筒子染色機是一種紗線染色機，通過循環(huán)泵控制染液在染缸內(nèi)的循環(huán)流動來對紗錠進行染色。其主要由染缸、紗架、循環(huán)泵、熱交換裝置和控制系統(tǒng)組成，其中染缸是由缸蓋和缸身組成的一種齒嚙式快開壓力容器。作為筒子染色機的主要承壓結(jié)構(gòu)，染缸的安全可靠性受到結(jié)構(gòu)設計、制造、工藝、原材料性能、管理以及工作環(huán)境等多方面因素的影響。缸蓋的快開結(jié)構(gòu)和缸身封頭作為染缸的兩個關(guān)鍵承壓部件，對染缸的安全可靠性起著決定性作用。本文以GF241XL-21型筒子染色機染缸為研究對象，利用理論分析和有限元仿真相結(jié)合的方法，研究染缸快開結(jié)構(gòu)嚙合部位的受力和接觸情況，并對碟形封頭進行參數(shù)化建模和可靠性優(yōu)化設計，以此提高筒子染色機的安全性和可靠性。論文的主要工作如下：首先，概述了論文的研究背景和意義，介紹了壓力容器的分類、用途和設計要求，分析了壓力容器的主要失效情況，綜述了壓力容器的設計方法以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了壓力容器設計的基礎(chǔ)理論，提出了本文的主要研究內(nèi)容。其次，介紹了染缸的材料要求和計算工況等，確定了該染缸的材料以及計算所需的相關(guān)參數(shù)；建立了染缸缸蓋快開結(jié)構(gòu)的嚙合接觸力學模型，并基于此模型分析了快開結(jié)構(gòu)的應力分布；依據(jù)壓力容器設計和計算的相關(guān)標準，對理論計算結(jié)果進行了判定，符合設計規(guī)范要求。第三，介紹了有限元軟件ANSYS進行接觸分析的步驟和方法；利用ANSYSWorkbench軟件建立快開結(jié)構(gòu)嚙合部位的有限元接觸模型，并對模型進行了仿真分析；確定了快開結(jié)構(gòu)的危險截面，并對危險截面處的應力進行等效線性化處理，根據(jù)壓力容器的應力分類方法進行了校核；研究了嚙合接觸過程中的接觸狀態(tài)和滑移情況，為齒嚙式快開結(jié)構(gòu)的設計提供了依據(jù)。