筒子染色机染缸的有限元分析与可靠性设计

筒子染色机是一种纱线染色机，通过循环泵控制染液在染缸内的循环流动来对纱锭进行染色。其主要由染缸、纱架、循环泵、热交换装置和控制系统组成，其中染缸是由缸盖和缸身组成的一种齿啮式快开压力容器。作为筒子染色机的主要承压结构，染缸的安全可靠性受到结构设计、制造、工艺、原材料性能、管理以及工作环境等多方面因素的影响。缸盖的快开结构和缸身封头作为染缸的两个关键承压部件，对染缸的安全可靠性起着决定性作用。本文以GF241XL-21型筒子染色机染缸为研究对象，利用理论分析和有限元仿真相结合的方法，研究染缸快开结构啮合部位的受力和接触情况，并对碟形封头进行参数化建模和可靠性优化设计，以此提高筒子染色机的安全性和可靠性。论文的主要工作如下：首先，概述了论文的研究背景和意义，介绍了压力容器的分类、用途和设计要求，分析了压力容器的主要失效情况，综述了压力容器的设计方法以及国内外研究现状，介绍了压力容器设计的基础理论，提出了本文的主要研究内容。其次，介绍了染缸的材料要求和计算工况等，确定了该染缸的材料以及计算所需的相关参数；建立了染缸缸盖快开结构的啮合接触力学模型，并基于此模型分析了快开结构的应力分布；依据压力容器设计和计算的相关标准，对理论计算结果进行了判定，符合设计规范要求。第三，介绍了有限元软件ANSYS进行接触分析的步骤和方法；利用ANSYSWorkbench软件建立快开结构啮合部位的有限元接触模型，并对模型进行了仿真分析；确定了快开结构的危险截面，并对危险截面处的应力进行等效线性化处理，根据压力容器的应力分类方法进行了校核；研究了啮合接触过程中的接触状态和滑移情况，为齿啮式快开结构的设计提供了依据。