立柱液控單向閥的仿真分析與流場可視化研究.pdf

1、液控單向閥是液壓支架的關鍵元件之一，其性能是液壓支架的工作性能的重要保證。液壓支架卸載過程中，液控單向閥常會出現(xiàn)卸載沖擊。劇烈的壓力沖擊不僅影響液控單向閥可靠性，還將影響系統(tǒng)中管路、接頭及安全閥等元件的壽命，嚴重時可能導致支架立柱、元件損壞和引發(fā)安全事故。所以對液控單向閥進行性能分析，卸載沖擊因素分析，以及對閥的內部結構、閥道內壓力、液體流速、氣蝕現(xiàn)象等進行分析研究，對提高液控單向閥的性能，延長使用壽命，進而提高液壓支架關鍵零部件及整機

2、的性能都具有深遠的意義。本文以立柱液控單向閥為對象進行了分析研究，對實際生產應用提供參考。
　　 通過建立立柱液控單向閥的閥芯受力平衡方程和建立了閥口的流量方程和流量的連續(xù)性方程，分析了液控單向閥的動態(tài)特性。
　　 應用AMESim軟件建立了對立柱液控單向閥正向開啟壓力測定、反向開啟控制壓力測定、卸載沖擊的AMESim仿真模型，并進行仿真。得出：(1)壓力為0.26MPa時，閥芯開啟；(2)控制口壓力在2.63MPa時，

3、小閥芯開啟，控制口壓力在24.12MPa時大閥芯開啟。(3)該立柱液控單向閥在卸載過程中存在壓力沖擊。在分析液控單向閥卸載壓力沖擊機理的基礎上，通過改變液控口阻尼孔直徑、閥芯錐角、立柱直徑、負載大小、乳化液體積彈性模量、供液管路直徑等參數(shù)仿真，得出影響該立柱液控單向閥卸載沖擊的相關因素。通過仿真得出：液控口阻尼孔直徑、閥芯錐角、立柱直徑、供液管路直徑、頂梁及立柱剛度對立柱卸載沖擊影響明顯。其中，液控口阻尼孔直徑1mm時該閥液控口阻尼孔的

4、最佳值；閥芯錐角越大，卸載過程中閥芯啟閉次數(shù)越少及引起的壓力沖擊次數(shù)越少；供液管路直徑越大，卸載沖擊越小，閥芯震蕩次數(shù)越小，不會出現(xiàn)閥芯閉合的現(xiàn)象；頂梁及立柱剛度越小，卸載沖擊壓力越大，剛度越大，卸載沖擊越小。
　　 應用FLUENT軟件對閥芯不同半錐角，不同閥座結構，不同開口度的液控單向閥流場進行數(shù)值仿真模擬，獲得流體在不同條件下的流動狀態(tài)，得出(1)閥芯的半錐角越大，節(jié)流口處最大速度分布區(qū)域減小，最大速度減小，增大半錐角卸載

5、時閥口關閉過程中高速液體動量變化減小，有利于減小對閥的壓力沖擊。閥芯半錐角越大，節(jié)流口拐角處形成的漩渦越小，低壓區(qū)域的面積越小，容易發(fā)生氣穴的區(qū)域越小。(2)面接觸的閥座結構能緩解節(jié)流口處的壓力的突變，節(jié)流口處的壓力變化梯度較小，形成的低壓區(qū)面積較小，不容易形成氣穴；面接觸時閥口處的液體流線較為平緩，對閥壁面形成的沖擊較小，隨之能量損失也較小。(3)閥芯開口度越大，閥芯節(jié)流口處最大速度越小，最大速度分布區(qū)域越小，分布于節(jié)流口出口處，有利