基于CFD和两相流技术的高水基液压阀结构设计研究

将计算流体动力学理论与两相流技术相结合,建立高水基液压阀流体湍流和气蚀的数学模型,通过可视化模拟,分析先导阀气穴流场的速度、压力和气蚀磨损的分布,发现在节流口阀座锐缘拐角处发生严重气穴,且低压区对应气体体积分数高的气穴区域。提出将正顶杆结构修改为侧顶杆结构消除液压阀气蚀磨损的新方法。     

煤气化高压黑水角阀冲蚀磨损过程数值计算

针对煤气化高压黑水角阀内件冲蚀磨损严重的问题,根据煤气化高压黑水角阀的介质物性参数、操作工况和三维流道结构,建立了描述阀内介质闪蒸过程、颗粒运动过程和冲蚀磨损过程的数学模型和计算方法,开展阀内颗粒冲蚀磨损过程的数值计算。结果表明:阀内冲蚀磨损严重的区域主要位于阀芯顶部以及衬套入口段,其中,阀芯顶部的冲蚀磨损率最高。数值计算结果与实际失效案例相一致,验证了计算模型和方法的准确性,研究结果可为同类阀门的失效分析及结构优化提供参考。     

基于CFD的螺杆钻具旁通阀冲蚀特性分析

针对目前旁通阀使用过程中常常出现刺漏现象,造成螺杆钻进使用效率下降的问题,采用Fluent软件对Φ172mm螺杆钻具旁通阀的冲蚀性能进行分析。仿真结果表明旁通阀阀芯在全开位置时,受到的冲蚀磨损最为严重。旁通阀受到钻井液的冲蚀磨损,与钻井液的流量、泥沙含量近似呈线性关系。在钻进过程中,旁通阀阀芯变径处所受到的冲蚀磨损最为严重,阀芯变径处应采用合理的过度锥度和耐冲蚀磨损的材料。研究结果对提高旁通阀的耐冲蚀性能具有指导意义。     

液压支架电磁先导阀优化设计

针对矿用电磁先导阀小推杆偏置设计回油腔阀芯卡滞失效的问题,在保留电磁先导阀原有结构优良性能的基础上进行改进,对阀芯组件、阀体关键部件进行了结构优化,由侧推式顶杆结构优化为正推式梭杆球式结构。同时通过井下现场应用得到优化电磁先导阀的损坏率显著降低,从而保证液压支架的良好工作性能。     

一种新型电液比例阀的动态特性研究

介绍了国外一种基于双阀芯控制的新型电液比例阀的结构和工作原理,并与基于单阀芯控制模式的普通液压阀进行了比较;在考虑了稳态液动力、瞬态液动力、弹簧预压缩、阀泄漏和重力的基础上,建立了该阀的数学模型,得出了系统的传递函数,应用Matlab对其动态特性进行了仿真研究,得到了阶跃响应曲线和伯德图。结果表明相对于普通液压阀的单阀芯控制模式,双阀芯控制模式更加灵活有效;主阀芯一端弹簧的预压缩和主阀芯所受的重力在该阀的动态特性分析中可以忽略不计,该阀具有良好的响应速度和理想的带宽,并且影响响应速度和带宽的主要因素是先导阀的流量增益和主阀芯一端弹簧的弹性系数。     

煤直接液化减压进料阀组数值模拟与优化

以煤液化减压塔进料前的角阀、球阀及相联管道(简称“减压进料阀组”)的冲蚀磨损失效为研究对象,采用RNG 湍流模型、蒸发-凝结模型、随机轨道模型,结合高温冲蚀磨损实验修正建立的冲蚀磨损模型,数值计算了角阀典型开度下流速、相分率和壁面磨损率等参数的分布规律,并结合实际损伤形貌验证了冲蚀磨损数值方法的正确性。研究结果表明：角阀流道为缩放结构,阀芯头部流速增加,压力降低,发生汽-液转换形成局部空化;空化引起阀组流道内有效传输面积减小,流体介质速度提高,对固相颗粒的拖曳加速效应显著,高速的颗粒碰撞壁面是造成球阀端面及出口管道冲蚀磨损的主要原因。基于等磨损速率对比分析角阀不同入口角度与球阀位置的对应关系,以此提出优化方法。本研究有望为含固多相流介质节流设备的耐磨损优化设计和防控提供参考。     

高水基电磁先导阀阀芯所受轴向阻力的特性分析

在FLUENT软件平台上,采用标准k-ε紊流模型模拟了液压支架系统中高水基电磁先导阀流道内阀芯所受轴向阻力的情况。通过模拟和分析得知,阀芯所受轴向阻力的变化趋势及对应工况,所得结论为阀道的结构设计与优化提供了参考依据。     

不规则阀腔液压阀稳态液动力研究

针对不规则阀腔液压阀复杂的流动状况,运用Fluent软件,采用两相流模型,研究阀腔的流场分布,得到阀壁面的压力分布,并通过计算求出阀芯所受的稳态液动力;分析在入口压力相同条件下,阀芯开口度对于阀的壁面压力分布及稳态液动力的影响。结果表明,稳态液动力随着阀芯开口度增大而减小,在阀芯开口度到达一定值后,稳态液动力大小基本趋于稳定。     

液压阀微观密封机理的分形研究

分析了液压阀密封副端面粗糙轮廓波谷面积和弹性接触点面积的微观接触机理.以缝隙流动的N-S方程和分形理论为基础,研究了泄漏量与表面粗糙度、分形参数、密封接触比压之间的关系及泄漏量分形模型.并对平面密封缝隙泄漏量、作用在阀芯表面上的密封力与粗糙表面的分形维数、分形尺度系数之间的关系进行了数值仿真,由此得出：提高零件的加工精度可以减小液压阀的泄漏量;泄漏量随端面形貌变化而不断变化,而密封副初始表面形貌对泄漏量起着关键作用,通过控制表面形貌参数可以有效降低液压阀泄漏量.     

