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基于有限元分析的涂油机结构优化

发布于:2020-10-05 22:14
有限元分析

       静电涂油机是将防锈油高质量涂覆在钢材表而以防锈蚀的关键设备。据研究结果表明:静电涂油机的涂油质量,取决于从涂油刀梁中流出的油液在吸附到钢材表而的雾化程度。而雾化程度的好坏在很大程度上取决与静电涂油机涂油室结构的合理设计,它决定着油液喷涂的均匀性、静电吸附性、沉积效率等等。因此本文将按照静电涂油机涂油室的结构特点和实际工作条件,建立涂油室的三维有限元分析模型,并从优化的角度来探讨涂油室参数的合理选择,优化静电涂油机涂油室的几何形状,为静电涂油机结构参数的选择提供理论依据。
       静电涂油机涂油室安装在钢材精整作业线上,对成品带材或板材涂覆防锈油,是涂油机的关键设备,涂油机的功能和涂油质量主要由涂油室确定。封闭的涂油室内装有涂油刀梁、刀梁移出机构以及保证钢材顺利通过的导板装置和绝缘、防护装置等。而在这之中涂油刀梁又是静电涂油机的关键部件,它直接影响着涂油质量。
       按照静电涂油机涂油室的结构特点和实际工作条件,建立涂油室的三维电场模型,将对涂油室结构优化分析起着至关重要的作用。一个完整的涂油室三维电场有限元分析的步骤如下:
       (1)电场分析中单元的选择:本涂油室静电场所有分析均使用二维实体单元PLANE 121和三维实体单元SOLD 122单元;
       (2)定义材料参数:在材料属性的定义中,经过简化模型后,还剩下刀梁、钢板、喷涂介质、空气介质等等。参考以前的研究,初步设定刀梁介电常数为2钢板介电常数为2喷涂区域介质的介电常数为5内绝缘和外绝缘均为1000Q。
       (3)参数化建模:为了得到更好的喷涂精度和喷涂均匀性,经研究发现,刀梁是影响电场分布的主要因素。因此欧亿3将刀梁模型简化采用二维电场进行分析,同时涂油室的三维模型还应考虑涂油室整体的大小、涂油刀梁尺寸、钢板宽度和绝缘尺寸等等。最终建立静电场参数化模型;
       (4)网格的划分:涂油室选用电场单元,只能采用智能网格进行划分;
       (5)加载和求解:在涂油室电场分析中,只需在刀梁处加上电压(本文电压值选用负7万伏到负4万伏),钢板选用0伏电压,在二次雾化位置加上负2万伏电压即可。在完成加载后进行求解,即可完成涂油机高压静电场模型的建模计算过程;
       从以上云图欧亿3不难看出,整个涂油室电势和电场强度矢量横向成轴向对称分布,与实际情况完全相同,因此在研究横向问题时,可以只考虑其中一半的区域。此外,通过有限元分析对静电涂油机涂油室的电场模拟并分析,在其它各个条件不变的情况下,有如下结论:①电场强度随刀口长度的增加而呈增加趋势,当增加到某值时就基本保持不变;②电场强度随涂油室宽度的增加而呈增大趋势,但到了一定尺寸后,将趋于稳定。③随着刀梁距离钢板距离的增加,电场强度随之下降。
       为了保证喷涂精度,涂油室的结构参数必须合理设计,从以上涂油室的三维电场分析可以看出:在静电涂油机参数优化的过程中,涂油室结构的参数优化起着至关重要的作用。涂油室的结构参数的变化会引起电场分布的改变,进而影响整个喷涂效果。在建立优化参数模型的过程之中根据涂油室有限元分析和结构参数化变化时电场强度变化情况可知,涂油室结构优化问题可归结为:在满足最大场强和实际设计情况的前提下,优化静电涂油机涂油室结构的几何形状。从静电涂油机涂油室参数变化中不难看出对涂油室电势和电场强度影响较大的参数是:刀梁的长度、涂油室的大小、外加载荷、刀梁与钢板的距离。现以上部涂油室的结构为例,具体说明涂油室结构参数的优化问题。


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