針對高壓清洗機柱塞泵排液閥芯的有限元分析

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核心部件，我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)某品牌的高壓清洗機柱塞泵的排液閥芯經(jīng)常出現(xiàn)斷裂情況，針對這一情況，我們認(rèn)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(yīng)力分析，找出排液閥芯的應(yīng)力分布情況和危險部位，以便根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)排液閥芯的設(shè)計，從而降低應(yīng)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(zhǔn)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，排液閥芯閉合；另一種是排出工況，排液閥芯打開，吸液閥芯閉合。在這兩種工況時的約束條件是不一樣的，在第一種工況時，閥芯的45°的斜面是與閥座固定住的，在x，y，z 方向上都沒有位移；而在第二種工況時，運動至排液閥彈簧座，受排液閥彈簧座控制而停止運動，所以在這一工況時閥芯的圓柱頭部表面固定，在x，y，z 方向上都沒有位移。

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。在工況一時吸入腔壓力為0，排出腔的壓力為7.5 MPa；當(dāng)在工況二時，吸入腔的壓力和排出腔的壓力均為7.5 MPa。在計算時，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(jié)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，那么工況一一定是安全的。
 
經(jīng)過軟件分析得出，最大的應(yīng)力出現(xiàn)在排液閥芯吸入腔的V 形的頂點處，最大的應(yīng)力為558.7 MPa，這樣就可以解釋排液閥芯經(jīng)常在吸入腔V 形頂點處容易破裂的現(xiàn)象。
 
在排液閥芯的位移云圖中，可以得出最大的位移出現(xiàn)在排液閥芯吸入腔的前端部位，最大的位移為0.021 mm。