阀芯直径对液压锥阀阀芯作用力的影响研究.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 O 1 3年 第 1 0期 阀芯直径对液压锥阀阀芯作用力的影响研究 石金艳 湖南铁道职业技术学院 ， 湖南 株洲4 1 2 0 0 1 摘要 该文采用计算流体动力学 C F D 方法对锥 阀阀腔 内的流场进行求解 ， 得到不 同阀芯直径下不 同开 口度对应的阀芯作用力 ， 对 锥 阀的结构设计具有一定的参考价值 。 关键词 液压锥 阀； 阀芯直径 ； 阀芯阻力 ； 稳态液动力 中图分 类号 T H1 3 7 ． 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 0 0 0 2 2 0 2 S t u d y o n t h e Effe c t o f Co n e Di a me t e r t o t h e Co ne Ap p l i e d F o r c e f o r Hyd r a u lic Po p pe t Va l v e S HI J i n - y a n H u n a n R a i l w a y P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y C o l l e g e ， Z h u z h o u 4 1 2 0 0 1 ， C h i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r a d o p t s t h e C o mp u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s C F D m e t h o d t o a n a l y z e t h e d i f f e r e n t i n n e r s t r u c t u r e ，u n d e r d i f f e r e n t c o n e d i a me t e r i t g a i n s t h e v a l ue o f c o ne a pp l i e d f o r c e o f h yd r a u l i c p o pp e t va l v e i n di f f e r e n t un c o r k． An d i t g i ve s s u g g e s t i o ns f o r s t r u c t u r e d e s i g n o f h y d r a u l i c p o p p e t v a l v e ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p o p p e t v alv e ； c o n e d i a me t e r ； c o n e r e s i s t a n c e ； s t e a d y f l o w f o r c e 0 引言 液压锥 阀主要 由阀芯、 阀座及附属的弹簧 、 密封件 等构成 ， 安装时只需将 阀芯插人阀体或阀块 的插孔 内． 利用控制盖板 与阀体或阀块 的螺钉联接而 固定 虽然 阀套 、阀体插孔和盖板三者之间的相关尺寸均已标准 化 ， 但组件 内部尺寸包括 阀芯形状、 阀套 内孑 L 与阀芯配 合部分的形状及尺寸、弹簧尺寸等 ，均可 由设计者决 定 ， 其中， 阀芯形状对阀性能的影响最大。因此 ， 文中主 要研究 阀芯直径对锥阀的阀芯作用力的影响 采用计算流体动力学的方法 ．对外流式锥 阀进行 流体解析 ． 得 出阀芯直径 的变化对阀芯作用力 的影响 ． 对锥阀的结构设计具有一定的指导意义 1 锥 阀的基本结构 论文所研究 的锥 阀的主要 结构 由阀芯与 阀座构 成 ，如 图 1所 示 ，其 主要 结 构 尺 寸 为 A 9 O o ， B 1 6 ． 5 mm， C 3 mm， D 6 ram， F 1 2 0 。 ， G 1 2 0 o ， E 为 阀 芯 直 径值。图 1中箭头方 向为流体 的流动方 向 I 区及 I I 区 基金项 目 2 0 1 2年湖南省优 秀青年项 目变量轴向柱塞泵内主控制阀 阀 口的结构研究与设计 1 2 B 0 9 1 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 2 8 作者简介 石金艳 1 9 8 3 一 ， 女， 湖南邵阳人 ， 讲师， 硕士， 研究方向为液压传动 与控制技术 22 分别是两个旋涡产生区。由于锥阀阀腔结构对称 ， 内部 流动对称 ， 为减少计算工作量 ， 在此可仅取流动 区域的 一 半作为计算对象。 图 1 锥 阀 的 基本 结构 2 锥 阀的建模及解析条件 2 ． 