基于Solidworks的改進型單向閥有限元分析

張愛迎 夏法鋒

1萊蕪職業技術學院；2東北石油大學機械科學與工程學院

基于Solidworks的改進型單向閥有限元分析

張愛迎1；2 夏法鋒2

1萊蕪職業技術學院；2東北石油大學機械科學與工程學院

利用Solidworks軟件建立一種改進型單向閥的三維模型，并研究其閥芯軸的應力、位移及應變分布狀態。有限元分析結果表明：閥芯軸最大應力出現在閥芯軸的上端面，其值為17.4 MPa；閥芯軸的最大位移出現在芯軸的大端蓋上，其最大位移量為2.24×10-3mm；閥芯軸的最大應變出現在閥芯軸上端面，其最大應變值為3.9×10-5。

Solidworks；閥芯軸；有限元；模型

單向閥是一種使流體朝一個方向流動而不能反向流動的方向控制閥，它在石油開采、機械加工、航空航天等領域應用廣泛。智能提撈抽油機是一種利用油管作為抽油泵筒，采用柔性連續抽油桿，通過電機正轉、反轉實現采油的機械設備。其中，單向閥是智能提撈抽油機主要的輸油部件，在采油過程中起著非常重要的作用。Solidworks是一款三維造型軟件，它具有強大的機械零件設計和分析功能[1-2]。利用Solidworks軟件建立一種改進型單向閥的三維模型，并研究其閥芯軸的應力、位移及應變分布狀態。

1 單向閥裝配三維模型的建立

改進型單向閥主要是由閥芯軸、閥座、閥體及密封圈等組成。其中，閥芯軸是單向閥的主要部件，它起到原油單向流動、閥體密封等功能。為此，利用Solidworks軟件對閥芯軸進行三維實體建模，其結構如圖1所示。

圖1 改進型單向閥裝配體的三維實體模型

2 閥芯軸的有限元分析

利用Solidworks的Simulation模塊對單向閥閥芯軸進行有限元分析[3]，其有限元網格劃分結果如圖2所示。閥芯軸有限元網格劃分的邊界條件為：閥芯軸上端面施加約束，閥芯軸下端面施加壓力2MPa。閥芯軸的單元網格數為11226個，網格節點數為17221個。

圖2 單向閥閥芯軸的網格劃分

在閥芯軸下端面施加載荷后，可得到閥芯軸的應力圖、位移圖及應變圖。從分析結果可知，在閥芯軸階梯處有應力突變，閥芯軸的最大應力出現在閥芯軸上端面，其值為17.4MPa；閥芯軸的最大位移出現在大端蓋上，其最大位移量為2.24×10-3mm；閥芯軸的最大應變出現在閥芯軸上端面，其最大應變值為3.9×10-5。

3 結語

利用Solidworks軟件對單向閥的閥芯軸進行了有限元分析，得到如下結論：閥芯軸最大應力出現在閥芯軸的上端面，其值為17.4MPa；閥芯軸的最大位移出現在芯軸的大端蓋上，其最大位移量為2.24×10-3mm；閥芯軸的最大應變出現在閥芯軸上端面，其最大應變值為3.9×10-5。

[1]馮永江，張峻，時新東，等．新型油井單流閥的研制與應用[J]．石油機械，2008，36（11）：75-761.

[2]纂耀光，劉峰．機械設計基礎[M]．東營：中國石油大學出版社，2006.

[3]關正西．有限元分析的概念與應用[M]．西安：西安交通大學出版社，2009.

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.016