缸套是煤礦用乳化液泵中用以承受液壓力的主要零件之一。由于它的形狀復雜、壁厚不均勻，而且內部有T形交叉孔，應力集中較大，隨著高壓、大流量乳化液泵的發展，缸套設計中僅采用傳統的解析計算方法進行有限元分析計算，難以確定缸套的危險點與最大應力。實際上，由于缸套承受著高頻交變應力，缸套零件的疲勞破壞是其失效的主要原因，影響著乳化液泵的使用壽命。本文針對GRBl.25/40型乳化液泵中的缸套，應用有限元法確定缸套的危險點、最大應力及應力集中系數，對缸套強度進行靜、動態分析。
      缸套組件結構如圖所示。缸套承受脈動液壓力的作用，吸液過程中，缸套內腔壓力為零，而在排液過程中，內腔承受著設計壓力的作用。由于其結構特征，缸套又直接與吸排液閥組接觸，因此還由于缸套結構對稱，可用對稱的一半缸套進行有限元應力分析，并做如下簡化。1.缸套柱塞密封左段螺紋部分因受力不大，強度無問題，故略去該段，并以集中力代替該部位承受的交變軸向力。2.施加于密封予緊力的彈簧力與液壓力相比甚小，忽略不計。3.以均布載荷代替吸、排液閥座作用在缸套上、下平面上的力及軸向限位螺堵作用在缸套上的力。
運用有限元法對液泵缸套，進行靜強度分析。缸套結構的單元劃分，缸套的應力分析采用了以有限元位移法為基礎的線性結構靜動態分析的程序。用有限元法模擬缸套的具體結構及受力狀況，求得缸套各點的應力。缸套的單元劃分和節點標號示意圖如圖所示。采用周向柱面、徑向及軸向平面來劃分缸套，在這里選用的是節點三維元，其節點可在節點之間變化。為了能精確地反映出應力集中效應，在缸套T形交叉孔處，單元劃分的較密集。缸套對稱中心平面上所有節點在、X方向上位移為零，使用邊界元解決缸套園周方向彈性支承間題，同時設在缸套右端面與螺堵接觸部位單元節點在YM方向上位移為零，這樣便消除了結構的剛體位移。缸套承受內壓、均布力均以而力的形式讀入，缸套左段所受力以作用在各節點上的集中力輸入。缸套結構共劃分為573個節點，一軸向剖面內，缸套對稱中心平面上的應力比圓周方向其它點的應力大。缸套周向應力分布見圖，軸向應力分布如圖所示。經過分析計算可知，缸套處于復雜三向應力狀態。從圖可看出，缸套的最大應力在83節點處，其最大當量應力值為59.3MPa。
      在一個工作周期內，缸套內壓力呈近似矩形波變化，GRB125/4a乳化液泵缸套，其內腔壓力在40MPa之間變化，缸套處于復雜交變應力狀態。1.復雜交變應力狀態下的疲勞強度準則根據畸變能理論，三向應力狀態下的疲勞強度準則(見《彈塑性力學》楊桂通編1982年)為：一個承受單向等幅完全對稱循環加載的零件，根據該零件的具體條件加以修正后的疲勞極限強度為按此計算結果，疲勞的等效靜應力超過了材料，說明圖所示缸套結構在泵壓達40MPa時，其疲勞強度不夠。當泵壓為31.5MPa時，缸套不會有疲勞破壞。
      1.缸套內應力分布很不均勻，最大應力與最小應力相差很大。缸套以T形交叉孔與直徑突變處有較大應力集中。可通過結構改進，改變缸套的裝拆形式減少其高應力區，消除T形交叉孔的應力集中影響。2.缸套的疲勞裂紋起源于內表面，要注意內表面的加工粗糙度。3.缸套疲勞弧度分析結果說明僅采用靜強度分析還不能作為高壓、大流量泵缸套設計的依據，同時應用等效靜強度理論來分析計算其疲勞強度，并應引起重視。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！