0 引言
滾壓式污泥脫水機(又稱旋轉擠壓式污泥脫水機)是參照國外最新技術自行研制的過濾分離機械, 是新型的環保裝置, 具有結構簡單緊湊、處理量大、脫水性能好、能耗低、操作空間密閉、維修管理容易等優點。滾壓式污泥脫水機可用于污水處理, 也可用于食品工業和醫藥工業的固液分離, 有廣泛的用途和發展前景。我公司完成了滾壓式污泥脫水機的設計、制造、安裝和機器性能試驗, 并根據運轉情況, 對所出現的問題進行了改進。
1 刮刀導向板的結構與作用滾壓式污泥脫水機的結構示意圖見圖1。滾壓式污泥脫水機由格柵、濾網、主軸、連接圓盤、氣動擋門、刮刀導向板等零部件組成。作為滾壓式污泥脫水機重要部件之一, 刮刀導向板由導向塊、刮刀和孔板條三部分( 材質均為0Cr19Ni9) 組成, 用沉頭螺釘、銷釘聯接。它將物料入口與濾餅出口隔開, 形成一個約為270 度的C 型通道, 部件中的刮刀對格柵上的篩網進行刮料擠壓, 保持其清潔度以提高生產率。

2 刮刀導向板的有限元分析
有限元分析直接采用ANSYS 建模并進行處理網格劃分采用8 節點的SOLID45 實體單元, 每個單元有沿X、Y 和Z 三個方向平移的自由度。刮刀導向板的有限元模型包含134 841 個實體單元, 33 055 個節點。
2.1 邊界條件的確定
刮刀導向板通過六個六角頭螺栓及一個平鍵與機器外殼聯接, 故對六個螺栓孔內表面進行全約束。
2.2 載荷分析刮刀導向板主要受自重以及C 型通道內的出口壓力兩種載荷。組件自重: 0Cr19Ni9 的密度為7 930 kg/m3, 可利用ANSYS 建模之后算出刮刀導向板質量m=55.215kg;出口壓力: 由于出口壓力可以根據濾餅不同的含固率進行人工控制, 而一般設定壓力在0.2～0.8 MPa,考慮實際安全因素, 故取1 MPa 進行校核。
2.3 計算結果及分析
2.3.1 剛度分析按照設計要求, 刮刀導向板與連接圓盤之間的間隙值為0.5 mm, 而刮刀導向板端部的最大位移( 如圖2) 為0.121 mm, 小于設定值, 因此剛度滿足設計要求。
2.3.2 強度分析
刮刀導向板材料為0Cr19Ni9, 其屈服極限δs=210MPa, 取安全系數S 為1.5, 則許用屈服強度[δ]=δs/1.5=140 MPa。刮刀導向板的最大應力集中分布在螺栓孔邊緣, 最大米塞斯等效應力
δvonMises=39.2 MPa( 如圖3) 。因其遠小于[δ], 故強度滿足設計要求。

3 實際存在問題、原因及改進措施
在滾壓式污泥脫水機實際運行中, 刮刀導向板卻存在內圓表面拉毛的問題( 如圖4) , 顯然刮刀導向板與連接圓盤存在相互接觸摩損所致。通過有限元分析,可以知道組件自身的剛度與強度均滿足設計要求, 因此出現這種情況的原因就是定位刮刀導向板與連接圓盤的聯接件固定強度不夠———即六角頭螺栓螺紋聯接和平鍵聯接發生松脫。螺紋聯接件一般采用單線普通螺紋, 螺紋升角( ψ=1°42′～3°2′) 小于螺旋副的當量摩擦角( Φv≈6.5°～10.5°) , 聯接螺紋都能滿足自鎖條件。因此, 在靜載荷和工作溫度變化不大時, 螺紋聯接不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷的作用下, 螺旋副間的摩擦力可能減小或瞬時消失。這種現象多次重復后, 就會使聯接松脫, 刮刀導向板出現的問題亦屬于此種情況。螺紋聯接一旦出現松脫, 輕者會影響機器的正常運轉, 重者會造成嚴重事故。由于刮刀導向板并不經常拆裝, 因此為了加強聯接件的強度, 在原有的六個六角頭螺栓與一個平鍵的基礎上, 在合適位置再增加4 個Φ16 的圓柱銷來加強定位, 解決了刮刀導向板與連接圓盤之間實際存在接觸的問題。
4 結論
本文對滾壓式污泥脫水機刮刀導向板在操作條件下的應力和變形進行了有限元分析。結果表明, 對于文中給出的刮刀導向板, 其應力水平和變形量都在合理的范圍之內, 因此刮刀導向板的表面拉毛并非是由于導向板的強度引起, 而是由于載荷沖擊使聯接松脫, 導致導向板與連接圓盤發生接觸磨損, 為防止此類問題出現, 本文還提出了結構改進措施。