基于Fluent的液压滑阀阀芯卡紧力研究.pdf

l 1 4 机床与液压 第3 9卷 7 7 77777 a 阀芯 与 阀套 同心 b 阀 芯歪 斜 图 3 阀芯 的同心与歪斜 O ／ 0 ． 0 3 。 1 ． 2 网格 划分 由于对称性 ，在划分 网格 时只需对半个模型进行 划分。考虑到阀芯与阀套的间隙 油膜厚度与均压 槽尺寸差异巨大 ，因而采用分块网格划分的方式 。 油膜厚度尺寸较小 0 ． 0 1 5 m m ，但却是分析的 重点 ，因此在油膜厚度方 向上分 4段 ， 向尺寸相对 较大 ，分成 1 0 0等份 ，在这个面上生成面 网，在半段 圆弧方 向上分成 2 0 0等份 。薄壁缝 隙的总 网格为 8万 个六面体 网格 4 x1 0 0 x 2 0 0 8 0 0 0 0 。 对均压槽进行网格划分时 ，需要将均压槽从模型 中分离出来。用和划薄壁相同的方法来划分均压槽的 体网格 ，只是在 网格密度上要小一些 ，如图 4所示 。 图 4 模型上对称 面的网格划分 图 1 ． 3 边界条件设置及假设 由于流体在阀芯与阀套的缝隙间流动 ，其接触边 界均设 为 静止 壁面 ，即选 择 Wa l l ，人 口的边 界条 件 采用 P r e s s u r e ． i n l e t 1 0 M P a ，出 口的 边 界 条 件 采 用 P r e s s u r e o u t l e t 2 MP a ，压差 为 8 M P a ，设置流体密度 P 8 7 0 k g ／ m ；动力黏度为 ／ x 0 ． 0 2 2 5 P a S ；传导 系 数 k 0 ． 0 2 6 3 8 w／ m K ；比热为 C1 0 0 6 J ／ k g K，如 图 5所示。 压 力 入 口 图5 一条矩形槽时半个模型的网格划分 为了便于仿真 ，作者还做 了一些假设 假设 阀芯 与阀套都是完全精确的圆柱体，而且径向间隙中不存 在任何杂质，径向间隙处处相等；忽略流体重力与阀 腔内部立体传热的影响；流体为不可压缩的牛顿流体 且其 流动 为单相层流。 2 歪斜时的阀芯卡紧力分析 在 阀芯与 阀套 同心且没有发生歪斜的情况下 ，小 管是否在 阀芯上 开均 压槽 ，理 论 上都不 会 产生 紧 力 ，所 以文 中只研究正 圆柱 阀芯歪斜的情况下 ，不 形状 、数量 的均压槽对卡 紧力的影响。 2 ． 1 无均压槽时卡紧力分析 由图 6 、7可 知 ，阀芯 歪斜 时壁 面 上 的压力 沿 向分布不均 上对称面人 口处缝隙较大 ，压力下 降较 慢，出口处缝隙较小 ，压力下降较快，压力曲线呈凸 型 ；下对称 面入 口处缝 隙较小 ，压力下降较快 ，出 口 处缝隙较大 ，压力 下降较 慢 ，压力 曲线 呈 凹型 ；上 、 下两对 称面的壁面压力沿 向 的变化 规律 正好相 反 ， 所以上下两对 称面的 曲线关 于两端 点连线 图 7 b 中的直线 对称 ；由凸凹两 条 曲线所 组成 的封 闭纺 锤形区域就是上 、下 两对称 面不平衡 径 向力的 表现。 区域面积的大小反映了阀芯径 向不平衡力 的大小 无 均压槽 阀芯发生歪斜时的卡紧力 为 F1 2 ． 4 8 l 7 N 。 图6 无均压槽阀芯歪斜时壁面压力分布云 ～ ⋯ 一 a 上 、下对称 面 的压力 云分布 图 塞 ． R 出 柏 箍 位置／ mm b 上 、下对 称面 的二维 压力 曲线 图 7 无均压槽时上 、下埘称面的压力分布 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 呻 第 l 5期 陈奎生 等 基于 F l u e n t 的液压滑阀阀芯卡紧力研究 1 1 5 2 ． 2 阀芯开均压槽时卡紧力分析 由图8可知开 3条矩形槽的二维压力曲线整体呈 凸状 ，有径 向不平衡力 的区域被分 成了 4个 区域 ，相 应 的纺锤形 区域 的面积也 因为对角线的变短而缩小 了 面积 ，由此可知开 3条矩形均压槽 比不开均压槽 时卡 紧力小 。 1r⋯ 一 ■ ⋯ 一 一I ⋯■ J ， zL f a 上、下对称面的压力云分布图 矗 { 趣 位 置 ／ ram b 上、下对称面的二维压力曲线 图 8 3条矩形槽时上、下对称面的压力分布 由图 8 b 中从 入 口到 出 口的 4段纺锤 形 的变化 斜 率可知 ，从人 口到 出口随着压力 的减小 ，每段产生 的卡紧力逐渐 增 大。开 三条 矩形 槽 时 为 F 0 ． 7 2 1 8 N，开 3条矩形均压槽 后 ，卡 紧力减A , N 了没 开槽 时 的 5 ． 6 ％ 。 由图 9可知 ，开 5 条 矩形槽 的二维压力 曲线 比较 凸 ，而且从 入 口到出 口随着压力 的减小每段 的径 向力 逐渐增大。开 5条 均 压 槽 的 时候 把 卡 紧力 分 成 了 6 段 ，相应的纺锤形区域 的面 积变得 更小 ，因而 ，开 5 条均压槽 比开 3 条均压槽时的卡紧力更小。