2D伺服阀矩形和弓形先导级气穴特性及影响因素

二维(2D)伺服阀因其阀芯集旋转和平移运动于一体,且具有先导控制和功率放大的特性,被广泛应用于航空、军工等领域的液压系统中。由于伺服阀先导级的节流口面积非常小,流体流经此处后会因压力骤降而产生气穴现象,将直接影响伺服阀的工作特性。利用Fluent软件,在不同的阀口开度、敏感腔体积、入口压力下,对矩形和弓形2D伺服阀的先导级阀口和流道进行了两相流仿真。结果表明:矩形和弓形先导级阀口均存在一个最佳开度,对气穴现象的抑制能力最强;矩形先导级结构内的气穴现象,受敏感腔体积变化的影响较明显;入口压力越大,敏感腔体积越大,气穴现象越显著,先导级内气体含量越多。     

2D伺服阀二元缝隙流启动阻力及其影响因素

二维(2D)伺服阀具有动态特性好、功率质量比高等特点，启动时阀芯先转动，后在先导级控制油的作用下阀芯轴向运动，故阀芯和阀套之间的二元缝隙流产生的摩擦阻力是影响其特性的重要因素。为研究二元缝隙流对摩擦阻力的影响，对10通径2D伺服阀阀芯右侧的缝隙流进行理论分析和仿真研究。研究结果表明：阀芯上的摩擦阻力与缝隙宽度、入口压力和动壁面运动速度都有密切的关系；其值随着缝隙宽度增加先下降然后增加，存在最优缝隙宽度，且最优值小于一元缝隙流；随着入口压力的增加，摩擦阻力增加，而随着动壁面运动速度增加，摩擦阻力会先增大后减小。实验中2D伺服阀启动时需要克服的启动摩擦阻力仅2.94 N,可以实现大的功率质量比。     

2D阀先导级气穴特性的可视化实验

二维(2D)阀的阀芯具有周向转动和轴向移动的2个自由度,可实现先导控制和功率放大。其先导级阀口因节流会产生气穴,引起阀芯振动并伴有噪声,直接影响阀的稳定性。为研究2D阀先导级处气穴现象及其影响因素,开发了一套可视化实验装置,结合两相流仿真研究,验证了气穴现象与阀口开度、敏感腔体积、节流口形状、入口压力关系密切。结果表明：2D阀先导级高压节流口处的气体体积随阀口开度的增加而减少,直至消失;随入口压力增加,气体体积的变化近似呈线性增长趋势;随着敏感腔体积的增大而显著增加,平均增长速度达62%,且气体分布变得不规则;矩形节流口比弓形节流口处的气穴受入口压力等因素的影响较大,弓形节流口在入口压力增加时,气体体积增量仅为矩形的8%;同时发现,随着气体在感受通道内的扩散,气体边界从最初的类矩形变成多段不规则形状。