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针对高压清洗机柱塞泵排液阀芯的有限元分析

时间:2013-02-24     来源:

柱塞泵是高压清洗机的压力发生装置,排液阀芯则是柱塞泵的一个核心部件,我们发现国内某品牌的高压清洗机柱塞泵的排液阀芯经常出现断裂情况,针对这一情况,我们认为有必要对该品牌高压清洗机柱塞泵的排液阀芯进行研究。对排液阀芯进行应力分析,找出排液阀芯的应力分布情况和危险部位,以便根据分析结果改进排液阀芯的设计,从而降低应力最大值,提高高压清洗机的可靠性和使用寿命。
 
阀芯的有限元分析:
 
1、选择材料
 
排液阀芯的三维示意图
 
该品牌高压清洗机柱塞泵的排液阀芯采用马氏体不锈钢3Cr13,弹性模量为219000 MPa,密度为7.75 g/cm3,泊松比为0.3,抗拉强度为735 MPa,屈服强度为540 MPa,断后伸长率大于等于12%,断面收缩率大于等于40%,冲击吸收功大于等于24 J,若为马氏体型退火处理后的硬度值小于等于HBS235。
 
2、划分网格
 
排液阀芯网格划分
 
为了计算的准确性,我们对网格的密度进行控制,并使用四面体和五面体单元进行网格划分,如图:
 
3、约束条件
 
排液阀芯有两种工作状况:一种是吸入工况,吸液阀芯打开,排液阀芯闭合;另一种是排出工况,排液阀芯打开,吸液阀芯闭合。在这两种工况时的约束条件是不一样的,在第一种工况时,阀芯的45°的斜面是与阀座固定住的,在x,y,z 方向上都没有位移;而在第二种工况时,运动至排液阀弹簧座,受排液阀弹簧座控制而停止运动,所以在这一工况时阀芯的圆柱头部表面固定,在x,y,z 方向上都没有位移。
 
4、载荷处理
 
排液阀芯受到的最大工作压力为5 MPa,为了安全性的考虑,取试验压力为7.5 MPa,为最大工作压力的1.5 倍。在工况一时吸入腔压力为0,排出腔的压力为7.5 MPa;当在工况二时,吸入腔的压力和排出腔的压力均为7.5 MPa。在计算时,吸入腔和排出腔的压力都作为受力表面的垂直压力,并且压力都为7.5 MPa。
 
5、结果分析
 
从载荷分析可以得出,工况二比工况一危险程度更高,如果工况二的强度是足够的话,那么工况一一定是安全的。
 
排液阀芯的应力云图
 
经过软件分析得出,最大的应力出现在排液阀芯吸入腔的V 形的顶点处,最大的应力为558.7 MPa,这样就可以解释排液阀芯经常在吸入腔V 形顶点处容易破裂的现象。
 
排液阀芯的位移云图
 
在排液阀芯的位移云图中,可以得出最大的位移出现在排液阀芯吸入腔的前端部位,最大的位移为0.021 mm。
  • 标签:
  • 分析
  • 柱塞泵
  • 排液阀芯
  • 高压清洗机