由计算结 果 可知开 5条矩形 槽的卡紧力为 F 0 ． 3 4 0 1 N，开 5条均压槽 以后 ，卡紧力减小 到了没 有开槽 时的 3 ％ 。 由图 1 0可知开 5条三 角形槽 的二维压 力 曲线相 对 比较平直。有径向不平衡力的区域被分成了6个区 域 ，由图 l 0 b 可知，各段纺锤形几乎大小相同，变 化斜率也几 乎差不多 ，也就是说开 5 条 三角形槽时从 入 口到出口随着压力逐步减小，每段产生的卡紧力几 乎不变，相应的纺锤形区域的面积较开五条矩形槽时 小，由此可知开 5条三角形均压槽时卡紧力更小。即 在相 同情况下矩形槽 的总壁面压力 比三角形槽大 。由 一 _⋯ _ ] | r r 一■0 0■■． 荫 R 幽 拍 艋 a 上 、下对 称面 的压力 云分 布 图 O 1 2 3 4 5 6 位 置／ mm b 上 、下对 称 面 的二 维压 力 曲线 图9 5条矩形槽时上、下对称面的压力分布 目 窆 R 怕 槛 V ～ ⋯ 一 r 一 ▲ 一 ▲一 上 、下对 称 面 的压 力云 分布 图 U 1 2 j 4 5 b 位 置／ ram b 上、下对称面的二维压力曲线 图 1 O 5条三角形槽时上、下对称面的压力分布 2 ． 3 矩形槽和三角形槽对卡紧力的影响 以开5条均压槽的情况为例，由图9 b 、1 0 b 可知 ，开 5 条 矩形槽 在相 同情况下 ，流体对壁面 的压 下转 第 1 4 3页 ∞ 仰 仰 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ■- ■ ■●■■■■_ ● V ▲ ， 叶 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 惦 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 锥 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ “ t●●●●●7 r●●t 5‘●●●3 l 2 ■●_ 誓●●●■■■● ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 仰 ∞ 仰 l 9 8 7 6 5 4 3 2 町 加 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 第 1 5期 张丹 等 最优冲击响应小波在振动信号分析中的应用 1 4 3 4 C 中清楚显示 1 6 5 H z 处存在峰值，正好对应内圈 故障特征频率，也就意味着内圈存在缺陷。 按照同样的方法处理处圈故 障信号，如图 5示。 图 5 C 中可以清楚看到 1 1 0 、2 2 0 、3 3 0 H z 处存在峰 值，分别对应 1 倍 、2倍、3倍外圈故障特征频率， 说明外圈存在缺陷 。 5 三 0 面 馨 ．5 4 2 0 一 ．4 0． 06 旦0 ． 0 4 0． 02 督 0 0 lO0 2 00 3 00 400 5 00 6 00 70 0 时 间／ ms a 外 圈 故障 信 号 0 l00 2 00 3 00 400 5 00 6 00 7 00 时 间／ ms b 采 用 文 中算法 降 噪后 信 号 Zu u 4 OO bOO BUt t 1 OOO 频 率， Hz C 包络 分 析 图 图 5 外圈故障 4结论 作者将基于冲击响应小波变换的尺度空间相关降 噪方法用于振动信号处理，提出了用峭度最大准则优 化 冲击响应小波基 。经过实例验证 ，取得了 比较好 的 滤波效果 ，为后续信号处 理提取 故 障特征 提供保 证。 尺度相关滤波归根结底是基于阈值的滤波，且该方法 计算量大，阈值滤波计算量却小得多，如何将两者结 合起来 ，是一个 值得研 究的问题。 参考文献 【 1 】王春， 彭东林 ， 朱革． 小波变换在轴承故障诊断中的应用 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 ， 3 4 9 2 2 5 2 2 7 ． 【 2 】赵荣珍， 张优云． 转子系统振动信号的小波分析原理与 应用研究 [ J ] ． 振动． 测试与诊断 ， 2 0 0 4 ， 2 4 3 1 7 9 1 8 3． 【 3 】Y A N G W X， R E N X M． D e t e c t i n g I m p u l s e s i n Me c h a n i c a l S i g n a l s b y Wa v e l e t s[ J ] ， E U R A S I P J o u r n a l o n A p p l i e d S i g n a l P r o c e s s i n g ， 2 0 0 4 ， 2 4 8 1 1 5 61 1 6 2 ． 