基于流固热耦合的负载敏感多路阀仿真研究

由于多路阀内部流量大、压力高,且流道结构复杂、节流温升大,会造成阀芯发生变形而引起卡滞现象,为此,对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真研究。首先,利用AMESim和UG软件对负载敏感多路阀进行了建模;然后,利用ICEM对流体域及固体域进行了网格划分;最后,采用ANSYS Workbench平台,在不同工况下对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真,分析了不同工况下多路阀流场内流体速度、压力分布、节流温升、气穴气蚀以及阀芯变形的情况。研究结果表明:阀芯与油液接触的区域温度受影响较大,而远离油液的区域阀芯温度变化不明显,在油液温度影响下,阀芯上节流槽区域发生膨胀变形,说明节流温升对阀芯的影响主要集中在节流槽附近区域;当主阀口开口度较大,压力补偿器开度较小时,阀内易出现气穴,产生气蚀现象,节流槽处温升非常明显,阀芯变形量较大,容易引起卡滞现象;该研究结论可为多路阀阀芯的结构设计提供理论支撑。     

甘蔗收获机多路阀阀芯的温升及热变形仿真分析

多路阀是甘蔗收获机械液压系统的核心元件,用于控制多个工作装置的协同作业。针对其阀口压差变化大,节流温升明显,易造成阀芯变形卡滞的问题,对多路阀阀芯进行了流固热耦合仿真研究。利用Design Model软件抽取对应流道,并建立不同开度的多路阀流场仿真模型,导入ANSYS Workbench平台进行不同工况下的流固热耦合仿真,分析对比了双U形和三角形节流槽在不同开度、不同进出口压差工况下,多路阀内部流场的流体速度、阀芯温度及变形的情况。结果表明：双U形、三角形节流槽阀芯最高温度始终在节流槽处;随着阀进出口压差增加,油液的最大流速以及两种节流槽型阀芯的最高温度和最大形变量增大,但三角节流槽型阀芯变形相对较小;随着阀口开度的增加,三角节流槽型阀芯温度及最大形变量均小于双U形节流槽阀芯;三角节流槽型阀芯的最大形变量较双U节流槽型阀芯小25.1%。为农业机械多路阀阀芯节流槽设计提供了理论依据。     

新型比例方向阀动态特性仿真研究

根据位移-先导流量反馈原理设计出一种新型三位四通比例方向阀,使新阀具有既可闭环控制,又可开环工作的容错控制功能。通过对整阀模型的线性化处理推导出一阶动态数学模型,分析了节流槽面积增益、阀芯面积比和阀口压差对系统转折频率的影响。利用多学科仿真软件SimulationX中的标准元件库和类设计器工具TypeDesigner建立了阀的液压系统模型,分别在时域和频域中对电闭环阀的动态阶跃响应和频率响应特性进行分析,对比仿真了不同阀芯面积比和节流槽面积增益对动特性的影响。研究表明:新的流量反馈型比例方向阀具有较高的闭环响应带宽和能量效率。     

节流槽形状对液压滑阀卡滞力的影响

液压滑阀是液压系统中的关键控制部件之一,其结构简单可靠,易于实现流量、压力控制。但是运行过程中由于热负荷产生的微小变形会导致阀芯卡滞现象的出现。当阀芯发生卡滞现象时,可能会严重降低液压阀的精度和灵敏度。基于热-流-固耦合模型,分析了节流槽形状对液压滑阀卡滞力的影响。首先建立了阀内固定开度流道模型,计算获得了不同节流槽形状下阀内流动特性;其次,将流体分析得到的温度场信息作为边界条件加载到热分析中,得到阀芯上的温度分布特性;最后研究了不同节流槽形状下阀芯间隙的变形量,分析阀芯卡滞的变化,为减小阀芯卡滞措施的研究提供参考。     

基于FSI的U型节流阀油流粘性热效应分析

在中高压液压系统的使用过程中,液压滑阀经常出现阀芯移动操作困难和阀芯磨损,甚至造成阀芯和阀套间卡死的现象,这是因为液压滑阀因节流产生的粘性加热使油流温升显著,阀芯阀套受热膨胀不同,从而减小了阀套与阀芯间的配合间隙。针对这一现象建立了计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)三维模型和稳态传热有限元模型(Finite element analysis,FEA),并利用流固耦合(Fluid-solid interaction,FSI)计算了U型节流阀在不同工作压力下,不同节流槽口宽度和深度,以及不同开口度的速度场和阀芯表面温度场,并对计算结果进行了分析,得出阀芯在各种情况下的最高温度和最大变形量的变化趋势。     

2D阀控大流量高速开关阀的研究

为控制高速液压缸设计了大流量高速开关阀,开关阀采用二级结构,先导阀为2D高频伺服阀,主阀为大通径滑阀。主阀采用并联双节流边的结构,减小主阀芯行程,减小所需导控流量,减小阀芯尺寸及质量,提高主阀动态响应特性。主阀采用负开口设计,设置死区,确保主阀完全导通过程的快速性。对主阀芯进行了动力学分析,并在MATLAB上建立了阀芯开启时的运动模型,进行了仿真研究。     

