基于FLUENT插装阀的三维流场模拟与实验分析

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本文研究的插装阀是佛山市恒力泰机械有限公司YP3500型陶瓷砖压机液压系统 的-个二通插装阀V203。在液压系统中.采用锥面密封lJ切断油路实现阀门的开启和关闭 V203插装阀连通伺服阀和活塞杆腔.控制流进流出活塞杆腔的流量.在油路中有着重要的作用。选取此阀来研究有代表性和实用性。

以往学者研究的插装阀结构简单.用二维简化分析.对截面面积进行观察研究.用三维建模仿真分析的较少，而且缺乏实验数据对比分析。本文研究的插装阀主要由阀体 1、阀杯 2、阀芯 3、弹簧 4和端盖 5等组成。

由图 1可知，阀芯的下部有 4处倒角，-处凹槽 ：它的通油孔下端比管道槽稍高.而且阀芯与阀杯通油孔的收稿日期：2013-01-19作者简介：韦翠华(1986-)，女，广东信宜人，硕士研究生，研究方向为机电液控制与仿真。

125231-阀体 2-阀杯 3-阀芯 4-弹簧 5-端盖图 1 插 装阀的结构 图插装阀V203是恒力泰机械有限公司自主研发的。

为了优化结构以降低损耗、提高性能等 .有必要进行深I-Ivdraulics Pneumatics& Seals，NO.06.2013噪声污染。

(a)修改前 (b)修改后图 14 速度云 图3 实验数据和仿真数据根据压差流量特性的测试方案.选取插装阀V203在压机上进行测试。插装阀的阀芯是锥阀阀口.适用压力流量特性公式，为qCaA。、/式中 口--流量：C。广 流量系数；A 阀口通流面积；- - 进出口压差；p-液体密度。

具有半锥角 45的锥阀阀口.其阀座平均直径为dm(dl )/2(3235)/233.5，当阀口开度为 12ram时。

在平 均直 径 33.5ram 处 ，阀 口的过 流 面积 为 ：A。

"trd.(sin (1- sin2 )，计算得 ，A o753.85ram 。实验数据列于表 1中。

表 1 开度 12mm 同工况流量的试验结果本次计算对开口度为 12mm的插装阀进行不同工况的计算分析和对比，其边界条件和仿真数据，如表 2所示 。

表 2 开口度 12mm时边界条件设置和各工况的流量数值模拟计算结果将此仿真结果和实验结果相比较 .仿真所得流量系数要大于实验值 .主要原因有实验中测的压差是阀体油路中的压差，而不是进口和出口的压差 ，包括了油路沿程压力和管壁压力的损失 .测得压差要比实际压差大 ；仿真中没有考虑壁面粗糙度 ，以光滑壁面处理 ，过流处壁面粗糙度对流量是有影响的将仿真结果与实验数据的压差-体积流量曲线(图3-1)相比较，两条曲线的走向趋势是相同的.都是流量随着进出口压差的增大而增大 但在相同压差的情况下.仿真所得的流量值要大于实验测得值。

- 删娼0022OO20 O1800I60 0140 012OO100080.006压差/bar图 15 压差-流量 曲线图4 结论本文用计算流体力学软件 FLUENT， 对插装阀流道内部的流动情况进行了稳态的模拟分析.为插装阀的结构和阀组流道结构设计提供有意义的指导。以陶瓷压砖机液压系统中的-个常用插装阀为模型.首先使用计算流体力学 Gambit对插装阀安装在阀组的流动区域进行几何建模 ：然后对流场模型进行非结构化网格划分 ，设置边界条件 .在求解器对模型进行求解迭代得到模拟数据。文中对阀口开度为 12mm和 7mm时的压力分布云图，速度分布云图，速度矢量图进行分析，修改阀芯结构后对同-开口度时对称面的压力、速度进行对比分析.将仿真数据和实验数据进行对比分析。

