引言

板框式壓濾機(jī)是一種問歇操作的加壓過濾設(shè)備，由交替的方形濾框和濾板組成，框與板之間緊夾著濾布。當(dāng)主油缸活塞杠伸出、壓緊濾板并形成全部濾室，每個濾框被左右兩塊濾板夾住，形成一組濾室。廣泛應(yīng)用于冶金、化工、制藥、煤炭等工業(yè)部門，以濾布為過濾介質(zhì)，作為對含有不同濃度過濾介質(zhì)的固液二相分離。濾板是板框式壓濾機(jī)主要的過濾部件，由于板框式壓濾機(jī)是間歇操作的，需要不斷的加載和卸載，使得濾板承受疲勞載荷，加之承載環(huán)境較差，濾板在使用中，在不同程度上存在斷裂現(xiàn)象，即“炸板”。

炸板的主要原因有以下幾個方面

1)中央進(jìn)料口堵塞，造成板的兩側(cè)壓力加大引起板彎曲。

2)除去生產(chǎn)質(zhì)量不合格的因素外，在濾板的設(shè)計(jì)上存在諸如結(jié)構(gòu)尺寸不合理不能滿足承載要求，凸臺和開孑L的位置不當(dāng)引起局部的應(yīng)力集中等問題。

3)壓濾機(jī)整體結(jié)構(gòu)的因素。例如大梁承載后因剛度不夠而容易向下彎曲，這樣濾板就會受力不均，且下部可能出現(xiàn)張口，過濾時漏液，使得濾板兩側(cè)形成壓差。

4)生產(chǎn)過程中具體操作不當(dāng)。例如操作人員違反操作規(guī)程，以及卸渣時對濾板的檢查清理不夠，都容易造成濾板問壓差過大。從而造成斷裂損壞。

壓濾板的受力分析

雖然導(dǎo)致濾板斷裂的原因很多，但其根本原因是濾板所承受的兩邊壓力不相同，出現(xiàn)了壓力差，此時濾板就會受到側(cè)壓力。濾板受到了側(cè)壓力，就會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，如果內(nèi)應(yīng)力大于濾板材料的許用應(yīng)力時，濾板中間部位的板芯就會開裂損壞。本文采用常規(guī)經(jīng)驗(yàn)公式、彈性力學(xué)的變分法和使用有限元軟件ANsYA9．0分別對壓濾板的受力情況進(jìn)行分析和比較。

濾板受力情況分析

濾板的四側(cè)邊框較厚，中間部位是帶有淺槽(瀝水槽)的板芯，板芯厚度比板框小，每塊濾板被左右兩塊濾板框緊緊夾住，對于濾板中間部位的板芯來說，可視為周邊固定。當(dāng)濾板受到側(cè)壓力時，濾板材料為聚丙烯，其剛度、強(qiáng)度均優(yōu)于其它塑料，且具有無毒、質(zhì)量輕、耐酸堿等特點(diǎn)。由生產(chǎn)廠家對其進(jìn)行物理性能與力學(xué)性能測試…，密度為0．9989/m3，硬度為4．7N/mm2，拉伸強(qiáng)度為35．6MPa，彈性模量為1700MPa，泊松比為0．4，屈服極限38MPa。

用簡化公式計(jì)算

濾板的最大應(yīng)力和最大擾度從壓力平衡的觀點(diǎn)來講，壓濾機(jī)濾板兩側(cè)受力應(yīng)當(dāng)相等，但實(shí)際上并不如此，尤其在壓濾機(jī)剛開始時，濾板兩側(cè)所受壓力不相同，存在有側(cè)壓力，則濾板所受的彎曲載荷為濾板兩側(cè)的壓強(qiáng)。

用變分法計(jì)算

板的擾度壓濾板的厚度尺寸比板的長度與寬度尺寸小很多，屬于薄板范疇，可以用彈性力學(xué)方法進(jìn)行分析。

有限元分析

由于軟件與Ansys有限元軟件具有無逢連接功能，所以濾板的模型在Pr0/e中建立。然后倒入Ansys中建立濾板的有限元模型。采用solid單元對濾板進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在建立有限元模型的過程中，忽略了對計(jì)算結(jié)果影響不大的結(jié)構(gòu)特征。

使用Ansys9.0求解后的濾板應(yīng)力云圖，從圖中可知最大應(yīng)力發(fā)生在濾板兩側(cè)，這是由于側(cè)壓力產(chǎn)生的彎曲造成的。最大應(yīng)力為11.8MPa。濾板的最大位移發(fā)生在濾板的中央，最大擾度為17.6mm。

結(jié)論

1.上述三種方法對濾板進(jìn)行力學(xué)分析都是可行的：

(1)簡化公式計(jì)算比較快捷，但對實(shí)際情況簡化較多，有較大誤差。

(2)彈性力學(xué)變分法求解起來比較困難，并且它要求濾板的形狀規(guī)則，計(jì)算結(jié)果是比較精確的。但是遇到形狀復(fù)雜的濾板，彈性力學(xué)的方法便無能為力了。

(3)用有限元軟件Ansys對濾板進(jìn)行力學(xué)分析是比較好的一種方法，可以計(jì)算較復(fù)雜的情況。但是邊界條件很難把握，并且網(wǎng)格質(zhì)量都會影響計(jì)算結(jié)果。

2.簡化公式法計(jì)算出的最大應(yīng)力和最大變形量偏大，有限單元法計(jì)算結(jié)果偏小，變分法的計(jì)算結(jié)果居中，但是三種方法對濾板的計(jì)算結(jié)果是比較接近的，變形量的最大偏差小于10％，以上三種方法可以互相驗(yàn)證，根據(jù)濾板的實(shí)際情況靈活應(yīng)用。

3.為了防止壓濾板損壞可采用以下具體措施

(1)設(shè)計(jì)濾板厚度及選用材料時，要充分考到側(cè)壓力的影響；

(2)提高濾框?yàn)V板的加工質(zhì)量，降低各濾室空間差異；

(3)濾液在過濾時須攪拌均勻；

(4)在卸料時要及時把濾渣清除干凈。

4.對濾板采用不同方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算及其比較探討，可為壓濾機(jī)設(shè)計(jì)、制作提供較實(shí)用的設(shè)計(jì)依據(jù)，也為今后的進(jìn)一步研究奠定了一定的基礎(chǔ)。