旋转式激振阀流热固多场耦合特性研究

旋转式激振阀是高频高压电液激振系统的关键元件之一,其动态特性的好坏直接影响整个激振系统的工作性能。为了分析旋转式激振阀流-热-固多场耦合作用下的动态特性,首先基于Fluent仿真,通过滑移网格方法对旋转式激振阀的流场进行动态模拟,并实测旋转式激振阀流量对仿真结果进行验证,然后使用Ansys对旋转式激振阀进行流-热-固多场耦合仿真,探究进出口压差分别为ΔP=5 MPa、ΔP=10 MPa、ΔP=15 MPa和油液温度分别为20℃、40℃、60℃时旋转式激振阀的热特性与热变形规律。研究结果表明,旋转式激振阀内部流场和温度场分布不均匀,流体在接近阀芯阀体壁面处的温度较高,中心温度较低,旋转式激振阀出口处由于流体冲击产生局部高温,导致阀芯凹槽以及阀体出油口会有热变形,进出口压差ΔP=15 MPa时,热变形可达3.789 4μm;进油温度为60℃时,热变形可达7.701 7μm。因此选择合适的进出口压差和油液温度有利于旋转式激振阀的工作特性。该研究对于旋转式激振阀的结构设计和优化提供了理论数据。     

先导式纯水溢流阀仿真与试验研究

针对具有高压引流和二级节流新型结构阀口的先导式纯水溢流阀进行仿真和试验研究,建立阀的AMESim仿真模型,分析先导阀导向间隙、阻尼孔直径、敏感腔体积、阀芯质量以及弹簧刚度等不同参数对先导式纯水溢流阀特性的影响,在纯水液压综合性能试验台上进行先导式纯水溢流阀的静动态试验,并对仿真和试验结果进行对比分析.仿真与试验结果表明,液阻直径是先导式纯水溢流阀最主要的影响参数,而阀芯质量变化的影响则基本可以忽略;在小于20 L/min的小流量工况下的定压精度较低,而大于20 L/min的大流量工况下的定压精度较高;阀的动态响应试验表明,入口压力超调量小于30%,并且压力上升时间小于80 ms.     

高压节流阀节流特征及流固耦合失效分析

以川东北地区高压裂缝性气藏开发钻井现场普遍使用的楔形节流阀为例,分析开度与节流面积、节流压降、流体速度的关系,并依据伯努利方程建立节流压降与开度、流体密度、进口流量的数学模型,采用workbench流固耦合数值模拟方法,对所述条件下的节流阀内部流场和阀芯应力分布对比分析。结果表明,楔形节流阀节流能力随开度的增大迅速减小,随流体密度、进口流量的增大而增大,在一定开度下,由于阀腔内流体的高速流动,阀芯变径台阶面与轴销连接孔位置处出现应力集中,同时阀芯节流面附近有明显漩涡产生,引起阀芯振动,容易导致断裂失效;当开度较小时,节流效果显著,含固相颗粒的流体容易造成节流阀堵塞,且高速流体对阀座冲刷引起刺漏,该分析结果与现场节流阀失效情况十分吻合。     

挤压机节流调速系统的研究

以125MN挤压机为背景,针对用于125MN挤压机活动横梁速度控制的原有节流系统,存在阀的稳定性差,控制精度不高的缺点,提出一种以电液比例控制阀为先导阀并带位移传感器和压力传感器的新型大通径(80mm)水节流阀,对该阀阀芯位置控制原理、流量特性、控制策略以及先导阀-节流阀系统动态特性进行研究;并采用状态空间法建立了节流阀阀芯位移控制系统的数学模型,用Simulink对该模型进行仿真,得出该系统在输入为一阶跃信号下的节流阀阀芯的位移动态响应曲线和速度动态响应曲线,并分析该节流阀在实际应用过程中的动态响应特性;得出了节流阀阀心位置控制系统仿真模型的响应时间和超调量,以及在实际应用过程中的响应时间和超调量.     

双U形节流槽滑阀多场耦合特性研究

压滑阀在工作过程中阀芯卡滞及磨损现象严重,为了改善阀腔流域特性及液压阀的工作性能,构建了液压滑阀的简化模型,基于计算流体力学对双U形节流槽滑阀阀芯及阀腔内流域动态特性进行了分析。研究了节流槽数量、阀口压差对阀腔内流体速度场、阀芯温度场及阀芯应变场动态特性的影响。研究结果表明,随着阀口压差的增加,流体的最大流速以及阀芯的最高温度和最大变形增大;随节流槽数量的增加,阀芯的最大变形增大,流体流速及阀芯最大温度变化微弱。该研究为阀芯优化设计提供了参考。     

基于流固热耦合起重机双阀芯比例换向阀数值模拟研究

针对汽车起重机变幅油缸快速运动压损高、定位精度差问题,基于泵阀协同压力流量复合控制策略,提出了双阀芯并联结构的双阀芯比例换向阀。不同直径的控制阀芯并联于同一换向阀体内,针对变幅系统的运行工况,采用ANSYS软件对阀的特性进行数值模拟。结果表明:双阀芯比例阀变幅阀芯全开时压损比现有多路阀降低0.45 MPa,最高温升减少5.9 K,变形量减少0.0097 mm,对于微小流量具有更高的控制分辨率。     