得到以下几点分析结果：(1)在节流口处 ，开口度越大，压差越小，速度达到的最大值越小，但是速度矢量分布均匀：(2)在凹凸处、尖角突变处、流体汇合处、密封腔内容易形成旋涡区.开口度越大 。漩涡区越小，漩涡区的形成是液压锥阀产生能量损失和流体噪声的根源：(3)修改阀芯结构时，减少尖角突变和凹凸槽，可以使壁面压力和速度分布相对均匀些 .主流与壁面的分离程度减少了，漩涡的形成减弱了：(4)由于测得压差比实际的大。仿真的压差比实际的小.所以仿真算得流量系数比实验值大，仿真结果与实验数据的压差-体积流量曲线的吻合性不够理想.但是走向-致15 瓣 荔 液压 气动 与密 封/2013年 第 06期柱塞倾斜轴向柱塞泵运动特性多体仿真赵 虎，张 森，权 龙(太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024)摘 要：柱塞在缸体内的运动规律直接影响柱塞泵的动态性能和工作寿命.为了了解倾斜角布置柱塞式轴向柱塞泵的运动特性，结合理论分析和基于软件 ADAMS的多体动力学仿真方法 .研究了柱塞球头部位中心的轴向运动规律和圆周运动规律.以及柱塞微运动对上述运动规律的影响，通过对柱塞吸压油过程运动特性的分析 ，更加直观地了解了柱塞在柱塞腔内的运动状态，可了解泵启动阶段运行的平稳性.研究工作也有利于缩短泵的研制周期关键词：轴向柱塞泵；倾斜柱塞；运动特性：ADAMS中图分类号：TH137.5 文献标识码：A 文章编号：1008-0813(2013)06-0016-04Kinematic Simulation and Analysis of Axial Piston Pump with Inchned PlungerZHA0 Hu，ZHANG Sen，QUAm Long(Key Laboratory of Advanced Transduceers And Inteligent Control System，Ministry ofEducation China，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China)Abstract： According to the current research status of swash plate axial piston pump.the kinematic characteristics of the pump witl pistoninclination angle is analysed.The analysis of the ADAMS simulation mode of the inlet and outlet units of pump reflect the real motion stateof the piston in the cylinder piston chamber， geting the axial motion law and circular motion law of the plunger sphere center. Theconclusion of this study will help the further research of the inlet and outlet units in the tapered cylinder piston pump.This study resultscan provide a accurate reference to the pump of same type，and shorten the development cycle of the pump。

Key words： axial piston pump； inclined plunger； kinematic characteristics； ADAMS0 引言根据柱塞腔和主轴之间的位置.柱塞泵缸体可分为圆柱形缸体和锥形缸体.当柱塞轴线和柱塞泵主轴平行时，缸体为圆柱形缸体：当柱塞轴线和柱塞泵主轴之间存在-定的夹角(即柱塞倾角)时，缸体为锥形缸体，缸体的形状不同.柱塞泵的运动规律也不 ”。

收稿 日期：2012-12-31作者简介：赵虎(1981-)，男，山西朔州人，博士研究生，现从事机械电子学科和检测技术与自动化装置领域的研究工作。

锥形缸体轴向柱塞泵柱塞主要包括两方面的运动，-种是主轴带动缸体、柱塞和滑靴绕主轴中心的旋转运动：另-种是压力油和滑靴对柱塞的作用 。使得柱塞在缸体柱塞腔内做往复直线运动.所以柱塞的运动就是由绕缸体轴线回转运动和在缸体内沿轴线往复运动的合成运动国内有许多有关轴向柱塞泵研究工作的报道.文献1]对柱形缸体轴向柱塞泵进行了理论分析与研究 .得出了柱形缸体轴向柱塞泵的运动方程与流量方程.为研究轴向柱塞泵的运动状况提出了理论依据。文献在 FLUENT仿真的基础上.通过和实验数据进行对比.对流量系数计算和压差流量的变化趋向发展观察.说明用计算流体力学软件 FLUENT得到的仿真结果和实际情况基本靠近。这对插装阀和阀组的结构优化设计起着重要的参考作用。提供理论指导。在生产与改进中节省时间和费用。具有非常重要的实际意义。