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基于有限元分析的涂油機結構優化

發布于:2020-10-05 22:14
有限元分析

       靜電涂油機是將防銹油高質量涂覆在鋼材表而以防銹蝕的關鍵設備。據研究結果表明:靜電涂油機的涂油質量,取決于從涂油刀梁中流出的油液在吸附到鋼材表而的霧化程度。而霧化程度的好壞在很大程度上取決與靜電涂油機涂油室結構的合理設計,它決定著油液噴涂的均勻性、靜電吸附性、沉積效率等等。因此本文將按照靜電涂油機涂油室的結構特點和實際工作條件,建立涂油室的三維有限元分析模型,并從優化的角度來探討涂油室參數的合理選擇,優化靜電涂油機涂油室的幾何形狀,為靜電涂油機結構參數的選擇提供理論依據。
       靜電涂油機涂油室安裝在鋼材精整作業線上,對成品帶材或板材涂覆防銹油,是涂油機的關鍵設備,涂油機的功能和涂油質量主要由涂油室確定。封閉的涂油室內裝有涂油刀梁、刀梁移出機構以及保證鋼材順利通過的導板裝置和絕緣、防護裝置等。而在這之中涂油刀梁又是靜電涂油機的關鍵部件,它直接影響著涂油質量。
       按照靜電涂油機涂油室的結構特點和實際工作條件,建立涂油室的三維電場模型,將對涂油室結構優化分析起著至關重要的作用。一個完整的涂油室三維電場有限元分析的步驟如下:
       (1)電場分析中單元的選擇:本涂油室靜電場所有分析均使用二維實體單元PLANE 121和三維實體單元SOLD 122單元;
       (2)定義材料參數:在材料屬性的定義中,經過簡化模型后,還剩下刀梁、鋼板、噴涂介質、空氣介質等等。參考以前的研究,初步設定刀梁介電常數為2鋼板介電常數為2噴涂區域介質的介電常數為5內絕緣和外絕緣均為1000Q。
       (3)參數化建模:為了得到更好的噴涂精度和噴涂均勻性,經研究發現,刀梁是影響電場分布的主要因素。因此我們將刀梁模型簡化采用二維電場進行分析,同時涂油室的三維模型還應考慮涂油室整體的大小、涂油刀梁尺寸、鋼板寬度和絕緣尺寸等等。最終建立靜電場參數化模型;
       (4)網格的劃分:涂油室選用電場單元,只能采用智能網格進行劃分;
       (5)加載和求解:在涂油室電場分析中,只需在刀梁處加上電壓(本文電壓值選用負7萬伏到負4萬伏),鋼板選用0伏電壓,在二次霧化位置加上負2萬伏電壓即可。在完成加載后進行求解,即可完成涂油機高壓靜電場模型的建模計算過程;
       從以上云圖我們不難看出,整個涂油室電勢和電場強度矢量橫向成軸向對稱分布,與實際情況完全相同,因此在研究橫向問題時,可以只考慮其中一半的區域。此外,通過有限元分析對靜電涂油機涂油室的電場模擬并分析,在其它各個條件不變的情況下,有如下結論:①電場強度隨刀口長度的增加而呈增加趨勢,當增加到某值時就基本保持不變;②電場強度隨涂油室寬度的增加而呈增大趨勢,但到了一定尺寸后,將趨于穩定。③隨著刀梁距離鋼板距離的增加,電場強度隨之下降。
       為了保證噴涂精度,涂油室的結構參數必須合理設計,從以上涂油室的三維電場分析可以看出:在靜電涂油機參數優化的過程中,涂油室結構的參數優化起著至關重要的作用。涂油室的結構參數的變化會引起電場分布的改變,進而影響整個噴涂效果。在建立優化參數模型的過程之中根據涂油室有限元分析和結構參數化變化時電場強度變化情況可知,涂油室結構優化問題可歸結為:在滿足最大場強和實際設計情況的前提下,優化靜電涂油機涂油室結構的幾何形狀。從靜電涂油機涂油室參數變化中不難看出對涂油室電勢和電場強度影響較大的參數是:刀梁的長度、涂油室的大小、外加載荷、刀梁與鋼板的距離,F以上部涂油室的結構為例,具體說明涂油室結構參數的優化問題。


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