金正

摘要：往復(fù)式壓縮機(jī)作為目前各工廠最常用設(shè)備之一，普遍用于各種環(huán)境，但目前往復(fù)式壓縮機(jī)面臨機(jī)械效率低等問題。為此本文提供一種新型往復(fù)式壓縮機(jī)的優(yōu)化思路，并用Solidworks進(jìn)行了模擬，并對其關(guān)鍵部位進(jìn)行了有限元分析。

Abstract： Reciprocating compressor is one of the most commonly used equipment in various factories at present， and it is commonly used in various environments. However， the current reciprocating compressor faces problems such as low mechanical efficiency. To this end， this article provides a new reciprocating compressor optimization ideas， and uses solidworks to simulate， and the key parts of the finite element analysis.

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);優(yōu)化;SolidWorks;有限元分析

Key words： reciprocating compressor;optimization;SolidWorks;finite element analysis

中圖分類號：TP391.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0059-02

1? 往復(fù)式壓縮機(jī)現(xiàn)狀及改進(jìn)

目前往復(fù)式壓縮機(jī)里最為常用的為活塞式壓縮機(jī)，由于活塞式壓縮機(jī)具有較強(qiáng)的熱效應(yīng)，廣泛的壓力情況下都可以使用，適應(yīng)性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)而被常用于各種場合。而目前活塞式壓縮機(jī)面臨著機(jī)械效率低等問題，因此，提高壓縮機(jī)的效率對于經(jīng)濟(jì)效益和檢維修有重大意義。

為此本文提出了一種新的往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)，旨在提高目前往復(fù)式壓縮機(jī)的工作效率。

傳統(tǒng)的壓縮機(jī)是由曲軸箱、曲軸、十字頭、中體、填料、活塞、氣缸與氣閥等部件組成。當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動壓縮機(jī)主機(jī)工作，通過曲軸、連桿、十字頭等部件的配合作用，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運(yùn)動。一個(gè)工作周期包括了吸氣、壓縮、排氣、膨脹四個(gè)過程。

而這種模式下，十字頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動會產(chǎn)生斜向上與斜向下對十字頭滑履的壓力，但這部分壓力目前無法利用，會造成大量的損耗。本文基于SolidWorks對傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化以及關(guān)鍵部分的有限元分析。

2? 本文往復(fù)式壓縮機(jī)模型

本文往復(fù)式壓縮機(jī)將傳統(tǒng)直缸改成了后半部分為彎曲式氣缸，這樣可以充分的利用壓縮機(jī)十字頭對十字頭滑履的壓力。并且將活塞與活塞桿做了調(diào)整，將其連接處做成鉸接，并將其位置上移，在其下方做了鉸接，用來連接桿件，起到在彎管段上升過程中拉起活塞下端。

基于Solidworks軟件，對此壓縮機(jī)進(jìn)行建模，建模結(jié)果如圖1所示。

3? 基于Solidworks的有限元分析

有限元法，在分析連續(xù)介質(zhì)時(shí)把它看成有限個(gè)小單元的集合體，然后以每個(gè)小單元為基礎(chǔ)來求解連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問題的一種數(shù)學(xué)方法。其基本思想是，首先，將連續(xù)介質(zhì)離散化，得到有限個(gè)小的單元體;然后再用近似函數(shù)來表示求解域上的未知的場函數(shù)，用未知的場函數(shù)以及其導(dǎo)數(shù)表達(dá)近似函數(shù)，經(jīng)過這樣的有限元變換，就可以將連續(xù)無自由度的問題轉(zhuǎn)換為離散有限自由度的問題，從而得到相應(yīng)的解。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)如今有限元法已經(jīng)在工程力學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、建筑材料等很多領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。

為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的幾個(gè)零部件是否合格和找出設(shè)計(jì)中存在的不足。對活塞、氣缸、氣缸蓋進(jìn)行靜應(yīng)力分析（見表1）?！?/p>

3.1 氣缸分析

將建立好的模型在Solidworks中打開后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格密度選擇適中，根據(jù)實(shí)際工況添加載荷與約束，建立好的模型如圖2所示。

分析結(jié)束后可以得到氣缸的應(yīng)力圖3。

3.2 活塞分析

將建立好的模型在Solidworks中打開后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格密度選擇適中，根據(jù)實(shí)際工況添加載荷與約束，建立好的模型如圖4所示。

分析結(jié)束后可以得到氣缸的應(yīng)力圖如圖5。

4? Motion分析

通過Solidworks的馬達(dá)指令可以模擬壓縮機(jī)活塞在真實(shí)情況下的運(yùn)動，本次Motion分析使用了兩個(gè)馬達(dá)，分別為一個(gè)線性馬達(dá)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，具體參數(shù)見圖6、圖7。

在此條件下壓縮機(jī)完整的走完往復(fù)運(yùn)動。

5? 結(jié)束語

本次仿真實(shí)驗(yàn)旨在模擬此優(yōu)化后的壓縮機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的應(yīng)力情況，從結(jié)果來看，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)力均在材料允許范圍內(nèi)。并且經(jīng)過motion分析，此壓縮機(jī)模型可以正常走完全程。本次仿真實(shí)驗(yàn)主要完成的任務(wù)有：

①對優(yōu)化后的往復(fù)式壓縮機(jī)利用Solidworks進(jìn)行建模;②對優(yōu)化后的往復(fù)式壓縮機(jī)的零件利用Solidworks建模;③對有限元理論做了介紹，并基于Solidworks對各主要部分進(jìn)行有限元分析;④利用Motion插件對運(yùn)動過程進(jìn)行模擬。

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