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液 压 气 动 与 密 M2 0 1 1年 第 3期 缝 隙区 2电 磁 闽气 遭 2 D几 何 模 型 图 3 模 型分 割 乐 意 图 图 4为上 阀腔区与左右缝 隙区的局部放大 图。 图 中局部放大 3和 4为缝隙。需要说明的是， 当动铁芯开 度 为 0时 ， 阀 芯和 阀座 间 的接 触 面 图 4中局部 放 大 l 和 2 应该完全重合在一起 ， 但是由于 F l u e n t 本身功能 有限， 不能在计算过程 中改变边界状况 ， 故在动铁芯阀 座之间保留了一层非常小尺度的网格[2 1 。 图 4模 型 分 割 局 部 放 大不 意 图 对各个部分进行网格划分 ，由于在下文中将应用 弹 簧 光滑 法 和局 部 重构 法 实 现 网格 的实 时 动态 变 化 ． 因此使用三角形网格[ 3 1 。 设置边界条件类型 人口和出口均使用压力边界 条件 ，同时将动铁芯对应 的所有边进行统一命 名为 V a l v e 。 以便于在下文中进行动网格区域设置。完成以上 所有工作以后 。 输出网格文件。 1 ． 2物理模 型设置 利用 F l u e n t 2 D单精度求解器进行计算， 读人并检 查网格 ， 设置长度单位制。选择非稳态求解模型 ， k 一 湍 流模型 ， 材料属性和操作条件均使用程序默认 空气密 度 p 1 ． 2 2 5 k g ／ m 3 ， 空气动力黏度 l 7 ． 8 9 4 1 0 m s ， 操作压力为 1 0 1 ． 3 2 5 x 1 0 P a ， 设置入 口总压为 l O k P a ， 出 口压 力 默认 为 0 k P a ， 电磁 阀 气 道 内壁 粗 糙 度 值 为 0． 0 032 ram。 选择动网格模型 ， 并选择网格更新模型为 弹簧光 滑法和局部重构法 ， 其参数采用软件默认。 编译 U D F程序，此程序用于控制动铁芯的运动规 律 ， 程序如下 1 4 i n c h J d e i n c l u d e ” u d f ． h” DEF I NE CGMO ，I ’ I O N v a l v e ， d t ， c g _ _ v e l ， e g _ _ o m e g a ， t i m e ， d t i m e { i f t i me O ． 0 1 ／ *阀芯运动时间 { ／ e g _ v e l [ 1 ] 一 0 ．0 5 ； ／ *阀芯运动速度 ， e l s e c g _ v e l [ 1 ] 0 ． 0 1 ， 程序结束 ， 设置动网格 区域 ，将上文提到的阀芯的所有对应 边 v a l v e设置为刚体 ，其运动规律默认 为由上述 U D F 程序进行控制。 1 ． 3求解设 置 对 所 有 区域 进行 初 始 化 ， 迭 代 时 间 步 长 设 为 0 ． 0 0 0 5 s ， 时间步数为 3 0 ， 最大迭代数为 2 0 0 0 ， 设置每个 时间步对数据 自动保存 ， 开始进行迭代计算 。另外 ， 在 进行迭代之前也可以进行动画设置。 2 计算结果 2 ． 1 动铁芯匀速运动规律时计算结果 设动铁芯为匀速运动．设置动铁芯的运动速度分 别 为 0 ． 1 m ／ s 、 0 ． 0 5 m ／ s 、 0 ． 0 2 5 m ／ s 、 0 ． 0 1 m ／ s 、 0 ． O 0 5 m ／ s ，图 5 为人 E l 压力为 1 0 k P a时，动铁芯在不同运动速度情况 下 ， 作用在动铁芯上的轴 向气动力的变化规律。 4 l J 开府如I速度 H ’f 开 n J量一轴 向 ￡ 动力对比 图 5不 同运 动 速 度 F开 13度 轴 向气 动力 关 系 曲 线 从 图中可以看出， 当动铁芯的运动速度不同时 ， 作 用在动铁芯上的轴向气动力随开 口度 的变化趋势是一 样 的 ， 即随 着开 IZ I 度 的增 大 ， 轴 向气 动 力 的性 质 由推 动 动铁芯 向下运动逐渐变为阻碍动铁芯向下运动。完全 开启后 ， 轴 向气动力的作用方向均向下。其中当动铁芯 运动速度为 0 ． 1 m ／ s 时 ，在开启过程中轴向气动力始终 是阻碍动铁芯向下运动 。 随着运动速度的增大 ．开启过程中轴向气动力的 阻碍作用增强 ， 因此 ， 为了电磁 阀能够高速开启 ， 所需 的开启控制力也需要加大。 2 ． 2 动铁芯匀加速运动规律时计算结果 设动铁芯为匀加速运动 ． 设置动铁芯的加速度分 下转第 2 l 页 丽 一， ● ● ● ● ● ． ● ● ● ● ． ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 旌 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， NO ． 3 ． 2 0 1 l 数 。若是想要在很短的位移 内就可以输出很大的阻尼 力 如锁紧装置 ， 起到刚性支撑的作用 。那么就要选用 动力黏度较大 、体积弹性系数较大的油液作为工作介 质 。 并且要求活塞与活塞缸之间的间隙较小 。 对于以耗能为主的阻尼器 如桥梁上抗强震用的 阻尼器 ， 动力黏度系数不应太小 ， 否则达不到耗散能 量的 目的 ．而且应选用体积弹性 系数小的油液和间隙 较大的活塞与活塞缸配合 ， 否则响应位移太小 。 进而耗 散能量太少 ． 达不到耗能的 目的。 参 考 文 献 【 1 】 金朝铭． 液压流体力学[ M】 ． 北京 国防工业大学 出版社 ， 1 9 9 4 ． 