【 4 】 程发斌 ， 汤宝平， 钟佑明． 基于最优 M o r l e t 小波和 S V D 的滤波消噪方法及故障诊断的应用[ J ] ． 振动与冲击， 2 0 0 8 ， 2 7 2 9 1 9 5 ． 【 5 】A 1 一 R a h e e m K h a l i d F ， R o y A s o k ， R a m a c h a n d r a n K P， e t a 1 ． Ro l l i n g E l e me n t B e a ti n g F a u l t s Di a g n o s i s Ba s e d o n Au t o c o r r e l a t i o n o f Op t i mi z e dW a ve l e t De n o i s i n g Tec hn i qu e [ J ] ． T h e I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f A d v a n c e d Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 7， 2 7 2 9 1 9 5 ． 【 6 】x u Y S ， J o h n B W ， D e n i s M H， e t a 1 ． Wa v e l e t t r a n s f o r m d o ma i n fil t e r s a s p a t i a l l y s e l e c t i ve no i s e fil t r a t i o n t e c h ni q ue [ J ] ． T r a n s o n I m a g e P r o c e s s i n g ， 1 9 9 4 ， 3 6 7 4 7 7 5 8 ． 【 7 】Wi t k i n A ． S c al e S p a c e F i l t e r i n g [ C ] ／ ／ P r o c e s s i n g o f 8 t h I n t e r n a t i o n a l J o i n t C o n f e r e n c e Ar t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e ， K a r l s r u h e， G e r ma n y ， 1 9 8 3 1 0 1 91 0 2 1 ． 上接第 l 1 5页 力要 比开 5条三角形槽 的压力大 ，所 以开矩形槽后油 膜缝隙产生 的油膜支撑 能力要 比三角形槽 的大。 阀芯上开五条均压槽 时压力对 比图如图 1 1 示 。 , FI F2 Fa , F4 F , F6 l I l j 一 一1 -_ 一 I J 一Pl I l l 一 _．}-一 I l ’7 ’／。 。。／。 。。。。／。’’／。。’’／。 。。。／。。。 。／。。。。／。 。。。／。’。／。。’ ／。。‘ ’／。。‘ ／‘。。‘／ ‘’。／。 ’ ／。。。。／。 ‘’／’ 。 。／ 图 1 1 阀芯上开五条均压槽时压力对比图 由图 l 1 F 。 一F 6 、F 。 一 表示每段纺锤形上的 卡紧力 可知上对称面的缝隙沿 向依次减小 ，由图 9 b 、1 0 b 可知 ，卡 紧力沿着缝 隙逐渐增 大 ，靠近 入口处缝隙最大，卡紧力最小，在靠近出口处缝隙最 小 ，卡紧力最大 ，卡紧力的方 向由上对称面指 向下对 称面。因此卡紧力 的逐渐 变大更 利于使 阀芯 由歪 斜变 成 同心 ，而开矩形均压槽时 F l F 2 F 3 F 5 F 6 ， 开三角形 时 一 几乎 相等 。也 就是说 ，在 相 同情 况下开矩形槽更利于使阀芯由歪斜变为同心 ，更好地 避免卡紧现象 。 3结 论 通过仿真分析，研究了均压槽对阀芯卡紧力的影 响 ，结果如下 1 在阀芯上 开 均压槽 可 以有效 减小 阀芯歪 斜 时 的卡紧力 ，开的均压槽越多 ，卡紧力越小 。 2 开相同数量 的三角形均压槽 比矩形槽卡紧力 小 ；在相同情况下 ，开相 同数量 的矩形槽 比三 角形槽 更利于使阀芯由歪斜变同心，能更好地避免卡紧现象。 参考文献 【 1 】雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 0． 【 2 】罗绍亮， 汪建新． 液压滑阀卡紧现象的理论分析和解决 方案[ J ] ． 机电工程技术， 2 0 0 8 6 9 3 9 5 ． 【 3 】韩占忠， 王敬， 兰小平． F L U E N T 流体工程仿真计算实例 与应用[ M] ． 北京 北京理工大学出版社 ， 2 0 0 4 ．