整体式多路换向阀阀芯结构研究

阀芯上阀肩与阀体之间的配合,阀芯上节流槽、均压槽的设计等直接影响整个阀的使用性能和阀的使用寿命。研究对象为矿用装岩机机械液压系统整体式多路换向阀中回转联滑阀阀芯的结构。剖解整体式多路换向阀阀芯的结构,对阀芯节流口的面积进行数学分析,并利用减小阀芯所受径向力的方法对阀芯结构、节流槽、均压槽进行研究。重点研究阀杆上的节流槽、均压槽等阀杆的微小结构对阀使用性能的影响。研究对阀杆的设计具有重要的参考价值。     

煤矿水液压支架安全阀阀腔气蚀特性研究

针对煤矿水液压支架安全阀的严重气蚀问题，建立了阀腔CFD多相流模型，研究了阀腔流场的压力与气相分布特性，分析了阀芯结构参数(阀口排数、阀口个数、孔间距、孔径)对重要阀口过流截面气蚀特性的影响规律，并优化了阀腔结构参数。研究表明：当阀芯为两排阀口、阀口数为16个、孔径为1.4mm、孔间距为8mm时，最大气相体积分数降低了19.4%，对气蚀的产生有抑制作用。     

直接压电驱动水液压节流控制阀静态特性的仿真与试验

水的黏度低,水液压控制阀采用传统的电机械转换器,因润滑和密封问题其性能与油压元件差距大。压电驱动刚度大,响应快,精度高,能有效提高水液压控制阀的性能。采用球式座阀结构,通过设计合理的微调预紧机构、阀体和阀口,研制了直接压电驱动水液压节流控制阀。建立了直接压电驱动节流阀的仿真模型,仿真与静态试验结果表明,压电叠堆输入电压高时,控制阀具有相对较高的线性度;而压电叠堆输入电压低时控制刚度不足,受阀芯不平衡液压力影响,试验与仿真结果偏差大,控制阀性能不佳。采用座阀结构的水液压控制阀提高了阀口密封性,但在阀的设计和加工中应减小不平衡液压力。     

音圈电机直驱水液压节流控制阀仿真与试验

水的黏度低,润滑和密封问题突出,水液压控制阀阀芯上所受的非线性力大,采用传统的电机械转换器,性能与油压元件差距大。音圈电机体积小,频响和控制精度高,具有较大输出力和输出位移,利用音圈电机驱动水液压控制阀,能有效地对阀芯位移进行位置控制。设计了具有直线轴承导向和阀芯位移反馈的新型音圈电机直驱水液压节流控制阀,在音圈电机数学模型和位置控制研究的基础上,基于AMESim建立了音圈电机直驱水液压节流控制阀系统仿真模型。仿真与试验结果表明,控制阀具有较高的线性度和较大的流量调节范围,控制精度高,能够满足水液压传动系统高精度控制的应用需求。     

矿山机械液压系统的摩擦磨损分析

对矿山机械液压系统的摩擦磨损进行了分析和探讨。分析表明:矿山机械工作环境恶劣,液压元件的磨损主要是油液污染造成的[1],其元件磨损失效形式通常有4种:磨粒磨损、疲劳磨损、粘着磨损和腐蚀及侵蚀磨损。     

基于AMESim的液控单向阀卸载动态特性仿真研究

运用仿真软件AMESim建立支架液控单向阀卸载系统的仿真模型并进行仿真,得出卸载过程中阀芯的运动曲线、阀口的压力曲线和流量曲线.通过比较2种液控口K的大小可知,减小液控口K可以减小阀芯振动和卸载压力冲击,为合理设计优化液控单向阀结构提供了参考.     

Ni-65WC粉末的雾化造粒与激光熔覆层组织和冲蚀性能研究

为提高煤炭开采、洗选和煤化工的煤机装备耐冲蚀性能,利用雾化造粒和激光熔覆技术制备高WC含量Ni/WC复合熔覆层,通过组织观察、力学性能检测、腐蚀及磨损实验对比研究了雾化造粒和激光熔覆过程中Ni/WC复合熔覆层的组织、结构演变,并基于射流式冲蚀分析了材料的冲蚀行为。结果表明:喷雾干燥Ni/WC团聚复合粉末的球形度与粘结剂含量成正比,而粒径则与雾化器转速成反比。激光熔覆后,Ni/WC熔覆层由Ni、WC和W₂C相组成。其中,在熔覆过程中WC出现了熔解与析出变化,形成了层状共晶→棒状、针状→块状结构的富W和富Ni相。在冲蚀磨损工况下,WC有效改善了Ni/WC熔覆层冲刷磨损性能,磨损率为0.097 g/(m²·h),相比Q235A钢降低约23%。此时,细小的WC均匀镶嵌在磨损表面的粘结相中起到强化作用。同时,Ni/WC熔覆层的剥落处表现出明显的塑性特征,为典型的韧性破坏。     

高压液动锤主阀室加工工艺优化研究

主阀室作为高压液动锤的核心部件,根据其结构特点与使用工况确定了主阀室的氮化处理硬度,在对比研究2种氮化方式的抗腐蚀性能后,主阀室选择了QPQ盐浴复合处理技术。但是3件主阀室试制过程中在相同位置发生断裂,根据材质检测报告与金相分析结果判定可能是加工过程中的应力集中造成的断裂。再次试制主阀室时,优化了主阀室加工工艺流程并增加去应力退火,最终在工业性试验中主阀室获得了良好的使用寿命。