液压集成块的有限元结构分析

　　液压集成块在液压行业得到广泛应用,但是集成块内部孔道繁多,空间纵横交错,孔之间还有干涉限制,因此为了使设计出来的集成块能可靠的工作,应该对其进行力学分析。作者针对一发电设备企业设计出的水轮机电液调速系统的液压集成块进行了AN-SYS静力分析,为集成块的可靠工作提供了依据,并且为后续的集成块优化设计提供了条件。同时,还研究了45钢正火条件下集成块两孔道间在应力极限下的理论最小距离,为集成块孔道间距的设计提供参考。

　　1　液压系统工作原理

　　图1是该液压系统工作原理简图,液压集成块集成了4个阀,一个三位四通电磁换向阀,两个电磁球阀,一个液压锁。作者把液压系统的工作过程分为4个工况:快进,快退,慢进,慢退。其中,快进和快退是用来开机和关机的,慢进和慢退是在实际频率偏离额定频率一定值时用来调节水轮机的导页开度的,慢进是增加导叶的开度,增加水流对转子的冲力,使水轮机的转速加大,从而使交流电的频率增加;慢退时情况正好相反。

　　2　集成块静力学分析

　　由于液压集成块只是长方体及孔路结构,用AN-SYS建立几何模型相对简单,因此作者直接在ANSYS中建立几何实体模型并进行网格划分,从而避免了从外部导入模型容易出错的问题。

　　2·1　液压集成块几何模型的简化

　　该集成块底面通过4个螺栓固定安装,各阀的螺栓孔最终会装上螺栓与阀连接,考虑螺栓和液压集成块具有近似的弹性模量,因此把所有螺栓孔省略掉。各工艺孔用螺塞封堵,所以也省略掉近似螺塞的长度。

　　2·2　有限元模型

　　液压集成块实体模型较复杂,如果用六面体solid95单元划分网格的话,很可能因为模型的复杂性,六面体划分不出来,而全部或部分退化成四面体单元,这样会严重影响计算精度。因此通过比较,综合考虑现有的可利用资源程度以及所要求的计算精度,采用solid92单元,自由网格划分。划分网格后整个模型有155 572个节点, 109 573个单元。有限元模型如图2。

　　2·3　加载

　　施加位移载荷。液压集成块通过底面的螺栓连接固定在支架上,因此可以对集成块底面4条边施加全约束。

　　施加压力载荷。液压集成块的载荷主要来自3个方面: (1)阀腔中的油压; (2)液压冲击; (3)液压机工作时引起的动载荷。该液压系统液压冲击数值不大,有限元分析时可以不予考虑;而且液压系统中接有蓄能器,不必考虑动载因素的影响。液压集成块流道长度较短,且经过计算,得出由于孔路的突变引起的局部压力损失数值并不大,因此加载时不考虑孔路中的压力损失。以上对载荷进行的简化是在要求的精度范围及研究的侧重点的基础上进行的,并不导致分析出错。阀腔中的压力油来自液压泵,液压泵的额定压力为25 MPa。表1列出各个阀腔的压力值。(注:三位五通大调节阀=1阀,小开球阀=2阀,液压锁=3阀,小关球阀=4阀)