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2 0 1 2年 3月 第 4 0卷 第 5期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS Ma r ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 5 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 5 ． 0 4 4 阀座带锥的圆锥阀流场分析 郑淑娟 ， 靳长泉 华北水利水电学院，河南郑州 4 5 0 0 1 1 摘要对阀座带锥度的锥阀流场进行了数值模拟，通过分析得到了流场内部的压力场、速度场值等流场特征参数。根 据锥阀在不同工况下的流量和阀口压力分布，可求得阀芯受到的轴向力和流量系数。所得结果为求得锥形阀芯溢流阀特性 提供了依据。 关键词锥阀；流场；压力分布 中图分类号T H1 3 7 ． 5 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 51 4 3 2 An a l y s i s o f Fl o w Fi e l d i n Co ne Po pp e t Va l v e wi t h Se a t Cha mf e r Z H E N G S h u j u a n ，J I N C h a n g q u a n N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r ， Z h e n g z h o u H e n a n 4 5 0 0 1 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c h a r a c t e r i s t i c p a r a me t e r s o f p r e s s u r e c o n t o u r a n d v e l o c i t y v e c t o r w e r e o b t a i n e d b y a n a l y z i n g t h e n u me r i c a l s i mu l a t i o n t o t h e fl o w fi e l d i n s i d e c o n e p o p p e t v a l v e wi t h s e a t c h a mf e r ．T h e a x i a l f o r c e a n d d i s c h a r g e c o e f fi c i e n t c o u l d b e i n f e H ．e d b y t h e f l o w r a t e a n d p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n a t g a t e o f t h e v alv e u n d e r d i f f e r e n t wo r k i n g c o n d i t i o n ．T h e r e s u h s p r o v i d e r e f e r e n c e f o r o b t a i n i n g t h e c h a r - a c t e ris t i c s o f t h e c o n e r e l i e f v a l v e ． Ke y wo r d s P o p p e t v alv e ；F l o w f i e l d；P r e s s u r e d i s t r i b u t i o n 溢流阀作为一种压力控制阀，能够实现调压、稳 压、限压的作用，在液压系统中被广泛使用 ，其调压 偏差、流量特性等静特性直接影响整个液压系统的工 作特性。对于锥形阀芯溢流阀的静态特性计算 ，相关 文献已有很多，但是大部分计算都是针对阀座无锥面 的溢流阀进行 。对 阀座带锥 的圆锥 阀芯溢 流阀静 特性 的研究采用集 中参数法进行分析 ，理论推导过 程中需进行一定的简化和经验取值。实验研究过程中 由于试验 台泵容量 的限制 ，研究 的工况有 限 。利用 计算机仿真不仅节约成本 ，而且周期短 ，涉及工况 多。作者通过对该阀内流场进行三维 C F D仿真，得 出了阀芯、阀座带锥的圆锥阀在不同工况下的流量和 阀 口压力分布 ，为在计算采用此类 阀芯 的溢流 阀流量 特性所需的流量系数 ，计算调压特性时所需的阀芯受 到的轴向力提供了取值依据，有助于更准确地进行液 压系统建模。