乳化液介质电磁卸荷阀内气蚀现象的仿真研究

电磁卸荷阀是乳化液泵站压力控制和过载保护的关键元件,但在实际使用约1500h后,其主阀套四个出口之间的钢制内壁面几乎被气蚀蚀穿。该文运用AMESim和Fluent对乳化液泵站电磁卸荷阀内部的空化流动进行联合仿真,由AMESim仿真阀口开度随时间的变化规律;使用Fluent的Zwart空化模型,对阀套的气蚀破坏现象进行研究。研究表明电磁卸荷阀阀口开度越小,阀口后部低压区面积越大,空化越严重;空化流冲击阀套出口间的壁面,气泡迅速溃灭并对内壁材料造成气蚀破坏;主阀频繁开启使气蚀呈脉冲式,间歇式地犁沟阀套内壁,导致阀套出现裂隙。最后,提出了阀腔流域设计的改进办法。     

不同开口度下的煤矿水液压安全阀的气蚀特性

针对煤矿水液压安全阀存在的严重气蚀问题,建立双排阀口的CFD模型,分析了不同启动次序和开口度的阀腔气相体积分数和压力分布云图,并得到其影响规律及最佳的阀口开启次序。研究表明:3种开启方式下,开口度为0.8~1.2 mm时气蚀均较为严重;同步开启时,综合抗气蚀效果最差,开口度为0.8~1.2 mm时极易形成涡旋,且对气蚀现象有扩大作用;阀口1,2依次开启时,阀腔内部的气穴气蚀现象也较明显,最大气相体积分数值达98.3%,气穴范围也较大;阀口2,1依次开启时,其阀口1附近尾椎部分高压区域可以补偿压降,从而降低阀芯内部流场最大气相体积分数,且在阀口2开口度为0.8~1.2 mm时,相对其他2种开启方式,最大气相体积分数和面积分别降低了25.7%,18.6%,抗气蚀效果最佳。     

结构参数对泵站卸荷阀影响的仿真及分析

针对矿用乳化液泵站卸荷阀的结构及工作原理,建立常微分数学模型,通过静态分析确定影响卸荷阀性能的结构参数。使用Runge—Kutta法对模型求解进行仿真,分析不同结构参数对卸荷阀特性的具体影响。结果表明:主阀芯阻尼孔长径比、主阀芯控制腔体积、先导阀口与控制活塞面积比、调压弹簧刚度、主阀芯上下腔面积比是影响泵站卸荷阀性能的5个关键结构参数,合理匹配各参数之间的关系,可以提高泵站卸荷阀的性能。     

全电控正流量液压挖掘机启动压力冲击研究

针对全电控正流量液压挖掘机执行机构启动阶段压力冲击较大的问题，对正流量液压系统中位卸荷阀阀口开度、主阀阀口开度、正流量泵输出排量之间的匹配特性进行研究。建立了卸荷阀阀口开度、外负载力、泵口输出流量之间的数学模型，提出了启动阶段卸荷阀阀口开度、正流量泵输出排量、主阀阀口开度之间的匹配原则，并在高精度机电液联合仿真平台上进行验证。结果表明：挖掘机执行机构在启动阶段的压力冲击减小30%以上，执行机构启动平稳性显著提升。     

基于AMESim的某型卸荷阀的仿真研究

以某一型号合流卸荷阀为例,在分析其结构特点与工作原理的基础上,运用AMESim软件搭建了其仿真模型,对该合流卸荷阀进行动态特性仿真并进行试验验证,通过试验与仿真结果的比较验证了仿真模型的正确性,同时说明该卸荷阀具有压力超调量小与卸荷压力小的优点,最后在AMESim平台上运用遗传算法优化原理对主阀参数进行优化,优化后的仿真结果表明卸荷压力有所减小,通过该项研究可以为该型卸荷阀的优化设计提供一定的参考作用。     

基于节流-分流耦合的高压高速节流口空化抑制方法

开展高压高速节流口的空化抑制方法研究是提升阀的寿命和可靠性的关键环节。针对高压高速节流口空化破坏严重的问题,提出了一种基于节流-分流耦合的空化抑制方法。该方法采用多级节流的方式,实现阀口压降的多级承担,有效减小阀口压力梯度并降低流速;通过在阀出口采取多排孔分流的方式,改善流线布局,减少流体冲击。以电磁卸荷阀为例,分析卸荷阀动态性能,获得高压高速节流口实际工况,开展高压高速工况下节流口流体仿真。仿真结果显示,相较多级节流方式和多孔分流方式,所提出的方法可显著改善流场的压力和流速分布,实现了阀口空化现象的有效抑制。     

