石金艷龔煌輝李 輝

（1.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 株洲 412001）（2.四川川潤(rùn)股份有限公司 成都 610031）

1 引言

在各類液壓閥中，液壓錐閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能好，得以廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)中。液壓錐閥的主要部件有閥芯、閥座及附屬的彈簧、密封件等。液壓錐閥安裝方便，只需將閥芯插入閥體或閥塊的插孔內(nèi)，通過(guò)控制蓋板與閥體或閥塊間的螺釘聯(lián)接實(shí)現(xiàn)固定。盡管閥套、閥體插孔和蓋板三者間的相關(guān)尺寸基本標(biāo)準(zhǔn)化，但組件內(nèi)部的一些尺寸如閥芯形狀及尺寸、閥套內(nèi)孔與閥芯配合的形狀及尺寸等，均可由設(shè)計(jì)人員自行給定，其中，閥芯形狀及尺寸對(duì)液壓錐閥性能影響最明顯。本文研究閥芯頸部直徑對(duì)液壓錐閥的流量特性的影響。

采用CFD方法，對(duì)液壓錐閥進(jìn)行流體解析，得到液壓錐閥的不同閥芯頸部直徑對(duì)流量特性的影響，為液壓錐閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論一定的參考。

2 液壓錐閥的結(jié)構(gòu)分析

研究選擇了某錐閥作為案例，如圖1所示，該液壓錐閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：A=90°，B=16.5mm，C=4mm，D=6mm，F(xiàn)=130°，G=130°，D為閥芯頸部直徑值。如圖1所示，箭頭方向?yàn)橐簤河偷牧鲃?dòng)方向；圖中I區(qū)、II區(qū)均為兩個(gè)旋渦產(chǎn)生區(qū)。液壓錐閥的內(nèi)部閥腔結(jié)構(gòu)對(duì)稱，內(nèi)部流動(dòng)對(duì)稱，研究中我們只取流動(dòng)區(qū)域的一半作為計(jì)算對(duì)象以減少計(jì)算工作量。

圖1 錐閥的基本結(jié)構(gòu)

3 液壓錐閥建模

把圖1的流體區(qū)域作為計(jì)算區(qū)域，采用I-deas軟件對(duì)液壓錐閥進(jìn)行三維建模；接著，采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，在閥的進(jìn)口和出口部分液壓油的流速和壓力變化緩慢，可以采用較粗的網(wǎng)格；在液壓錐閥的閥口處有節(jié)流效果，壓力變化較大，液壓油的流速較大，此處的網(wǎng)格做了初步細(xì)化，同時(shí)在出口拐角處區(qū)域做了局部細(xì)化。網(wǎng)格劃分好后導(dǎo)入流體分析軟件Star-CD中對(duì)液壓錐閥進(jìn)行仿真計(jì)算。

對(duì)液壓錐閥進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，對(duì)所建模型作如下規(guī)定：1）液壓錐閥是理想錐閥，其閥芯與閥套配合精準(zhǔn)無(wú)間隙；2）液壓油為不可壓縮、恒定的牛頓流體（即速度梯度變化時(shí)，動(dòng)力粘度μ不變）；3）因液壓錐閥的閥體尺寸很小，忽略液壓油重力以及閥腔內(nèi)部液壓油傳熱的影響；4）液壓油的參數(shù)設(shè)定：密度ρ=880kg/m3，進(jìn)口壓力P1=5Mpa，出口壓力P2=0Mpa；5）如圖2所示為邊界條件的設(shè)定。

圖2 錐閥模型的邊界條件

4 仿真結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)液壓錐閥的閥芯頸部直徑參數(shù)從4mm增加至16mm，其中變化的梯度為2mm，對(duì)液壓錐閥的進(jìn)行三維建模并完成CFD仿真，得到液壓錐閥對(duì)應(yīng)的流量曲線如圖3、圖4所示，得到錐閥的流量系數(shù)曲線如圖5、圖6所示。

圖3 相同閥口開(kāi)度下的流量

圖4 相同閥芯頸部直徑參數(shù)的流量

圖5 相同閥口開(kāi)度下的流量系數(shù)

圖6 相同閥芯頸部直徑參數(shù)的流量系數(shù)

從圖3和圖4可得，在相同閥口開(kāi)度下，液壓錐閥的閥芯頸部直徑從4mm變化到16mm，流量大小基本不變。隨著閥口開(kāi)度的增大流量變大，其中在閥口開(kāi)度為0.3mm時(shí)，流量為36L/min左右，當(dāng)閥口開(kāi)度為2.4mm時(shí)，流量約為214L/min。因此，我們得到在相同的閥口開(kāi)度情況下，液壓錐閥的閥芯頸部直徑參數(shù)變化不會(huì)引起流量的變化。

從圖5看到，閥口開(kāi)度為0.3mm的流量系數(shù)曲線離其他的曲線相隔較遠(yuǎn)，其余曲線均比較平直集中，流量系數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)值為0.87左右。

從圖5和圖6可得，當(dāng)液壓錐閥的閥口開(kāi)度處于0.3mm～0.6mm時(shí)，液壓錐閥的流量系數(shù)有一定的波動(dòng)，隨著閥口開(kāi)度的增大而減小。而閥口開(kāi)度在0.6mm～2.4mm時(shí)，液壓錐閥的流量系數(shù)基本不變保持在0.87左右。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不同液壓錐閥閥芯頸部直徑參數(shù)進(jìn)行了液壓錐閥的建模及仿真分析，對(duì)其流量及流量系數(shù)進(jìn)行分析得到下列結(jié)論：液壓錐閥對(duì)應(yīng)相同閥口開(kāi)度下，閥芯頸部直徑參數(shù)的變化基本不會(huì)引起流量的變化；流量系數(shù)隨閥芯頸部直徑參數(shù)的變化基本保持不變約為0.87。