某高速开关阀阀芯液压力影响因素研究

随着数字液压技术的发展,对高速开关阀的性能有了更高的要求,高速开关阀阀芯力学特性决定了其整体性能。建立了某高速开关阀的CFD模型。针对不同工作压差、不同工作温度、不同底座孔径、不同底座角度以及不同开口度的某高速开关阀内部流场速度场进行了分析。分析不同工况下某高速开关阀阀芯液压力影响因素,进一步研究了阀口开度、阀口形状、阀口压差、油液温度对该阀芯液压力的影响规律,为高速开关阀设计提供了理论基础。     

阀芯旋转式高速开关阀的气穴特性研究

提出一种阀芯旋转式高速开关阀,通过阀芯旋转实现高速开关,突破阀芯往复运动结构对开关频率的限制。在此基础上,建立阀内流体模型,利用Fluent软件对不同运动和结构参数下阀口的气穴现象进行数值模拟及量化分析。结果表明：气穴现象主要发生在靠近阀芯沟槽一侧,随旋转角度的增加而减小;气穴范围和气相体积分数的下降速度随出口压力的增加而增大,当出口压力为5 MPa时,气相体积分数迅速下降并在旋转角度为3°时趋于0;改变占空比,气穴未有明显变化;增大阀口流道的倾斜角度,气穴抑制效果显著,可提高输出流量的稳定性。     

基于CFD的阀芯颈部直径对液压锥阀性能的影响研究

采用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）方法对锥阀的阀腔内流场进行求解,得到不同阀芯颈部直径D值下不同阀口开度对应的流量、流量系数、阀芯阻力与稳态液动力值,并对解析结果进行了分析。结果表明：在相同阀口开度下,阀芯颈部直径D的变化对流量、流量系数几乎无影响,流量系数保持在0．86左右;阀芯的颈部直径D的变化对阀芯阻力与稳态液动力的影响也很小;阀芯阻力随着阀口开度的增大而减小;稳态液动力随着阀口开度增大而增大。     

稳态液动力对多路阀阀芯操纵力的影响

利用AMESim平台搭建多路阀铲斗联负流量控制系统,在不同负载条件下仿真得到输出流量与阀芯行程之间的关系,并以此确定FLUENT仿真模型在不同阀芯行程下的进口油液速度。基于FLUENT仿真,发现随着阀芯行程的增大,阀芯上的稳态液动力先增大后减小,方向与阀芯运动方向相反,使阀口趋于关闭,且负载越大,稳态液动力越小。通过误差分析发现,在计算阀芯操纵力时,忽略稳态液动力,会导致较大的计算误差。所以在建立阀芯的静态力平衡方程时,有必要将稳态液动力考虑在内。     

动座式节流阀阀口特性仿真与试验研究

结合水的理化性质,建立动座式节流阀阀口计算流体力学模型,对其水力特性包括流场、压力场、气蚀、流量压差特性、液动力特性等进行研究。在此基础上,研制一种新型的动座式水液压节流阀,该阀阀座台阶面上压力相等,使阀座所受轴向静压力得以平衡,采用伞状阀座有效补偿由于水冲击振动所引起的液动力;在流体经阀座进入阀芯的喷入口处,设计阀芯中杆结构,使喷出流体的液动力通过阀芯中杆传导在阀芯上,降低了液动力对阀座的冲击和侵蚀。采用Fluent软件建立相应的仿真模型,并就输入压力、阀芯锥角和阀口尺寸对系统动态特征的影响进行仿真分析,在此基础上搭建水液压试验台对仿真结果进行试验验证。研究结果表明:动座式节流阀阀口处压力迅速降低,开度越小,压降越大;二级阀口处压力变化大而低,易发生气穴现象;引流孔、合适的阀芯锥角及二级阀口结构可有效降低主阀口的工作压差及液动力,减少阀口的气蚀,能有效地提高节流阀的工作性能和使用寿命。     