高压储气罐结构拓扑优化设计

拓扑优化是一种能在给定的空间进行结构优化的设计方法,以有限元结构分析与优化算法相结合为手段,对CNG高压储气罐的结构进行了拓扑优化设计,建立了CNG高压储气罐优化设计的有限元模型,确定了设计变量的数目,分析了各设计变量对优化结果的影响,给出了主要设计变量对优化结果的影响规律,根据拓扑优化的计算结果,考虑到制造与加工、生产的需要,确定了储气罐的最优设计参数选择,并分析了各优化结果的应用。计算结果表明该优化设计方法有效,计算结果为高压气罐的进一步设计提供了理论依据。     

多级降压降噪控制阀结构及应用

一（K—Trim）迷宫式多级降压控制阀 （K—Trim）迷宫式多级降压控制阀采用特制（K—Trim）阀内件,具有先进的降压结构。它能通过独特的降压方式极好地把介质的流速控制在允许的范围内,从而使控制阀在没有气蚀和噪声的情况下可靠地运行,延长控制阀的使用寿命。（K—Trim）多级降压阀内件通过特殊的设计结构成功解决了高压差、高流速的难题（例如气蚀、噪声、振动、冲刷等）。可应用于电厂、石油、化工、天然气及某些运行条件极其苛刻的场合,满足对液体、蒸汽和气体工况的特殊要求。     

磨床床身结构优化设计

基于参数化建模和结构优化设计理论,建立了某磨床床身的参数化有限元模型;以床身的筋板间距和壁厚为设计参数,在保证导轨刚度的条件下,采用整体优化和分层优化的方法分别对床身结构进行了优化设计,达到降低床身自重的目的,并对优化前后的结构进行了力学性能比较。整体优化是指同时优化所有的设计变量,而分层优化是指将设计变量根据其对设计目标和约束条件的影响进行合理分组,逐步优化。结果表明,采用分层优化技术可有效地解决设计变量较多的复杂结构优化设计。     

基于Fluent的电磁卸荷阀主阀流场数值仿真分析

利用流体仿真软件Fluent建立了乳化液泵站电磁卸荷阀主阀的二维网格仿真模型,并利用建立的模型对主阀内的流体运动流场进行了仿真,得出在开口度不同以及压差不同时,主阀腔内流体的速度分布云图以及压力分布云图。通过分析得出：在一定条件下,主阀开口度越大,阀口拐角处的压力损失越少,流体流经阀口的流速越慢;流体的最大流速均出现在阀口处,主阀入口压力越大,流体流经阀口的流速越快。增加节流口,可减少工作介质对阀口产生的瞬间冲击、阀芯的振动、气蚀损害,可提高电磁阀的使用寿命。     

基于压力特性的电动水阀阀芯设计研究

针对某型号电动水阀压力特性线性度差的问题,对阀芯结构进行优化设计,给出了阀芯的设计和计算过程。通过给定的参数,确定了阀口形式和结构尺寸。简述了阀口的密封形式和装配特点。     

发动机缸体有限元分析及优化设计

发动机缸体结构复杂,壁厚差悬殊,易出现应力集中现象,在发动机缸体设计阶段做好缸体结构优化设计有着重要意义。文中以有限元分析与优化算法相结合,建立了缸体优化设计的有限元模型,进行了静力学分析和模态分析,确定了结构优化设计设计变量的数目,分析了各设计变量对优化结果的影响,给出了主要设计变量对优化结果的影响规律,根据优化结果,考虑到制造与加工、生产的需要,确定了缸体的最优设计参数。通过优化分析,提高了发动机缸体的性能指标。经分析得出,缸体拉伸长度、孔径和对内壁施加的压力是影响等效应力较大的变量。优化模型与原模型相比最大等效应力下降了31%,优化效果明显。计算结果表明该优化设计方法有效,计算结果为缸体的进一步设计提供了理论依据。     

插装式比例节流阀多目标遗传算法结构优化

提出了插装式比例节流阀先导级结构参数优化设计方法。在插装式比例节流阀非线性数学建模的基础上,通过仿真研究了先导级结构参数的改变对整阀动态特性的影响规律。为提高设计效率,充分考虑了优化过程中各参数的约束条件。提出了基于多目标遗传算法的插装式比例节流阀结构优化方法,以提高其动态特性。对优化前后的整阀动态特性进行了验证。研究结果表明:基于优化设计方法设计的整阀动态特性显著提高。     

