針對高壓清洗機柱塞泵排液閥芯的有限元分析
時(shí)間:2013-02-24 15:29:15作者:LeeZhou來(lái)源:德高潔清潔設備分享到:QQ空間新浪微博騰訊微博人人網(wǎng)微信
柱塞泵是高壓清洗機的壓力發(fā)生裝置,排液閥芯則是柱塞泵的一個(gè)核心部件,我們發(fā)現國內某品牌的高壓清洗機柱塞泵的排液閥芯經(jīng)常出現斷裂情況,針對這一情況,我們認為有必要對該品牌高壓清洗機柱塞泵的排液閥芯進(jìn)行研究。對排液閥芯進(jìn)行應力分析,找出排液閥芯的應力分布情況和危險部位,以便根據分析結果改進(jìn)排液閥芯的設計,從而降低應力最大值,提高高壓清洗機的可靠性和使用壽命。
閥芯的有限元分析:
1、選擇材料
該品牌高壓清洗機柱塞泵的排液閥芯采用馬氏體不銹鋼3Cr13,彈性模量為219000 MPa,密度為7.75 g/cm3,泊松比為0.3,抗拉強度為735 MPa,屈服強度為540 MPa,斷后伸長(cháng)率大于等于12%,斷面收縮率大于等于40%,沖擊吸收功大于等于24 J,若為馬氏體型退火處理后的硬度值小于等于HBS235。
2、劃分網(wǎng)格
為了計算的準確性,我們對網(wǎng)格的密度進(jìn)行控制,并使用四面體和五面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,如圖:
3、約束條件
排液閥芯有兩種工作狀況:一種是吸入工況,吸液閥芯打開(kāi),排液閥芯閉合;另一種是排出工況,排液閥芯打開(kāi),吸液閥芯閉合。在這兩種工況時(shí)的約束條件是不一樣的,在第一種工況時(shí),閥芯的45°的斜面是與閥座固定住的,在x,y,z 方向上都沒(méi)有位移;而在第二種工況時(shí),運動(dòng)至排液閥彈簧座,受排液閥彈簧座控制而停止運動(dòng),所以在這一工況時(shí)閥芯的圓柱頭部表面固定,在x,y,z 方向上都沒(méi)有位移。
4、載荷處理
排液閥芯受到的最大工作壓力為5 MPa,為了安全性的考慮,取試驗壓力為7.5 MPa,為最大工作壓力的1.5 倍。在工況一時(shí)吸入腔壓力為0,排出腔的壓力為7.5 MPa;當在工況二時(shí),吸入腔的壓力和排出腔的壓力均為7.5 MPa。在計算時(shí),吸入腔和排出腔的壓力都作為受力表面的垂直壓力,并且壓力都為7.5 MPa。
5、結果分析
從載荷分析可以得出,工況二比工況一危險程度更高,如果工況二的強度是足夠的話(huà),那么工況一一定是安全的。
經(jīng)過(guò)軟件分析得出,最大的應力出現在排液閥芯吸入腔的V 形的頂點(diǎn)處,最大的應力為558.7 MPa,這樣就可以解釋排液閥芯經(jīng)常在吸入腔V 形頂點(diǎn)處容易破裂的現象。
在排液閥芯的位移云圖中,可以得出最大的位移出現在排液閥芯吸入腔的前端部位,最大的位移為0.021 mm。
閥芯的有限元分析:
1、選擇材料
該品牌高壓清洗機柱塞泵的排液閥芯采用馬氏體不銹鋼3Cr13,彈性模量為219000 MPa,密度為7.75 g/cm3,泊松比為0.3,抗拉強度為735 MPa,屈服強度為540 MPa,斷后伸長(cháng)率大于等于12%,斷面收縮率大于等于40%,沖擊吸收功大于等于24 J,若為馬氏體型退火處理后的硬度值小于等于HBS235。
2、劃分網(wǎng)格
為了計算的準確性,我們對網(wǎng)格的密度進(jìn)行控制,并使用四面體和五面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,如圖:
3、約束條件
排液閥芯有兩種工作狀況:一種是吸入工況,吸液閥芯打開(kāi),排液閥芯閉合;另一種是排出工況,排液閥芯打開(kāi),吸液閥芯閉合。在這兩種工況時(shí)的約束條件是不一樣的,在第一種工況時(shí),閥芯的45°的斜面是與閥座固定住的,在x,y,z 方向上都沒(méi)有位移;而在第二種工況時(shí),運動(dòng)至排液閥彈簧座,受排液閥彈簧座控制而停止運動(dòng),所以在這一工況時(shí)閥芯的圓柱頭部表面固定,在x,y,z 方向上都沒(méi)有位移。
4、載荷處理
排液閥芯受到的最大工作壓力為5 MPa,為了安全性的考慮,取試驗壓力為7.5 MPa,為最大工作壓力的1.5 倍。在工況一時(shí)吸入腔壓力為0,排出腔的壓力為7.5 MPa;當在工況二時(shí),吸入腔的壓力和排出腔的壓力均為7.5 MPa。在計算時(shí),吸入腔和排出腔的壓力都作為受力表面的垂直壓力,并且壓力都為7.5 MPa。
5、結果分析
從載荷分析可以得出,工況二比工況一危險程度更高,如果工況二的強度是足夠的話(huà),那么工況一一定是安全的。
經(jīng)過(guò)軟件分析得出,最大的應力出現在排液閥芯吸入腔的V 形的頂點(diǎn)處,最大的應力為558.7 MPa,這樣就可以解釋排液閥芯經(jīng)常在吸入腔V 形頂點(diǎn)處容易破裂的現象。
在排液閥芯的位移云圖中,可以得出最大的位移出現在排液閥芯吸入腔的前端部位,最大的位移為0.021 mm。
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