基于Fluent的数字式水压溢流阀研究.pdf

2 0 1 2年2月 第 4 0卷 第 3期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUUCS F e b．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 3 D 0 I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 -_ 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 3 ． 0 3 9 基于 F l u e n t 的数字式水压溢流阀研究 贾伟亮，吴张永，王娴 ，王娟 ，莫子勇 昆明理工大学机电工程学院，云南昆明6 5 0 0 9 3 摘要介绍水液压传动的关键技术，根据数字阀的特点设计数字式水压溢流阀。建立其阀口气穴流场的数学模型，并 用 F l u e n t 软件进行仿真分析， 仿真结果为溢流阀的结构改进提供理论依据。 关键词水液压传动；数字溢流阀；流场分析 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 31 3 8- 4 Re s e a r c h o n t he Di g i t a l W a t e r Hy dr a u l i c Re l i e f Va l v e Ba s e d 0 1 1 Fl ue n t J I A We i l i a n g ，WU Z h a n g y o n g，WA NG Xi a n，WANG J u a n ，MO Z i y o n g F a c u l t y o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c al E n g i n e e r i n g ，K u n m i n g U n i v e r s i ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， K u n m i n g Y u n n a n 6 5 0 0 9 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e k e y t e c h n o l o g y o f w a t e r h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n w a s i n t r o d u c e d ．Th e s t r u c t u r e o f t h e d i g i t a l wa t e r h y d r a u l i c r e l i e f v a l v e w a g d e s i g n e d a c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e d i git al v al v e ．Th e m o d e l o f fl o w fi e l d c a v i t a t i o n i n s i d e t h e d i g i t al w a t e r h y d r a u l i c r e l i e f v alv e w a s b u i l t an d analy z e d b y F l u e n t s o f t wa r e ．Th e s i mu l a t i o n r e s u l t s p r o v i d e t h e o r y b a s i s f o r t h e d e s i gn o f t h e r e l i e f v alv e ． Ke y wo r d s Wa t e r h y d r a u l i c t r ans mi s s i o n；Di g i t a l r e l i e f v alv e；F l o w fi e l d analy s i s 纯水液压传动具有环境友好、安全性高以及清洁 等优点，在造纸、食品、工程机械等领域具有广泛的 应用前景。但纯水介质具有汽化压力高、腐蚀性强以 及黏度低等缺点 ，使得水压阀的研制面临着气蚀破 坏、腐蚀以及密封性差等技术难题。 数字式水压溢流阀具有数字阀的一系列优点比如 可靠性高、可以直接连接计算机接 口，无需 D ／ A转 换器。数字式水压溢流阀是数字控制液压系统中压力 调节与控制的关键元件，因此，数字式水压溢流阀的 性能对系统的性能有着十分重要的影响。应用 F l u e n t 仿真软件对阀芯的流场进行仿真，得出相关参数不同 数据的仿真图，分析阀的性能与参数之间的关系，为 数字式水压溢流阀结构设计提供理论参考。 1 水压传动的关键技术 纯水具有不同于传统液压油的物理化学性质，纯 水液压元件摩擦副中的泄漏特性、流动特性以及气蚀 特性均不同于油压元件，油压元件不能直接用于纯水 液压系统，并且纯水液压元件因大部分使用了高分子 材料、工程陶瓷等，其结构分析不能简单套用金属结 构的理论。因此，需要根据水的特性建立新的数学模 型，研究出新的设计方法与理论。 为了研制出与纯水相适应的液压元件，需要注意 以下关键技术 1 磨损腐蚀 纯水的电导率大约为液压油的 1 0 0 0倍，这使得 液压控制阀的材料容易锈蚀，并降低了零件表面质 量，最终导致阀的寿命大大缩短，所以要求水压元件 材料须具备良好的抗腐蚀性。 2 密封与润滑 密封问题是严重影响液压元件工作效率、使用寿 命的重要因素。纯水的低黏度将会增大泄漏量。在其 他因素相同的条件下，按相同的泄漏量来计算，水压 控制阀的配合间隙约为油压控制阀的0 ． 3 2倍。水压 阀的阀芯和阀体间的配合间隙仅为 0 ． 0 0 3 8～ 0 ． 0 0 8 m m，这给控制阀的加工制造带来了较大的难度。当 前，水压控制阀大多采用了衬套结构的锥阀与球 阀， 配合公差较小，可以达到微小或零泄漏。 3 气蚀 纯水的汽化压力高，与液压油相比容易沸腾 、汽 化 ，同时纯水液压元件及系统中的水流速度高，易发 生气穴 ，并导致元件表面产生气蚀，侵蚀材料。所以 在纯水液压元件的结构设计中要特别注意气蚀发生的 可能性，并尽量降低水流速度。 2 数字式水压溢流阀的结构设计 根据水压传动中存在的问题，在结构设计和材料 选择方面进行改进，初步设计出数字式水压溢流阀结 收稿日期2 0 1 1 一 O 1 0 4 作者简介贾伟亮 1 9 8 7 一 ，男，硕士研究生 ，主要从事流体传动与控制技术的研究工作。Em a i l j i a w e i l i ang 2 0 0 8 1 6 3 ． c o m 。