基于ANSYS的液压锥阀流场分析及结构优化

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1、2011年7月机床与液压Ju1．2011第39卷第13期MACHINET0OL&HYDRAULICSV0I．39No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．13．038基于ANSYS的液压锥阀流场分析及结构优化王京涛，吴张永，岑顺锋，王晓波(昆明理工大学流体控制工程研究所，云南昆明650093)摘要：阐述液压锥阀阀口产生气穴现象的原因及影响因素，建立液压锥阀的几何模型和数学模型，采用ANSYS软件对优化前后的液压锥阀阀I：1进行流场分析，得到阀口流场的压力分布图和速度矢量分布

2、图。分析结果表明：采用二级节流并在阀芯及阀座的关键部位以过渡圆弧代替直角的锥阀结构，可以减小锥阀过流缝隙前后的压差，有效降低锥阀阀口气穴发生的可能性，并减小了噪声、振动和能量损失。关键词：ANSYS软件；流场；锥阀；气穴中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)13—128—3FlowFieldAnalysisandStructural0ptimizationofHydraulicPoppetValveBasedonANSYSWANGJingtao，WUZhangyong，C

3、ENShun~ng，WANGXiaobo(HydraulicControlEngineeringResearchInstitute，KunmingUniversityofScienceandTechnology，KunmingYunnan650093，China)Abstract：Thecavitationgenerationcausesandinfluencingfactorsofhydraulicpoppetvalveportweredescribed．Thegeometryandmathematical

4、modelsofpoppetvalvewasestablished．ANSYSwasusedtoanalyzetheflowfieldintheroutineandoptimizedpop—petvalveport．Thevalveportflowpressuredistributionandvelocityvectordistributionweregot．Theanalysisresultsshow：thehy—draulicpoppetvalvestructurewithtwothrottleandtr

5、ansitionarcinakeypositioncanreducethepoppetvalvepressuredifferenceover—currentgap，lowerthelikelihoodofcavitation，reducenoise，vibrationandenergyloss．Keywords：ANSYSsoftware；Flowfield；Poppetvalve；Cavitation液压锥阀是液压阀广泛采用的一种形式，与液压象。建立了常规锥阀几何模型和采用二级节流、拐角滑阀相比，其具有密封

6、性好、过流能力强、响应快、圆弧过渡的优化模型，如图1、2所示。抗污染能力强的优点。随着液压技术向着高速、高压、大功率、小型化方向发展，在液压控制阀中的节流部位由于前后压力不同，当某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，很容易发生气穴现象。气穴的产生会使阀的特性变坏，使液压系统产生振动、噪声，使金属表面气蚀、损坏图1常规模型图2优化模型零件，缩短液压元件和管道的寿命；造成流量和压力1．2数学模型脉动，使系统刚性降低和油液变质等。锥阀阀口的流(1)基本方程速、前后压差、形状及几何参数等是阀

7、口气穴产生的由于将锥阀简化为二维轴对称模型，且流体为不影响因素。因此文中针对有效降低液压锥阀阀口气穴可压缩流体，其质量方程为：的问题，对锥阀进行了结构优化，采用二级节流、拐Oul——：0角圆弧过渡，并用ANSYS软件对常规和优化锥阀分a．别进行了流场分析。动量方程为：1模型的建立Ou～au1apa2-1a(-p“Mf)．．——+a——．=一——上+1，——+———————————LOtOxjPOxOxjc3xjP以，1．1几何模型由于流体在锥阀中的流动实际上是轴对称流动，式中：为平均速度；为i方向的脉动速度分

8、量；因此采用二维流动区域一半的几何模型作为研究对uj为方向的脉动速度分量；P为流体密度；P为平收稿日期：2010—06—23作者简介：王京涛(1982一)，男，硕士研究生，主要从事流体传动与控制技术的研究工作。电话：15808815925，E—mailwangjt5170@163．corn。第13期王京涛等：基于ANSYS的液压锥阀流场分析及结构优化．-129·均压力；为运动黏度。入口流量为40L／