HG高压水泵的有限元分析及结构改进

王贺明，杨 林，郭忠峰，刘娅菲

(沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870)

0 引言

HG高压水泵是开采石油作业的关键设备之一，其恶劣的工作环境及较大的冲击、振动对高压泵的强度提出了较高的要求。故对HG高压水泵进行静力分析，分析其应力分布情况，提出合理改进方案对提高HG高压水泵的稳定性、可靠性和降低生产成本有着重要的意义。本文以某公司生产的高压水泵为研究对象，建立了该高压水泵的有限元模型，以实际工况下的最大载荷作为边界条件，对其进行静力分析。根据分析结果对其进行结构优化，使其满足工作和设计要求。

1 HG高压水泵有限元分析

1.1 模型的简化

为提高有限元分析结果的精度和工作效率，对该公司提供的HG高压水泵的模型进行简化，保留关键的传动部件，去掉保护罩及所有倒角、圆角。简化后的HG高压水泵模型如图1所示。

1.2 网格的划分

网格划分是有限元分析的关键步骤，网格划分的好坏直接影响到有限元分析的精度和效率。ANSYS中的Solid186单元对不规则形状具有较好的精度，故应用Hyper Mesh对该模型进行六面体网格划分，最终得到的单元数为197 553个，节点数为774 428个。HG高压水泵的有限元模型如图2所示。

图1 HG高压水泵简化模型图2 HG高压水泵的有限元模型

1.3 边界条件

利用有限元方法进行静、动态特性分析，最重要的是确定边界条件。边界条件包括约束边界条件和载荷边界条件。该高压水泵由传动轴的转动并通过偏心套带动活塞往复运动实现泵油,为模拟该工况，本文在传动轴的轴端添加固定约束，并在活塞端面添加最大工作压力。……