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生裝置，排液閥芯則是柱塞泵的一個核心部件，我們發現國內某品牌的高壓清洗機柱塞泵的排液閥芯經常出現斷裂情況，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行研究。對排液閥芯進行應力分析，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、劃分網格
 
為了計算的準確性，我們對網格的密度進行控制，并使用四面體和五面體單元進行網格劃分，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。
 
經過軟件分析得出，最大的應力出現在排液閥芯吸入腔的V 形的頂點處，最大的應力為558.7 MPa，這樣就可以解釋排液閥芯經常在吸入腔V 形頂點處容易破裂的現象。
 
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。