大流量安全閥動態(tài)特性仿真與流場數(shù)值模擬.pdf

1、液壓支架是綜合機械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備，而大流量安全閥是液壓支架系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)元件，它保護著整個液壓支架的安全。隨著液壓支架支撐高度和工作阻力不斷增加，對安全閥的要求越來越高，如何使安全閥具有良好的動態(tài)特性、提高安全閥流量己成為廣大設(shè)計者重點研究的問題。
　　 論文以某著名公司生產(chǎn)的大流量安全閥為研究對象，根據(jù)其工作原理和結(jié)構(gòu)特點，建立了安全閥實際工作系統(tǒng)的功率鍵合圖，推導出系統(tǒng)的狀態(tài)方程。根據(jù)狀態(tài)方程，用Matlab/Simul

2、ink軟件建立了安全閥卸載過程的仿真模型。通過仿真得到了閥口的壓力和流量曲線以及閥芯的位移和速度曲線，仿真結(jié)果顯示該安全閥流量為1508L/min，開啟壓力為44.38MPa，關(guān)閉壓力為39.31MPa，安全閥的動態(tài)壓力超調(diào)率為6.51[％]，峰值時間為10.9ms，壓力回升時間為62～73ms。另外利用該模型分析了安全閥關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)(如搭合量、調(diào)定壓力、彈簧剛度、溢流孔形狀等)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能產(chǎn)生的影響，仿真結(jié)果表明減小搭合量、閥

3、芯和彈簧的質(zhì)量，增加安全閥調(diào)定壓力、溢流孔面積和彈簧剛度可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量；減小閥口濾網(wǎng)液阻會減小系統(tǒng)的超調(diào)量，但是會使閥的穩(wěn)定性變差；溢流孔形狀為圓形時，閥的動態(tài)性能最好；適當增加閥芯上密封圈與閥套之間的庫侖摩擦阻力和閥芯內(nèi)部液容可以抑止閥芯振蕩，提高閥的穩(wěn)定性。
　　 根據(jù)安全閥的實際結(jié)構(gòu)和參數(shù)，利用三維建模軟件Proe，結(jié)合計算數(shù)學模型的可行性，建立了安全閥流道的三維幾何模型。在Fluent軟件中對開口量為8.3mm流道

4、模型的流場進行了穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)壓降主要發(fā)生在四排溢流孔的地方，節(jié)流口附近速度值最大，其值達到了290m/s，在過流面積突變處和閥套直角捌角處產(chǎn)生了較大的漩渦。另外對不同開口度和不同壓差條件下的流場進行模擬，仿真結(jié)果表明在閥開口度(8.3mm)一定的條件下，壓差為48Mpa時，節(jié)流口附近的最大速度在285至300m/s之間，最小壓強在-0.105至-0.091Mpa之間；壓差為45Mpa時，節(jié)流口附近的最大速度在276至2

5、90m/s之間，最小壓強在-0.08至-0.07Mpa之間。由此可知壓差越大，節(jié)流口處的速度越大，最低壓強越小，越容易發(fā)生氣蝕，閥套拐角處的漩渦越大，能量損失越大。壓差(45Mpa)一定時，開口度為7.1mm時，閥套拐角處壓強的最小值在-0.0995至-0.0923Mpa之間；開口度為8.3mm時，閥套拐角處壓強的最小值在-0.068至-0.037Mpa之間。由此可知隨著閥開口度的增大，閥套拐角處壓強的最小值在增大，產(chǎn)生氣穴可能性在減小