張愛(ài)迎 夏法鋒

1萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院

基于Solidworks的改進(jìn)型單向閥有限元分析

張愛(ài)迎1；2 夏法鋒2

1萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院

利用Solidworks軟件建立一種改進(jìn)型單向閥的三維模型，并研究其閥芯軸的應(yīng)力、位移及應(yīng)變分布狀態(tài)。有限元分析結(jié)果表明：閥芯軸最大應(yīng)力出現(xiàn)在閥芯軸的上端面，其值為17.4 MPa；閥芯軸的最大位移出現(xiàn)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(yīng)變出現(xiàn)在閥芯軸上端面，其最大應(yīng)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(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)的方向控制閥，它在石油開(kāi)采、機(jī)械加工、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。智能提撈抽油機(jī)是一種利用油管作為抽油泵筒，采用柔性連續(xù)抽油桿，通過(guò)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)采油的機(jī)械設(shè)備。其中，單向閥是智能提撈抽油機(jī)主要的輸油部件，在采油過(guò)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(qiáng)大的機(jī)械零件設(shè)計(jì)和分析功能[1-2]。利用Solidworks軟件建立一種改進(jìn)型單向閥的三維模型，并研究其閥芯軸的應(yīng)力、位移及應(yīng)變分布狀態(tài)。

1 單向閥裝配三維模型的建立

改進(jìn)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(dòng)、閥體密封等功能。為此，利用Solidworks軟件對(duì)閥芯軸進(jìn)行三維實(shí)體建模，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改進(jìn)型單向閥裝配體的三維實(shí)體模型

2 閥芯軸的有限元分析

利用Solidworks的Simulation模塊對(duì)單向閥閥芯軸進(jìn)行有限元分析[3]，其有限元網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2所示。閥芯軸有限元網(wǎng)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(wǎng)格數(shù)為11226個(gè)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為17221個(gè)。

圖2 單向閥閥芯軸的網(wǎng)格劃分

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

3 結(jié)語(yǔ)

利用Solidworks軟件對(duì)單向閥的閥芯軸進(jìn)行了有限元分析，得到如下結(jié)論：閥芯軸最大應(yīng)力出現(xiàn)在閥芯軸的上端面，其值為17.4MPa；閥芯軸的最大位移出現(xiàn)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(yīng)變出現(xiàn)在閥芯軸上端面，其最大應(yīng)變值為3.9×10-5。

[1]馮永江，張峻，時(shí)新東，等．新型油井單流閥的研制與應(yīng)用[J]．石油機(jī)械，2008，36（11）：75-761.

[2]纂耀光，劉峰．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]．東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006.

[3]關(guān)正西．有限元分析的概念與應(yīng)用[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，2009.

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.016