过程中,经常会选择加强筋结构以增加其外壳的强度。为
合理应用加强筋的设计,采用有限元分析法优化加强筋的设计与布置。分析结果表明,合理设计与
使用加强筋可提高隔爆产品的强度,同时也有效减少钢的耗量。
关键词:隔爆外壳;加强筋;有限元分析;控制柜
中图分类号:TD403;TH123文献标识码:B文章编号:1001-0874(2015)02-0094-03
ptimization Design of Reinforcement in Mining Pump Control Panel
Zhang Weiguo, Pan Yueyun, Wang Honge
School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China
Abstract: In the design of the flameproof shell for mining products, often chooses the reinforcement structure to
increase the strength of the shell. In order to reasonably apply the design of reinforcement, adopts the finite element
analysis(FE A method to optimize the design and display of reinforcement. The analysis results show that under
the condition of the rational use of rein orcement, it can effectively reduce the strength of the steel consumption and
improve the product.
Keywords: flameproof shell; reinforcement; finite element analysis(FEA); control panel
强筋结构。凭借多年设计经验,加强筋的分布如图
0引言
1所示。该加强筋的分布较为均匀,其厚度为4
在矿用机电产品设计中,经常要考虑机械强度mm,宽度为20mm,在除开盖面壳之外的3个主腔
问题。尤其对于有可能会出现产品表面跨度过大或壁上都设有加强筋结构,以有限元软件 Solidworks
者悬臂结构过长等情况,如若其表面为受力面,则在
表面受力时会出现比较大的变形,甚至受力效果超
过产品木身的强度,造成产品表面开裂或者永久变
形的情况。倘若在此结合体的公共垂直面增加若干
加强筋,则可以增加所在面的机械强度。矿用机电
产品的外壳必须要做水压试验,规定其隔爆外壳不
可出现明显的变形,焊缝不能漏水等情况。
本文就某型号水泵控制柜设计中,对加强筋的
布置方式进行受力分析与仿真,可供设计者借鉴参
考,共同探讨。
1加强筋的经验设计效果分析
某水泵控制柜防爆主腔内部空间尺寸为514
mmx380mx780mm,为能在最大程度减少钢耗
量的情况下达到增加其刚度的目的,设计使用到加
图1经验设计的加强筋分布图
万方数据
2015年第2期
煤矿机电
Simulation进行仿真模拟水压试验测试。
两次实验结果可知,加强筋在经验设计情况下,最大
建立模型
变形量只减少了2.55mm。这说明水泵控制柜壳体
使用 Solidworks建立三维简化模型,水泵控制在1MPa的压力下,形变量太大,故加强筋的强度不
柜売体材料为Q235铸造,具体参数见表1
够,且分布位置又为经验位置,对于水泵控制柜的主
在 Solidworks Simulation中设置算例为静态,夹腔壳体的形变量的减少效果并不大。
具选择主腔的法兰面为固定几何体以限制法兰面的
URES/mi
各向位移,外部载荷设置的水压试验压力为1MPa
1.975e+001
1.810+001
1.6-45c+(001
网格设置参数如表2所示。
1.481e+001
.万乙位置972.32.-190mm
表1Q235材料参数
数值
1.152e+001
名称
Q235铸造
9.873e+000
8.227e+000
模型类型
线性弹性同问性
6.582e+000
1..Z位置
724.157
屈服强度/(N?m
4.936e+000
3.291c+000
张力强度/(N?m-2
4.1e+00
最大:1975E-0
1.645c+000
弾性模量/(N?m-2
1.9e+011
1.000c-030
泊松比
0.3
质量密度/(kg·m
800
抗剪模量/(N?m-2
7.9e+010
..Z位置60-984.362mm
乙位置972-293.-190m
数值
503E+01
表2网格参数表
网格关型所用网格器白动过渡雅可比点单元大小公差
.).Z位置107.-+83128
数值
实体网格标准网格打开4点20mm1mm
图3无加强筋分析结果应变云图
.2实验结果
1)设置结束, Simulation自动生成网格,生成节2加强筋的优化设计分布
点总数195313个,单元总数107140个,并计算在
1MPa压力下外壳的各项参数并生成受力后的图解
加强筋的厚度在选择时,既需要考虑产品的总
模型。经 Simulation的数据处理后,实验结果如图重及美观程度,又不宜过后厚。为增加加强筋的强
2。由图2分析可知,显示的最大位移点处于主腔后度,将加强筋的厚度选择为8mm。加强筋的布置位
部的中心处,最大位移为17.20mm。
置不按照经验位置布置,而是根据加强筋分布原则
IRES/mm
即其伸展方向是跟随产品最大应力和最大偏移量的
12+00方向,布置方式如图4所示。图5(a)、图5(b)分别
42843
1434+00为优化后加强筋布置距离为100mm和90mm时的
∠位置32-1
147e-0
分析结果。
1.004e+001
8.602+000
5.735e+000
1)Z位置269.S40119mr
4.301e+000
2.867e+000
大:1270E-001
1.000c-030
.)Z位置26030.236m
数值
812E+00
)Z位置8614-19mm
109E+001m
..Z位置304987.984m
I15E-IFI mni
图2原经验设计分析结果应变云图
2)在同样的设置参数下,对不使用加强筋情况
下重