【 2 】 C O N S T A N T I N O U M C， S Y MA N S M D ． E x p e ri me n t a l s t u d y o f s e i s mi c r e s p o n s e o f b u i l d i n g w i t h s u p p l e me n t - fl u i d d a m p e J 】 ． J o u r n a l o f S t r u c t u r al E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 3 ， 2 9 3 ． 1 3 2 ． 一 - - - - - 4 -- - 上接第 l 4页 别为 4 0 n ti s 、 1 0 m ] s 2 , 2 ． 5 m ／ s 2 ． 0 ． 4 m ／ s ， 图 6为人 口压力为 1 0 k P a时， 动铁芯在不同加速度情况下 ， 作用在动铁芯 上 的轴 向气 动力 的变 化规 律 。 小同丹房速度 时井 几度-- l；,J C 动力 兰 R 蔷 尽 一 暴 一 l “ -2 0． 4 m ／ s l 0o 0 0 0 05 0 0 0 0 0 o 1 g 0 0 2 o 0 0 0 0 o 4 o o 井几度／ mm 图 6不同加速度下开 E 1 度 轴向气 动力关 系曲线 从图 6中可以看出 ．匀加速运动时作用在动铁芯 的轴向气动力变化规律与匀速运动时是一样的。随着 加速度的增大 。开启过程 中轴向气动力 的阻碍作用增 强 ， 这也和匀速运 动相似 ， 可见 ， 动铁芯运动速度与开 启控制力是 同时增长的。 2 ． 3不同入 口压力时计算结果 设入 口压力分别为 l 0 k P a 、 2 0 k P a 、 5 0 k P a ， 图 7为动 铁芯作 0 ． 0 5 m ／ s 匀速运动时， 动铁芯在不同入 口压力情 况下 。 作用在动铁芯上的轴向气动力的变化规律。 八几压力H ．I n艘一 轴 1 C 哥 l 力 暑言 言 6 苫 三苫 6 6 窨 苫 詈 。 苫苫 苫 6 6 c 靶 6 6 6 6 。 井几度， II Im 图 7 不 同人口压力下开 口度轴 向气动力关系曲线 从图 7中可 以看 出， 随着入 口压力的增大 ， 开启过 程中轴向气动力 的阻碍作用减弱 ． 当人 口压力为 5 0 k P a 【 3 】 杨 叔子 ， 杨 克冲． 机 械工程控制基 础【 M】 ． 武汉 华中科技 大学 出版社 ． 2 0 0 5 ． [ 4 】 刘坤． MA T L A B自动控制原理 习题精解【 M】 ． 北京 国防工业出 版社 ． 2 0 0 4 ． [ 5 】 MA K R I S N， D A R G U S H G F ， C O N S T A N T I N O U M C ． D y n a mi c a n a l y s i s o f g e n e r a l i z e d v i o e l a s t i c fl u i d s [ J ] ． J o u r - h a l o f E n gin e e ri n g Me c h a n i c s ， 1 9 9 3 ， l 1 9 8 ． 【 6 】 王福 军． 计算 流体 力学分析C F D软件原理 与应用【 M】 ． 北 京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 7 ] 赵学 端 ， 廖 其奠． 粘性流 体力学【 M 】 ， 北京 机械工 业出版社 ， 1 9 8 3 ． 【 8 】 周云． 耗 能减震加 固技 术与设计方法[ M 】 ． 北 京 科学 出版社 ， 2 O O 6 ． 【 9 J 丁建华． 油缸孔 隙式粘滞阻尼器理论与性能试验[J 】 ． 世界地震 工程 ． 2 0 0 1 1 ． 时 ．整个开启过程中轴向气动力的作用完全是推动动 铁芯向下运动。 3 结语 从以上的仿 真结果和分析可以得出 开启过程中， 作用在动铁芯的轴向气动力总是由推动动铁芯向下运 动逐渐变为阻碍动铁芯向下运动 ；随着动铁芯运动速 度 匀速和匀加速 的增大 ， 这种阻碍作用越来越强； 随 着人 口压力的增大 ， 阻碍作用变小 ， 当人 口压力大于一 定值之后 ，整个开启过程轴向气动力为推动动铁芯向 下运动 。可见 ， 高速 、 低压需要较大的开启控制力 ， 低 速 、 高压则需要较小的开启控制力。 参 考 文 献 【 1 】 刘华坪， 陈浮， 马波． 基 于动网格与 U D F技术的阀 门流场数值 模拟【 J 】 ． 汽轮机技术， 2 0 0 8 5 0 ， 2 ． 【 2 】 郑丽． 大流量减压 器的特性研 究及 内部 流场动态仿 真【 D 】 ． 国 防科学技术大学硕士学位论文， 2 0 0 7 ． 【 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 】 李进 良， 李 承曦， 胡仁喜． 精通 F L U E N T 6 ．3流场分析【 M】 ． 北京 化学工业出版社． 2 0 0 9 ． [ 5 】 包海涛． 基 于 F l u e n t 液压 阀流场 的动态仿真及可视化研 究【 J ] ． 制造技术与机床， 2 0 0 8 2 ． 【 6 】 郑 淑娟． 阀芯运动过程液压锥 阀内部流场 的 C F I 计算【 D 】 ． 太 原理工大学硕士学位论文． 2 0 o 5 ． 【 7 】 姜毅， 郝继 光， 傅德彬． 导弹发射 过程三维非定常数 值模拟【 J 】 ． 兵工学报． 2 0 0 8 8 ． 21
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