1 几何模 型 与网格 划分 将图 1中的流体 区域作为求解 区域 ．利用三维设 计分析软件 I - d e a s 按上述思路对锥 阀进行建模 并采 用四面体网格进行划分 ．考虑到计算机的运行时间和 存储容量 ． 对计算网格划分进行规划 ． 在入 L I 和出口部 分由于流速和压力变化缓慢 ， 网格较粗 阀口处存在节 流作用 ， 压力梯度较大 ， 速度很大 。 对 网格进行了初 步 的细化． 并且在出 口拐角处进行 了局部细化 。将 网格导 人流体分析软件 S t a r C D中对锥阀进行 C F D解析。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 1 0 ． 2 0 1 3 2 ． 2 解 析 条 件 在对锥 阀进行解 析计算时 ．对上述模 型作如下假 设 ①锥 阀为理想锥 阀， 即阀芯与阀套配合精确而无径 向间隙 ； ② 流体 为不可压缩 ， 恒定的牛顿流体 即速度 梯度变化时， 动力粘度 不变； ③因阀体尺寸很小 ， 忽 略流体重力与阀腔 内部流体传热的影 响；④ 流体 的介 质参数如表 1 ； ⑤边界条件设定如图 2 所示。 表 1 流动介质参数 4 0 ℃ 1 ℃ 低 压边 出 口T 高压边 进C I P 对称 边界 图 2锥 阀 模 型 的 边 界 条 件 设 定 3 阀芯直径对 阀芯作用力的影响 通 过 对 阀芯 直 径 E从 1 6 mm 以 1 m m 为 梯 度 变 化 至 2 0 mm对应 的模型进行 C F D解析 ．得出在不同阀芯 直径 E值下产生的阀芯作用力及液 动力变化 曲线 ． 如 图 3 ～ 图 6所示 从 图 3和图 4可以得出 相 同阀芯直径 E的条件 下 ， 阀芯上作用力随阀口开度 的增大而减小 小开 口 时 ， 阀芯上作用力不受阀芯直径 E变化的影响 当开 口 较大 ， 且阀芯直径 E也较大时． 阀芯上所受 的作用力会 发 生 明显 的变 化 一 一 T ‘ 一 i x 一 ． ． 。， 一 _-‘；■ ； 一 一 O 3 ram 删．6 mm j F O 9 mm 一 ．- it- 1 5 mm ,- e．- 1 8 mm十 2 1 mm - I I I I I I 图 3 8 0 0 Z 7 0 0 蜃 2 0 0 1 0 0 O l 2 ra m x 2 4 m m 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 阀芯直径 E／ ram 相同阀 口开度 的 阀芯作用力 比较 阀口开度 X／ mm 图 4相 同阀芯直径E的阀芯作用力比较 从图 5和图 6可 以得 出相同阀芯直径 E的条件 下 ， 阀芯上液动力随阀 口开度 的增大而增大 小开 口 时， 阀芯上液动力受阀芯直径 E变化的影响极小 当开 口较大时 ， 且 阀芯直径 E也较大时 。 阀芯上的液动力会 有 明显的波动 。稳态液动力 的变化趋势与阀芯作用力 的变化趋势相反 ．所产生的稳态液动力均使 阀芯趋于 关闭 一 x 0 3 mm ,- t- - x O 6 ram x 0 9 mm _ x _ x l 2 ram - - _ 1 5 mm 1 8 ram x 2 1 mm 一 2 4 mm z 4 3 0 58 赣 O 阀芯直径 E／ mm 图 5相 同阀口开度 的阀芯液动力 比较 4 0 0 z 3 5 0 匿 50 o0 O 阀口开度 X／ mm 图 6相 同 阀 芯直 径 E 的 阀芯 液 动 力 E 较 4结论 文 中给 出了液压 锥 阀阀芯直 径 E变化 时流场 的 C F D解析结果 ， 对解析结果分析得 出如下结论 阀芯直 径 E对阀芯作用力及稳态液动力的影响较小 ．仅会影 响阀口下游漩涡区的形状与强度 。产生的液动力均使 阀芯趋于关闭． 且变化平稳。 参 考 文 献 【 1 ] 路 甬祥． 两 通插 装 阀的流量 系数和液 动力 [J ] ． 液 压气动 与密 封， 1 9 8 3 ， 4 ． 【 2 ] 刘 晓红， 柯 坚． 基于计算 流体动力 学解析 的液压锥 阀噪 声评 价【 J 】 ． 中国机械工程， 2 0 0 7 ， 1 8 2 2 2 6 8 7 2 6 8 9 ． [ 3 ] 王福军． 计算流体动力学分析 第 2版 [ M】 ． 北京 清华大学出 版社． 2 0 0 5 ． [ 4 】 李壮云， 等． 液压元件与系统[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 5 】 张光 函 ， 田淑君． 流体传 动与控制[ M】 ． 成 都 成 都科技 大学 出 版社 ． 1 9 9 9 ． [ 6 】 郁凯元， 盛敬超 ． 关 于内流式锥 阀稳态液 动力方 向的探讨【 J 】 ． 液压与气 动，2 0 0 6 ， 1 o ．