140 MPa压裂泵曲轴疲劳寿命有限元分析

高　媛，单东升，李文亮，王红玲

140 MPa压裂泵曲轴疲劳寿命有限元分析

高媛1，单东升2，李文亮1，王红玲1

（1．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024；2．北方重工集团有限公司，沈阳110141）

压裂泵曲轴在压裂工况下受到周期性变化的复杂载荷作用，其疲劳寿命分析为设计主要问题。建立140 MPa五缸压裂泵曲轴精细化模型，根据实际受载工况进行约束及载荷分布的合理等效，应用ANSYS软件对曲轴工作周期内多位置工况进行有限元静力分析，得到相应曲轴应力分析结果。采用专业的疲劳分析软件FE-SAFE，通过合理提取曲轴序列静力分析结果确定载荷谱，进行疲劳寿命、疲劳安全系数计算，实现曲轴疲劳寿命定量分析。为压裂泵优化设计提供理论依据。

压裂泵；曲轴；疲劳强度；有限元分析

五缸压裂泵动力端由齿轮机构、曲柄连杆机构及机体构成，如图1所示。曲轴是压裂泵的关键部件，在压裂泵工作过程中曲轴在输入转矩作用下，将运动及动力通过连杆传递到往复运动的柱塞，柱塞承受周期变化的高压液体作用。因此，曲轴承受输入转矩、轴承座支承力、连杆作用力等多种载荷作用，这些工作中不断变化的复杂载荷将使曲轴发生弹塑性变形，进而产生裂纹直至断裂。因此，曲轴的疲劳分析是压裂泵设计工作必须关注的重要问题。国内已有学者运用有限元分析法对五缸单作用压裂泵曲轴进行强度分析，并且运用经典疲劳分析方法计算曲轴疲劳安全系数并校核曲轴疲劳强度［1］。……