基于Fluent的泵的液压结构流体分析.pdf

基于F l u e n t 的泵的液压结构流体分析 口主三武口蒋益飞口毛龙口杨涛 武汉理工大学机电工程学院武汉4 3 0 0 7 0 摘要针对泵的设计过程中相关结构进行分析改进。该泵可以归结为客积泵。通过柱塞在填料葙里面上下往复运 动实现液体的吸入与排出过程。吸入和排出通过杆阀和闱板来控制。通过流体仿真。分析柱塞、杆阀和阀板的运动过程以 及吸入过程中液体的速度和压力．来对弹簧的刚度、吸入排出通道的大小和相关零件的结构进行相应的调整．使该部分结 构达到预期的工作状态，并在满足强度要求的同时，提高工作效率。 关键词F l n e n t 柱塞式压力泵结构仿真分析 中图分类号T H 3 2 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 4 9 9 8 f 2 0 1 1 0 1 0 0 1 7 0 2 1 泵的液压部分结构及工作原理 泵的液压部分结构示意图如图l 所示 1 吸入过程柱塞在凸轮轴的带动下向下运动。 杆阀在上下液压差的作用下压缩大弹簧．进而向下运 动，水从压盖右端吸入，此时阀板底部与阀座顶部紧 密贴合．关闭出水口。 2 排出过程柱塞向上运动。此时杆阀已运动至 上极限位置，将进水口封住。阀板在压力作用下压缩 小弹簧，进而向上运动，出水口打开，实现水的排出。 此泵为柱塞式压力泵，图示右端为吸入端，左端 为排出端。它可用于高压清洗、水力切割及液压机用 泵、油田用泵等。 2 系统问题分析 泵在工作过程中需要考虑的因素有 1 大弹簧的刚度K 和预压量厶弹簧刚度不足会 造成弹簧压死的现象。在吸人过程中不能及时复位进 而导致液体回流，预压量过大。会导致液体吸入不顺 畅，影响泵的工作效率。 2 阀板的厚度r r ／, 。泵在工作过程中。阀板会重复 地受到液体的冲击作用，厚度过薄会导致变形。影响 其工作性能。 3 杆阀底部的厚度r n z 杆阀在上下运动过程中 也要受到冲击作用。 4 小弹簧的刚度爱和预压量Z 板阀的开合就是 在与小弹簧的相互作用中完成的。选择合适的小弹簧 参数有利于泵的排出过程的完成。 5 吸人排出通道的大小液体在吸入排出过程中 会产生涡流，如何控制通道大小，使液体的吸入排出 更加顺畅也是必须考虑的。 收穑日期2 0 1 0 年8 月 褴 机械制造4 9 卷第5 5 7 期 3 仿真分析 3 ．1 液压系统 部分相关 结构预定 的参数 柱塞直径为 0 ．0 7 5m 。行程为 0 ．0 3m ．杆阀的 质量为0 ．1 4 08 4 k g ，大弹簧的刚 度系数K - - 4 ．9 5 2 N ／r a m 。初始状态 压缩量为8m m 。 阀板的质量为 0 ．1 4 20 5k g ，小弹簧的刚度系数K I ．7 3 0N ／m m ，初始 状态压缩量8m m 。吸入端进口压力为1 0 13 2 5P a ．排 出端压力为1 6M P a ，在这些条件下运用F l u e n t 流体分 析软件，分析杆阀和阀板的运动过程和结构内部的涡 量、流速和压力。 3 ．2 运动速度仿真 运用软件对模型进行简化．假设柱塞从起始位置 运动至复位的一个周期的时间为T 。得出柱塞、杆阀、 阀板的运动速度分布如图2 所示。 通过仿真分析得到如下结果 1 吸人过程阀板保持闭合状态。杆阀的最大行 程为6 ．7 姗。 、 ￡／T O ．0 0 时。因上下表面液压差，杆阀开始下行。 当柱塞下行至0 ．0 2 7m 时 此时t ／T O ．3 0 ，杆阀运动 至最大下行程位置O ．0 0 67m t ／T - - O ．3 7 时，因上下表面液压差，杆阀开始上行。 当柱塞下行至0 ．0 3 0r r l 时 此时t ／T - - O ．4 9 ，杆阀恢复 2 0 l l ／l 回 万方数据 初始位置 2 排出过翟j 杆’阀保持闭合状态，板阀的最大行 程为3 ．8m m 。 。t ／T O ．5 0 时。因上下表面压差，阎板开始上行。柱 塞上行至0 ．0 0 3m 时 此时t ／7 0 ．6 1 ，阀板至最大上 行程0 ．0 0 36n k ‘ t ／1 - - 0 ．9 6 讨。因上下表面压差，阀板开始下行。柱 塞上行至0 ．0 0 0r n 时 此时￡／仕1 ．0 0 ，阀板恢复初始 位置。， 从上述结果和图中可以看出杆阀和阀板在运动至 最大行程后都有个停顿的过程。且杆阀是在t ／T 0 ．4 9 时闭合，柱塞是在t ／T 0 ．5 0 时开始上行，中间不 会产生液体回流的情况。大弹簧的刚度太小，则会导致 回流的情况，大弹簧的刚度越大，则杆阀的最大行程越 小。会导致容积率不大。影响泵的效率d 3 ．3 吸八过程液体速度、压力与涡量分布仿真 图3 显示的是液体流速分布。r 此时杆阀运动至最 大行程位置．液体在涡量较大的地方流速也较大。’ 图4 显示的为在杆阀运动至最大行程时液压结构 内部各处的压力分布图．可以看出此时杆阀的上下的 压力基本相等，大约为0 ．1 7M P a 。 图5 显示的是杆阀在运动至下行极限位置时液压 结构内部涡量分布图，涡量指的是流体速度的旋度，从 图中可以看出在阀板开口附近的涡量较大。为了减小 涡量。可以适当的增加排出口孑L 的大小和弹簧座上内 部孔的大小。 4 结束语 。．利用F l u e n t 软件对泵的液压结构进行流体学分析 可以很好地解决在泵液压结构设计过程中的一些结构 相关参数的选择问题。通过仿真验证液压系统运行状 态，获取流速、压力、涡量、行程的相关参数，同时可以 运用几组参数的对比选出结构的最佳方案。 参考文献 [ 1 ] 。‘朱俊华．往复泵及其它类型采[ M ] ．北京机械工业出版社， 1 9 8 2 ． 回2 0 1 l ，／1 [ 2 ]韩站忠，王敬，兰小平． F L U E N T ；流体工程仿真计算 实例与应用[ M ] ．北京北京理 工大学出版社．2 0 0 4 ． [ 3 ] 温正，石良臣，任毅如．F L U E N T 流体计算应用教程[ M ] ．北京 清华大学出版社，2 0 0 9 ． [ 4 ] 王瑞金，张凯，王刚．F l u e n t 技 术基础与应用实例[ M ] ．北京 清华大学出版社．2 0 0 7 ． △ 编辑凌云 机械制造4 9 卷第5 5 7 期盛 万方数据