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技術(shù)文章

平板閘閥閘板選擇

閱讀:1022發(fā)布時(shí)間:2014-6-24

    閘板是平行閘閥zui重要的零件,閘板在開啟關(guān)閉的過程中受到關(guān)閉過程流體對(duì)閘閥的沖擊作用以及閥桿對(duì)閘閥拉伸作用,因此,對(duì)閥板進(jìn)行有限元力學(xué)分析,了解其應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律,對(duì)改善閘板受力情況,改進(jìn)其結(jié)構(gòu)以及提高

    閘板是平行閘閥zui重要的零件,閘板在開啟關(guān)閉的過程中受到關(guān)閉過程流體對(duì)閘閥的沖擊作用以及閥桿對(duì)閘閥拉伸作用,因此,對(duì)閥板進(jìn)行有限元力學(xué)分析,了解其應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律,對(duì)改善閘板受力情況,改進(jìn)其結(jié)構(gòu)以及提高閘板的工作可靠性和使用壽命具有重要意義。
    1 閘板的三維有限元模型
    由于閘板模型結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,對(duì)其整體結(jié)構(gòu)采用C3D4四面體單元對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分,其中在壓力作用面上進(jìn)行了細(xì)化,共劃分18981個(gè)節(jié)點(diǎn),96777個(gè)單元,其網(wǎng)格模型見圖1所示。


圖1 閥板三維實(shí)體單元網(wǎng)格模型


    2 初始邊界條件
    根據(jù)閥板的實(shí)際工作情況,閘板在全關(guān)狀態(tài)下的受力zui大,達(dá)到了105MPa,且其約束主要時(shí)通過閥座與閘板之間的摩擦力來進(jìn)行固定,因此,對(duì)閥座與閘閥之間的接觸面進(jìn)行了位移全約束,見圖2所示。


圖2 施加約束后的閥板


    3 載荷和工況
    由于閘板在全關(guān)時(shí),受到了105MPa的壓力,并且在關(guān)閉的瞬間,閘板上端受到105Mpa壓力產(chǎn)生的摩擦力,阻止閘板的移動(dòng),因此,本論述對(duì)閘板施加兩種載荷:一是作用在圓域上的105MPa的壓力;二是絲桿螺母?jìng)鬟f給閘板的拉力,其受力情況見圖3所示。


圖3 施加載荷后的閥板


    4 有限元計(jì)算結(jié)果及分析
    通過對(duì)閘板在全關(guān)狀態(tài)工況下的分析,確定此時(shí)閘板處的所受到的壓力zui大,并以此作為邊界條件對(duì)閘板的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行有限分析,見圖4所示。


圖4 閥板整體的Mises應(yīng)力圖


    為了能更準(zhǔn)確的觀察閘板內(nèi)的應(yīng)力狀況,取閘板的半剖圖(見圖5所示)以及局部放大圖(見圖6所示),以便能直觀的觀察閘板內(nèi)的應(yīng)力分布情況。


圖5 閥板內(nèi)部Mises應(yīng)力圖


圖6 閥板位移應(yīng)力圖


    通過以上的分析可知,整個(gè)閘板所受到的應(yīng)力主要在集中在26-220MPa范圍內(nèi),且大部分都處在低應(yīng)力區(qū),而在梯形螺紋孔處和加潤(rùn)滑脂孔以及閘板安裝絲桿螺母處出現(xiàn)應(yīng)力集中,其應(yīng)力集中處zui大應(yīng)力值為281.7MPa。
    為了能夠更好的了解閘板的應(yīng)力分布情況,通過取應(yīng)力集中區(qū)域三種不同的路徑a、b、c(見圖7所示),來對(duì)路徑上的應(yīng)力大小進(jìn)行分析。


圖7 三種不同路徑a、b、c


    通過選取以上應(yīng)力集中處的三種不同路徑,取出各路徑上的應(yīng)力值,從而能夠更好的了解軸承支架處的應(yīng)力載荷情況,將其繪制成一條曲線,進(jìn)而將集中處的應(yīng)力分布形象地表示出來,見圖8、9、10所示。


圖8 路徑a下的應(yīng)力曲線和位移曲線


圖9 路徑b下的應(yīng)力曲線和位移曲線


圖10 路徑c下的應(yīng)力曲線和位移曲線


    從以上三種不通過路徑下的應(yīng)力曲線圖可以看出,這些集中區(qū)域的應(yīng)力大都在200MPa以上,屬于閘板所受應(yīng)力值較大區(qū)域,并在路徑c處產(chǎn)生了應(yīng)力集中zui大值為281MPa。閘板選材為50CrVA,其相關(guān)參數(shù)為:σb=1280MPa=σs1130MPa,取σb/4.25和σs/2.3中的較小者,得到許用應(yīng)力[σ]為301.17MPa>281MPa。
    5 結(jié)束語(yǔ)
    在梯形螺紋孔處和加潤(rùn)滑脂孔以及閘板安裝絲桿螺母處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中,其應(yīng)力集中處zui大應(yīng)力值為281.7MPa。路徑c處產(chǎn)生了應(yīng)力集中zui大值為281MPa。閘板的設(shè)計(jì)能滿足工況的要求。也為今后閘板設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)意義。


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