往复泵泵阀弹簧运动受力分析

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1、机械管理开发总第153期MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTTotalof1532016年第1期No．12016机械分析与设计往复泵泵阀弹簧运动受力分析肖厚韬。。祝爽。(1．长沙矿山研究院，湖南长沙410012；2．湖南有色重型机器有限责任公司，湖南长沙410205)摘要：往复泵泵阀弹簧是泵阀中的一个重要零件，寿命将影响往复泵的使用。通过利用软件Mat—lab对泵阀的运动特性进行模拟仿真，得出了泵阀(弹簧)的运动规律。在有限元分析软件Ansys中，考虑随时间变化的位移载荷

2、，对弹簧进行静态非线性结构下的应力分析，分析了动态的应力分布情况及弹簧失效原因，并针对弹簧失效原因提出改进，提高了弹簧的使用寿命。关键词：往复泵；弹簧；仿真；有限元中图分类号：TM774文献标识码：A文章编号：1003．773X(2016)01．0057。04DoI：10．16525／i．cnki．cn14．1134／th．2016．01．019引言间的载荷，然后建立弹簧的实体模型，利用有限泵阀弹簧是往复泵泵阀系统中的重要组成元仿真分析求出在时间位移载荷下的工作应部分，性能的好坏直接影响到泵阀系统性能的

3、好力，对仿真数据进行分析后找出失效原因并提坏。泵阀弹簧在泵阀系统中的作用为：当泵阀处出改进方案。于关闭状态时，提供一定的预压力，保证阀芯与1泵阀(弹簧)运动规律的建模阀座之间的密封不泄漏；当泵阀开启时随泵阀运根据结构的不同，往复泵泵阀可以分为平板动并在运动快结束时帮助闭合。由于泵阀运动阀、平板环形阀、锥形阀、球形阀等。文章分析的是周期性的，所以泵阀弹簧在工作中承受交变应是某型号的锥形阀。往复泵的工作原理如图1所力。此外，由于泵阀开启高度有限制，泵阀弹簧示，曲柄通过连杆带动活塞运动，活塞向右运动为的尺寸也

4、受到了极大的约束，泵阀弹簧设计必须吸入冲程。综合考虑弹力、强度和抗疲劳强度。在实际生产1-应用中，泵阀弹簧主要为圆柱螺旋弹簧，针对圆一一．柱螺旋弹簧的设计和校核方法，国内外学者的I＼I．／研究领域主要分为两方面：一是对螺旋弹簧的T优化设计口；二是对弹簧疲劳断裂及疲劳寿命—1一的研究[3-4]。文章主要针对某型号往复泵弹簧寿命短的问题进行分析，采用了理论分析和仿图1往复泵的工作原理真相结合的研究方法。首先根据相关图纸资料关于往复泵泵阀运动特性的分析，可以采用建立泵阀运动系统模型，进行matlab仿真，解出

5、阀盘运动的近似理论或者精确微分方程。由于本泵阀在工作中的时间位移情况即泵阀弹簧随时次分析的往复泵速度较快，故采用精确微分方程求解。收稿日期：2015-11-13阿道尔夫方程忽略了机械阻力和液体摩擦第一作者简介：肖厚韬(1991一)，男，湖南娄底人，力，给出的阀盘受力方程如下：硕士，主要研究方向为磨料水射流技术及其应用。pA一G+(R。+ch)+mh机械管理开发jxglkfbjb@126．corn·58·第31卷式中，P为阀盘受力的系数，通常取1；Ap为阀盘上合初始条件，在matlab中应用四阶龙格一库塔

6、法下压强差；A为阀盘截面积；G为阀盘在工作液中求解。已知高压往复泵阀参数为：冲程90l-rim；往的重力；R为弹簧预紧力；C为弹簧刚度系数；m为复次数268r／min；柱塞直径90mlTl；阀盘质量阀盘质量；h为阀盘升距；为阀的运动加速度。0．75kg；阀弹簧中径34mm，钢丝直径4mlTl，刚度此方程没有考虑魏斯特法尔现象，故引入曲为25000N／m，有效圈数2．5圈，两端各留一圈压柄连杆比为入的液缸排液方程和考虑魏斯特法尔紧磨平；阀弹簧预压力为150N；设定吸入阀开启现象的连续性方程，缸内和阀隙内的

7、排液量可以角为16。。解微分方程得计算结果如图2。分别用下式表示1、—Aroof、sinO+~-sin201，Q=Q土Ah式中：为缸内的排液量；Q为阀隙内的排液量；r为曲柄半径；∞为曲柄角速度；Z为连杆长；为曲柄连杆比，=÷；h为阀的运动速度。由此得阿道尔夫精确微分方程E5]r。+h。+Ah。～￡B厂。+￡C一d)h一0图2阀盘升距A一±塑由图2可知，阀盘升距是一条类似于抛物线的曲线，在曲柄转过16。时泵阀开始上升，然后平B==：滑达到最大值5．057mlTl，之后阀盘开始下降，逐渐关闭。在吸入冲程结束

8、时，泵阀有约0．835mmc一筹的滞后高度。3泵阀弹簧有限元分析。==：有限元法是一种求解数理方程的数值计算方式中：A为活塞的工作面积；0为曲柄转角；￡，e的法，它以弹性理论和计算数学的理论为基础，再结取值与△密切相关，其中Ap>0时，e一1；Ap<合计算机进行求解方程，是求解工程实际问题一种很好的数值分析技术E6]。0时，e一一1；F弹为弹簧力；一，其中为阀的1)有限元模型的建立和导入。为了尽量接近流量系数；

9、0为工作液的密度；a为锥状阀