多路阀主阀芯不同节流槽对其稳态液动力的影响

针对工程机械用多路换向阀在不同工况下稳态液动力过大或不稳定导致滑阀卡滞,从而影响执行机构的可靠性和安全性,以某型号工程机械多路阀为例,设计矩形、半圆形、U形、2U形4种形式节流槽口的阀口,通过Fluent数值模拟研究在不同阀口开度下的流场特征并确定射流角,根据流场计算结果,搭建不同结构节流槽的滑阀模型,分析节流槽口结构形式对阀芯稳态液动力的影响。研究结果表明：随着阀芯节流槽口逐渐开大,矩形、U形、2U形节流槽阀芯所受稳态液动力变化平稳;当阀芯采用U形节流槽时,其单位节流面积受力变化幅度较大,但阀口稳态液动力仍能保持稳定;半圆形节流槽阀芯所受稳态液动力相对不稳定,梯度较大。     

基于占空比线性转换的高速开关阀流量控制

分析高速开关阀的占空比—流量特性,针对其流量控制中存在的死区、非线性区及饱和区问题,提出基于占空比线性转换的PWM控制模型,以实现高速开关阀对平均流量的线性控制。推导占空比线性转换公式,建立占空比线性转换PWM控制模型,从仿真和实验的角度对比分析高速开关阀在进行占空比线性转换前后对流量的控制特性。研究结果表明:阀口压差一定时,基于占空比线性转换的PWM控制能够实现高速开关阀在0~100%占空比范围内对平均流量进行线性控制。     

几种典型液压阀口过流面积分析及计算

解析推导了三种典型复杂阀口过流面积及等效阀口面积特性，提出并分析了阀芯移动过程中发生的阀口迁移现象，并与用试验测量和流场计算得出的等效阀口面积进行了比较。本文对于液压复杂阀口研究及设计计算以及阀噪声机理研究具有一定的参考价值。     

重型AT锁止阀的流量特性分析与优化

为了提高锁止阀开启中液动力的计算效率,通过动网格技术在流体动力学软件Fluent中模拟锁止阀的阀芯开启过程,在对阀口过流面积进行数值计算的基础上,分析其流量及流量系数随阀芯位移的变化情况。使用BP神经网络对随机抽样法获得的样本数据进行训练和预测,并对预测的结果进行准确性评估。最后,以BP神经网络预测的数学模型为基础,使用遗传算法对锁止阀节流槽参数进行优化。结果表明：优化后的锁止阀开启过程中流量-开度特性更加稳定,有利于提高锁止阀的工作性能。     

带有三角形节流槽的支架换向阀工作性能分析

现有支架换向阀仅可完成支架供液"通"与"断"的开关型控制功能,为解决由此诱发的支架液压系统内压力冲击剧烈问题,提出在主阀芯布置三角形非全周开口节流槽的换向阀改进设计方案。推导出三角形阀口节流面积计算公式,基于AMESim软件搭建了阀芯带有三角形节流槽的液压换向阀模型,进行了原始换向阀与改进换向阀工作性能的对比研究。仿真结果表明:主阀芯增设三角形节流槽后实现了换向阀阀口过流面积的变梯度分段增大,即在阀芯开度小于8 mm时,阀口通流面积平均梯度为5.5 mm~2/mm,在阀芯开度大于8 mm时,这一梯度数值增大至92 mm~2/mm;阀口通流流量与阀口工作压力同样可实现分段变梯度增大,由此可实现后续液压执行机构的平稳启动,并有效缓解液压系统内的压力冲击。该方法可为液压支架大流量换向阀比例化改进设计提供参考。     

多路换向阀稳态液动力分析与结构优化

对于多路换向阀而言,稳态液动力过大会导致阀芯运动卡滞、换向阀操纵性下降。通过AMESim与Fluent软件联合仿真,发现稳态液动力峰值往往在阀口小开度时出现,且方向趋于阀口关闭;在阀芯复位过程中,稳态液动力在操纵力中最大占比为25.12%,阀芯在稳态液动力的影响下会获得过大的操纵力,破坏阀芯行程与复位弹簧力本身具有的线性关系。针对这种情况,基于流道改造法与特殊阀腔法,提出一种滑阀稳态液动力补偿方法,即在阀芯上设置一种挡流凸台。对改进后阀芯进行流场仿真分析,结果表明：凸台直径越大,降低稳态液动力的效果越明显,最多可以降低65.18%。但是过大的凸台直径会改变多路换向阀对应阀口的通流面积和水力直径,影响换向阀的压力特性,使得改进效果不理想。     

