閥盤在沖擊閥座的過程中,所承受最大局部集中0.955×109Pa。根據(jù)泵閥疲勞壽命曲線,對應(yīng)的脈動循環(huán)周次為 2.1×105,即泵閥的使用壽命約為 25h~30h。由于以上簡化模型求解時忽略了實際工況中存在的兩個因素,因此得出的結(jié)果與實際泵閥壽命可能略有出入。現(xiàn)對這兩因素分析如下:
一方面,在泵閥關(guān)閉階段簡化模型和泵閥沖擊過程有限元動力學(xué)模型中認(rèn)為,閥盤在高度 5.6mm處,由于強大壓力推動快速下落,從而完全忽略水力摩阻和導(dǎo)軌摩阻。在此階段閥盤受力平衡方程中,由于阻力忽略,求出閥盤下落時的速度與加速度比實際情況下的速度與加速度大。在實際工況下,閥盤從最高位置到與閥座接觸,時間極短。閥盤運動下方的液體受到壓縮變得相對稠密(密度增大),而閥盤上方的液體又會變得相對稀?。芏葴p?。?,液體會由稠密的地方向稀薄的地方流動,由于快速運動的閥盤上方產(chǎn)生了液體稀薄區(qū)域,閥盤下方的液體就會極力繞過閥盤向閥盤上方流動,并帶動四周的液體快速填補這一區(qū)域,這樣便形成了流體渦旋。有渦旋的地方液體運動加速,壓強會進一步減小,因此,對于快速運動的閥盤,下方受到的液體壓強遠遠大于上方渦旋處的壓強,上下壓強差對閥盤產(chǎn)生了一個向上的阻力,這個阻力跟渦旋有關(guān),定義為渦旋阻力。在流體中運動的閥盤所受的阻力包括摩擦阻力和渦旋阻力,渦旋阻力要比摩擦阻力大得多,所以在求解時不叮忽略。
另一方面,在 ANSYS 模擬時也并未考慮密封圈的緩沖作用。密封圈工作錐面的錐度一般與閥盤(或閥座)錐度相同,而且前者突出于閥盤錐面以外。這樣當(dāng)閥盤下落時,密封圈首先與閥座接觸,對閥盤與閥座金屬面之間產(chǎn)生的剛性接觸起緩沖作用。同時,由于密封圈首先與閥座接觸,在閥盤與閥座之間密封液體,這樣在閥盤與閥座金屬尚未接觸之前便在金屬間形成“液墊”,從而可以減少閥最后關(guān)閉時的沖擊。
綜上分析可知,模擬求出的集中應(yīng)力與實際有一定差距。為了使結(jié)果更接近于實際數(shù)據(jù),可在該模型求出的應(yīng)力基礎(chǔ)上,再乘一個考慮實際阻力和緩沖的折減系數(shù),該系數(shù)可通過實驗測量得出。假設(shè)阻力折減系數(shù)為φf,緩沖折減系數(shù)為φt,則總折減系數(shù)φ=φf×φt,實際應(yīng)力σ=φ×σˊ(σˊ為理論應(yīng)力),然后參照泵閥疲勞壽命圖,可以求得泵閥的使用壽命。需要強調(diào)的是,用理論應(yīng)力得出的泵閥壽命具有一定的安全余量,可以為現(xiàn)場人員及時更換泵閥提供參考。