Numerical analysis method to estimate thermal deformation of a ventilated disc for automotives

This paper presents an analysis method to estimate the thermal performance of a disc in a vehicle considering braking conditions and the characteristics of hydraulic devices such as the booster, master cylinder and proportional valve. The whole braking pressure transfer process in the hydraulic brake system from its generating by the pedal to action on the pad is analytically determined. The heat flux generated in the disc brake module is calculated by assuming that the braking energy changes into thermal energy. Heat flux is applied to the finite element disc model, and the temperature rise and deformation of a disc are estimated by performing the thermo-mechanical analysis. The analysis results are discussed and the analytical process and simulation model are verified.     

电磁阀的热物理场数值仿真与试验研究

以某型航空发动机控制系统上的电磁阀为研究对象，建立其流固耦合模型，开展热物理场数值仿真研究，对其不同工况下的热物理场特性进行分析。同时搭建试验系统进行试验验证，根据试验结果对仿真模型及参数进行优化迭代，并得出结论：在实际使用过程中，电磁阀的温升主要受环境温度、外加功率、内部结构及外部热交换条件的影响，电磁阀的热物理场数值仿真结果与试验数据的最大误差为7.0%,数值仿真模型准确度较高，能有效地预测电磁阀的温度场分布。该模型可指导电磁阀热设计，具有较高的实际工程应用价值。     

叶片减振器比例控制阀动态特性仿真与实验

比例控制阀是叶片减振器的核心部件之一,是减振器阻尼力调节的执行部件。介绍了比例控制阀的工作原理,并基于比例控制阀的结构特点,建立了比例控制阀的CFD模型,分析其流场分布,对其动态特性进行分析,确定其流量与开口度及驱动电流的关系,并通过比例控制阀的试验验证了分析结果的正确性,为叶片减振器的阻尼特性分析及阻尼力控制策略奠定了基础。     

泵控马达电液比例加载系统的研究

针对泵控马达系统,提出两种加载方法,即电液比例溢流阀加载与电液比例节流阀加载。针对电液比例溢流阀加载系统,运用建模的方法,分别对电液比例溢流阀、DS1二次元件等子系统进行建模。在此基础上,得出了电液比例溢流阀加载系统整体数学模型。通过仿真分析,验证了加载系统的良好的动态性能。     

Modeling,simulation and experimental validation of flow rate of electro-hydraulic hitch control valve of agricultural tractor

Advances in non-linear control theory have made it possible to develop controllers for non-linear dynamic systems in their nature. The low-cost proportional control valves of the hydraulic control system are examples of such a system where there is no linearity due to the structure of the valves and the flaws in the spool. However, the non-linear analysis and regulation of these hydraulic systems cannot be done without a proper valve model. This paper presents a methodology for the development of an efficient unified model of a three-point hitch (TPH) electro-hydraulic proportional control valve control system for agricultural tractors by means of a parameter estimation technique. Modeling and simulation of the proportional control valve was performed using MATLAB Simulink software. Parameter estimation methodology was used to optimize the effective orifice opening of the solenoid valve to meet the flow characteristics available in the manufacturer's technical data sheet for the proportional control valve model parameters. Such unified Simulink models are useful for simulation, practical capability testing, and non-linear control design. Modeling and simulation of electro-hydraulic hitch (EHH) control valve were made and simulation results were compared with actual experimental results. The simulation results of the TPH lifting and lowering time were found to vary 4 and 12.5 %, respectively with the experimental results. This type of parameterized valve models facilitates their implementation in dynamic simulation models of complex hydraulic systems.     

基于有限元法的中空冷却滚珠丝杠温升及热变形研究

针对高速机床工作过程中滚珠丝杠进给系统的发热及热变形问题,基于传热学理论,建立了中空冷却滚珠丝杠传动过程中温度场和热变形的数学模型,并通过有限元仿真模拟和丝杠冷却模拟运行试验对该模型进行验证.结果表明,随着丝杠转速的提高和运行时间的增加,丝杠温升和热变形先是逐渐增大,然后趋于一个稳定值.     

基于热流固耦合的多级降压阀构件变形分析

提出一种多孔型多级降压调节阀,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对调节阀的内部流场、压力场进行数值仿真分析,得到该阀的流量特性曲线,通过与标准流量特性对比,可以优化节流孔的配置;同时,仿真得出阀内流场压力分布,证明其降压元件具有良好的降压效果,针对在高温、高压工况下,阀内件的变形规律进行分析,仿真得到阀内件在热流固耦合条件下的变形值,且得到各物理场对阀内件变形的影响程度;仿真得到在热流固耦合条件下,阀塞和套筒配合面间变形后间隙,精准判定阀的工作可靠性,为设计该类调节阀的内套筒与阀塞尺寸公差提供技术支持。