0 引言
滚压式污泥脱水机(又称旋转挤压式污泥脱水机)是参照国外最新技术自行研制的过滤分离机械, 是新型的环保装置, 具有结构简单紧凑、处理量大、脱水性能好、能耗低、操作空间密闭、维修管理容易等优点。滚压式污泥脱水机可用于污水处理, 也可用于食品工业和医药工业的固液分离, 有广泛的用途和发展前景。我公司完成了滚压式污泥脱水机的设计、制造、安装和机器性能试验, 并根据运转情况, 对所出现的问题进行了改进。
1 刮刀导向板的结构与作用滚压式污泥脱水机的结构示意图见图1。滚压式污泥脱水机由格栅、滤网、主轴、连接圆盘、气动挡门、刮刀导向板等零部件组成。作为滚压式污泥脱水机重要部件之一, 刮刀导向板由导向块、刮刀和孔板条三部分( 材质均为0Cr19Ni9) 组成, 用沉头螺钉、销钉联接。它将物料入口与滤饼出口隔开, 形成一个约为270 度的C 型通道, 部件中的刮刀对格栅上的筛网进行刮料挤压, 保持其清洁度以提高生产率。

2 刮刀导向板的有限元分析
有限元分析直接采用ANSYS 建模并进行处理网格划分采用8 节点的SOLID45 实体单元, 每个单元有沿X、Y 和Z 三个方向平移的自由度。刮刀导向板的有限元模型包含134 841 个实体单元, 33 055 个节点。
2.1 边界条件的确定
刮刀导向板通过六个六角头螺栓及一个平键与机器外壳联接, 故对六个螺栓孔内表面进行全约束。
2.2 载荷分析刮刀导向板主要受自重以及C 型通道内的出口压力两种载荷。组件自重: 0Cr19Ni9 的密度为7 930 kg/m3, 可利用ANSYS 建模之后算出刮刀导向板质量m=55.215kg;出口压力: 由于出口压力可以根据滤饼不同的含固率进行人工控制, 而一般设定压力在0.2～0.8 MPa,考虑实际安全因素, 故取1 MPa 进行校核。
2.3 计算结果及分析
2.3.1 刚度分析按照设计要求, 刮刀导向板与连接圆盘之间的间隙值为0.5 mm, 而刮刀导向板端部的最大位移( 如图2) 为0.121 mm, 小于设定值, 因此刚度满足设计要求。
2.3.2 强度分析
刮刀导向板材料为0Cr19Ni9, 其屈服极限δs=210MPa, 取安全系数S 为1.5, 则许用屈服强度[δ]=δs/1.5=140 MPa。刮刀导向板的最大应力集中分布在螺栓孔边缘, 最大米塞斯等效应力
δvonMises=39.2 MPa( 如图3) 。因其远小于[δ], 故强度满足设计要求。

3 实际存在问题、原因及改进措施
在滚压式污泥脱水机实际运行中, 刮刀导向板却存在内圆表面拉毛的问题( 如图4) , 显然刮刀导向板与连接圆盘存在相互接触摩损所致。通过有限元分析,可以知道组件自身的刚度与强度均满足设计要求, 因此出现这种情况的原因就是定位刮刀导向板与连接圆盘的联接件固定强度不够———即六角头螺栓螺纹联接和平键联接发生松脱。螺纹联接件一般采用单线普通螺纹, 螺纹升角( ψ=1°42′～3°2′) 小于螺旋副的当量摩擦角( Φv≈6.5°～10.5°) , 联接螺纹都能满足自锁条件。因此, 在静载荷和工作温度变化不大时, 螺纹联接不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷的作用下, 螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。这种现象多次重复后, 就会使联接松脱, 刮刀导向板出现的问题亦属于此种情况。螺纹联接一旦出现松脱, 轻者会影响机器的正常运转, 重者会造成严重事故。由于刮刀导向板并不经常拆装, 因此为了加强联接件的强度, 在原有的六个六角头螺栓与一个平键的基础上, 在合适位置再增加4 个Φ16 的圆柱销来加强定位, 解决了刮刀导向板与连接圆盘之间实际存在接触的问题。
4 结论
本文对滚压式污泥脱水机刮刀导向板在操作条件下的应力和变形进行了有限元分析。结果表明, 对于文中给出的刮刀导向板, 其应力水平和变形量都在合理的范围之内, 因此刮刀导向板的表面拉毛并非是由于导向板的强度引起, 而是由于载荷冲击使联接松脱, 导致导向板与连接圆盘发生接触磨损, 为防止此类问题出现, 本文还提出了结构改进措施。