最后给出了流场内部的压力场、速度场 可视 化结果 。 1 计算模型及网格划分 图 1 为所建立的锥 阀模型。阀座锥度与阀芯相 同，阀口为锥体通道。 由于阀座有锥面，节流口是锥体通道，压力梯度 大，是重点研究部位，因此在划分网格时进行了局部 细化，同时在仿真计算的过程中以压力梯度作为自适 应函数，对网格进行 自适应，有助于解的收敛。流场 网格划分如图2所示。 图 1 锥 阀模 型 图 2 网格划分 2 计算仿真 通过改变阀的出口压力，仿真 了阀在不同开 口 度 ，不 同进 出 口压差下 的流场情况 。图 3为 阀在不 同 工况下 的流量 曲线 。从 图中可 以看 出在压差较小的情 况下 ，不同的开 口度差别较小 ，压差增大时，开口度 越大流量增加越明显。而且同一开口度大压差时随着 压差的增加流量增加较缓慢。 收稿 日期 2 0 1 l一 0 3 0 7 基金项 目河南省科技计划项 目 1 0 2 1 0 2 2 1 0 2 2 2 作者简介郑淑娟 1 9 8 1 一 ，女，硕士 ，讲师，主要从事液压传动与控制的教学与研究工作。E m a i l z s j n c w u ． e d u ． a n 。 1 4 4 机床与液压 第4 O卷 3 2 ． 5 2 1． 5 蔷 - 0． 5 0 o 1 2 3 4 5 压差， MPa 图 3 阀的流量曲线 图 4 给 出开 口度为 1 ． 0 m m，不 同压差时 阀芯 锥部 、阀座锥 部及 阀座人 口处 的压力分布 ，通 过对压 力分布进行面积积分 ，很容易得到阀芯受到的轴向 力。比较图4和图6的数值可以看出阀口部位压力分 布在阀口横截面分布并不是数值计算时采用的常数， 阀座锥部的压力值在对应位置要低于阀芯锥部的压力 值 ，从压力云图7中也可明显看出，而且差值较大。 4 3． 5 3 2． 5 委 出 1 ． 5 l O ． 5 0 o 5 1 0 l 5 坐标 值， r l O mm 图 4 阀座锥部的压力 分布 0 5 l O l 5 2 0 2 5 坐标 值， m 图 5 入 口处阀座面上的压力分布 O 2 4 6 8 l 0 1 2 l 4 坐标值『 u m 图6 阀芯锥部的压力分布 从图6中可以看出阀芯底面的压力分布在与阀座 锥部重合的部 位压力最低 ，整个溢流通道是呈 凹形 曲 线分布，所以在进行轴向力计算的过程中不能简单采 用平均面积进行积分计算 ，也不能简单认为压力呈直 线递减形式分布，否则所算得的结果误差较大，如果 根据流场仿真的压力分布结果将压力分布沿阀芯底面 进行积分，结果将更接近实际情况。 篇幅所 限 ，在此 给 出阀 口开度 为 0 ． 6 m m压 差 、 为 2 ． 5 M P a 时阀内流场 的压力云 图 图 7 和速度矢 量 图 8 。 图 7 压力 云图 图 8 速度矢量 图 3结论 通过对阀座带锥的液压锥阀进行不同开度不同边 界条件的流场仿真，得到阀内流动参数。阀座带锥的 锥阀在阀口处的压力分布是凹形曲线分布，不是简单 的直线递减，不能按照传统的按平均面积积分来计 算。根据仿真得到的压力分布可以对阀锥底部进行积 分得到与实际更加接近的轴 向力 ，以便列写阀的力平 衡方程 ，根据流量曲线建立阀口流量方程，由此建立 的阀静特性模型将更加准确 。 参考文献 【 1 】 唐兵， 吕睿华， 卢垄， 等． 新型高压水压数字溢流阀的静动 态特性分析与研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 8 1 1 71 1 9 ． 【 2 】 刘春生， 刘元林． 阀口动压反馈低压溢流阀的研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 1 1 9 6 9 8 ． 【 3 】 刘元林， 刘春生， 张艳军． 具有阀座面的圆锥阀芯直动式 溢流阀静特性的研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 6 8 O一 8 2 ． 【 4 】S h i g e r u O S H I M A， T I m o L E I N O ． E x p e r i m e n t a l S t u d y o n C a v ． i t a t i o n i n Wa t e r H y d r a u l i c P o p p e t V al v e [ C] ． 日本机械学 会论文集， 2 0 0 2 ． 3 2 9 3 5 ． 6 5 4 3 2 1 0 _ 窆、 幽 6 S 4 3 2 l 0 日 窆、 R 坦
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