平衡套筒式减压阀设计

针对高压降下的节流减压易产生气蚀导致减压阀节流件过早损坏问题,设计了平衡套筒式阀瓣结构,使一套阀瓣实现两级节流,减小单级节流压降,避免了气蚀产生。     

纯水介质下阀口结构对锥阀气穴的影响

针对纯水介质液压锥阀存在的气穴问题，基于CF-PZ200型号的液压支架操纵阀，改进阀口的结构，借助Soildworks建立了操纵阀三维模型，并用AutoCAD简化锥阀阀口为二维对称模型。基于FLUENT软件对锥阀内流场的气穴现象进行气——液两相流仿真，获得阀口三种结构在三种开口度下的流场压力分布、流速分布、气穴分布及其强度的变化规律。做出新型结构试样，进行实验和仿真的对比分析。研究结果表明：新型阀口结构比原型号的结构蒸汽相体积分数平均减小43.69%,阀口结构气穴指数增大了23.47%,因此新型结构的阀口结构会使得操纵阀发生气穴的可能性减小，抗气蚀性能更好。     

抗气蚀串联多级节流控制阀设计研究

阀内介质压力合理分配和各级节流额定节流面积的确定,是抗气蚀串联多级节流控制阀的设计难点。以串联多级孔板为模型,本文提出一种介质压力分配方法,以高压差气蚀工况控制阀设计为实例,通过抗气蚀验算和对比分析,证明该方法可以有效抑制气蚀产生,且优于传统压力分配方法。同时,结合本文提出的各级额定节流面积的确定方法,可以精确地计算出各级额定节流面积,从而完成控制阀关键结构参数设计。     

基于双向渐进结构优化法的柔性机构设计

基于双向渐进结构优化法提出一种面向柔性机构的拓扑优化设计策略。由于采用0/1离散拓扑设计变量和启发式变量更新机制,双向渐进结构优化法一般适用于结构刚度相关的凸优化设计问题。柔性机构以最大化驱动端的位移为设计目标,属于典型的非凸优化问题,难以直接应用该方法开展相应的设计。针对于此,通过定义一种由驱动位移和刚度特性（柔顺度）加权平均的优化目标函数,实现基于双向渐进结构优化法的柔性机构设计。该优化目标函数具有双重功效：（1）通过逐步（设计迭代步）衰减刚度特性的贡献,实现优化问题由刚度设计向驱动设计的动态演化,可应用双向渐进结构优化法开展机构的拓扑构型设计;（2）通过调节加权系数,实现对设计机构的驱动性能和刚度特性的灵活匹配调控,可有效抑制铰链的形成、防止应力集中引起的失效。典型算例的设计结果显示,提出的发展的演化式设计策略可实现稳健且高效的柔性机构设计。     

桥式起重机主梁稳健优化设计

在桥式起重机主梁截面几何参数的优化过程中,由于各设计变量存在不确定性干扰,传统优化设计常忽略这些不确定性因素对于产品性能及质量的影响,往往导致优化方案违反约束条件。文中通过有限元软件Ansys与多学科优化软件Isight进行集成,将响应面模型、蒙特卡洛模拟法和6σ质量设计相结合,以桥架的结构强度及静刚度为约束条件,对桥式起重机主梁进行稳健优化设计。结果表明,该方法不仅能使桥架结构自重降低12.5%,并降低了优化结果对优化参数波动的敏感性,大幅提高了各参数的可靠性和稳健性,为桥式起重机的设计及优化提供理论指导,具有较高的工程实际应用价值。     

考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化研究

针对换热器封头的性能设计问题,对封头结构变量不确定性分析、Kriging近似模型构建、结构变量优化设计等方面进行了研究,提出了一种考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化设计方法。基于对封头结构变量的不确定性来源的分析,建立了结构变量及其分布参数不确定性的表达函数;基于预测区间准则和遗传算法,构建了封头结构变量与流动不均匀度的自适应Kriging近似模型;建立了换热器封头结构优化设计函数,在Isight中实现了以流动不均匀度最低为目标的封头结构变量优化设计,获取了最佳封头结构尺寸。研究结果表明:优化后的封头结构的内部流动更均匀,降低了出口速度的不均匀度,提高了换热效率。     

正流量挖掘机动臂合流回路的泵阀匹配特性研究

以SY215C8M型液压挖掘机为研究对象,对正流量挖掘机液压系统的动臂合流路的泵阀匹配特性进行了研究。提出了改善泵阀匹配控制特性的优化方案,利用粒子群算法对U型节流阀口的节流特性进行优化,得到了具有较优节流特性的节流阀口结构参数。搭建了实验平台,结果表明：该方案可有效的降低多路换向阀阀口的压力波动和压力损失。