电喷发动机配油转阀的设计及其流场分析北大核心

针对电子喷油器控制难度和精度高的特点,为进一步提高喷油精度,提出一种新型高压共轨喷油器配油转阀,并对阀口流场特性进行数值模拟。介绍转阀结构和工作原理,基于JE4D25A型柴油发动机工作参数,通过理论计算得到阀口关键尺寸,建立阀道流体域物理模型,在Fluent软件下对阀芯转角分别为11.5°、23°和34.5°位置流域模型进行仿真分析,得到流体在阀口处的流动特性。经分析,在怠速和额定转速下,单次配油量分别为0.059 mL和0.078 mL,额定转速下的输出流量比理论计算多6.8%,为后续阀口尺寸优化提供了参考。     

进出口等流量四口液压变压器及其变压比特性研究

在不改变原液压系统的前提下,为避免液压系统节流损失,回收压差能、制动动能和重力势能,提出了一种进出口等流量四口液压变压器。阐述了四口液压变压器的基本结构和运行原理,其配流盘上均匀分布有四个形状大小相同的腰形槽,通过调节配流盘控制角可以改变其变压比,其中A和 B口等流量组合相当于液压马达,O和T口等流量组合相当于液压泵。建立了四口液压变压器的排量、转矩及变压比数学模型,通过偏导法得出负载回路流量、回收压差和油液粘度等因素与变压比的关系,通过Matlab仿真分析得到以上因素对变压比的影响规律。理论分析和仿真结果表明,在配流盘控制角不变时,随着负载回路流量和回收压差的增加变压比降低,而随着油液粘度的降低变压比增大。     

进出油阻尼孔对偏转板射流阀射流流场的影响

应用CFD软件对偏转板射流阀进出油阻尼孔不同参数条件下的射流流场进行数值模拟,得出偏转板射流阀内部射流速度、压力的分布特征和不同阻尼孔参数D_1、D_2、L_1、L_2对射流速度、压力的影响规律。研究发现:射流速度由喷嘴处的最大值先逐渐减小,在0.8 mm位置处又上升到仅次于喷嘴射流速度的较大值;射流压力先增大后又在0.8 mm位置处减到较小值,最后在两接收口间阀体处达到射流压力最大值。参数D_1对通过V型导流窗口的射流流量、射流压力和恢复压差起决定性作用;增大参数D_2时射流速度曲线向上平移而射流压力曲线向下平移。参数L_1对射流压力有影响而参数L_2对射流场的影响可以忽略。研究结果为高性能偏转板射流伺服阀的工程设计和优化提供参考。     

起重机双阀芯泵阀协同压力流量复合控制液压系统研究

目前,起重机普遍使用的传统抗流量饱和负载敏感液压系统存在响应速度慢、速度精度差、能耗大的缺点。为克服这些缺点,建立以电子压力补偿原理为基础的起重机双阀芯泵阀协同压力流量复合控制液压系统。对起重机典型负载原理进行分析,提出一种以手柄开度信号为阈值的多模式控制策略。建立传统抗流量饱和负载敏感液压系统AMESim仿真模型,并通过试验验证了仿真模型的正确性。建立起重机双阀芯泵阀协同压力流量复合控制液压系统AMESim仿真模型。仿真结果表明:与传统抗流量饱和负载敏感系统相比,双阀芯泵阀协同压力流量复合控制液压系统在变幅油缸单动作微动模式下使用主阀和小流量伺服阀速度精度更高,速度跟踪误差分别降低26.2%和56.5%,卷扬马达单动作微动模式下使用主阀和小流量伺服阀速度跟踪误差分别降低46.1%和69.8%。     

配流阀结构特征对微型高压柱塞泵流量输出特性的影响

为满足航空泵高功率密度化要求，微型高压柱塞泵采用阀配流方式能够有效减少泄漏，提高容积效率。针对影响微型高压柱塞泵流量输出特性的主要因素，建立阀配流微型高压柱塞泵数学模型，通过AMESim搭建不同结构的单向阀配流模型，将球阀、锥阀、平板阀等不同形式的单向阀芯进行不同组合结构的建模及仿真试验，对微泵的余隙容积、斜盘倾角、负载压力及单向阀的弹簧刚度、阀芯质量等影响因素进行仿真分析。结果表明：在现有结构下，吸液阀和排液阀均为平板阀时是最优配流阀组合形式；微泵在变转速工况下容积效率稳定，阀芯质量对配流阀迟滞性影响较小；增大斜盘倾角及减小负载压力和余隙容积能够有效改善配流阀开启滞后角，进而提高容积效率。