基于有限元分析的涂油機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

靜電涂油機(jī)是將防銹油高質(zhì)量涂覆在鋼材表而以防銹蝕的關(guān)鍵設(shè)備。據(jù)研究結(jié)果表明：靜電涂油機(jī)的涂油質(zhì)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(jī)涂油室結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，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(jī)涂油室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際工作條件，建立涂油室的三維有限元分析模型，并從優(yōu)化的角度來探討涂油室參數(shù)的合理選擇，優(yōu)化靜電涂油機(jī)涂油室的幾何形狀，為靜電涂油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。
靜電涂油機(jī)涂油室安裝在鋼材精整作業(yè)線上，對(duì)成品帶材或板材涂覆防銹油，是涂油機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，涂油機(jī)的功能和涂油質(zhì)量主要由涂油室確定。封閉的涂油室內(nèi)裝有涂油刀梁、刀梁移出機(jī)構(gòu)以及保證鋼材順利通過的導(dǎo)板裝置和絕緣、防護(hù)裝置等。而在這之中涂油刀梁又是靜電涂油機(jī)的關(guān)鍵部件，它直接影響著涂油質(zhì)量。
按照靜電涂油機(jī)涂油室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際工作條件，建立涂油室的三維電場模型，將對(duì)涂油室結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析起著至關(guān)重要的作用。一個(gè)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(shí)體單元PLANE 121和三維實(shí)體單元SOLD 122單元；
(2)定義材料參數(shù)：在材料屬性的定義中，經(jīng)過簡化模型后，還剩下刀梁、鋼板、噴涂介質(zhì)、空氣介質(zhì)等等。參考以前的研究，初步設(shè)定刀梁介電常數(shù)為2鋼板介電常數(shù)為2噴涂區(qū)域介質(zhì)的介電常數(shù)為5內(nèi)絕緣和外絕緣均為1000Q。
(3)參數(shù)化建模：為了得到更好的噴涂精度和噴涂均勻性，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，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(jìn)行分析，同時(shí)涂油室的三維模型還應(yīng)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(shù)化模型；
(4)網(wǎng)格的劃分：涂油室選用電場單元，只能采用智能網(wǎng)格進(jìn)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(fù)7萬伏到負(fù)4萬伏)，鋼板選用0伏電壓，在二次霧化位置加上負(fù)2萬伏電壓即可。在完成加載后進(jìn)行求解，即可完成涂油機(jī)高壓靜電場模型的建模計(jì)算過程；
從以上云圖我們不難看出，整個(gè)涂油室電勢和電場強(qiáng)度矢量橫向成軸向?qū)ΨQ分布，與實(shí)際情況完全相同，因此在研究橫向問題時(shí)，可以只考慮其中一半的區(qū)域。此外，通過有限元分析對(duì)靜電涂油機(jī)涂油室的電場模擬并分析，在其它各個(gè)條件不變的情況下，有如下結(jié)論：①電場強(qiáng)度隨刀口長度的增加而呈增加趨勢，當(dāng)增加到某值時(shí)就基本保持不變；②電場強(qiáng)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(wěn)定。③隨著刀梁距離鋼板距離的增加，電場強(qiáng)度隨之下降。
為了保證噴涂精度，涂油室的結(jié)構(gòu)參數(shù)必須合理設(shè)計(jì)，從以上涂油室的三維電場分析可以看出：在靜電涂油機(jī)參數(shù)優(yōu)化的過程中，涂油室結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。涂油室的結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化會(huì)引起電場分布的改變，進(jìn)而影響整個(gè)噴涂效果。在建立優(yōu)化參數(shù)模型的過程之中根據(jù)涂油室有限元分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)化變化時(shí)電場強(qiáng)度變化情況可知，涂油室結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題可歸結(jié)為：在滿足最大場強(qiáng)和實(shí)際設(shè)計(jì)情況的前提下，優(yōu)化靜電涂油機(jī)涂油室結(jié)構(gòu)的幾何形狀。從靜電涂油機(jī)涂油室參數(shù)變化中不難看出對(duì)涂油室電勢和電場強(qiáng)度影響較大的參數(shù)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(xiàn)以上部涂油室的結(jié)構(gòu)為例，具體說明涂油室結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化問題。

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