液压锥阀气穴与噪声仿真及实验研究

发布时间：2020-06-06 19:10

【摘要】：液压锥阀是一种常见结构的液压阀,具有线密封、开启时无死区、动作灵敏、过流能力强等优点。但由于锥阀内部流体介质的流动状态十分复杂,常常会产生严重的气穴问题,并引发噪声,影响锥阀稳定性,且长时间的气穴堆积还会在阀芯表面形成气蚀,影响精密度,引起锥阀失效。因此对液压锥阀气穴及噪声的研究具有重要的意义。针对气穴现象及噪声的发生机理,介绍液压锥阀气穴和噪声的类型及数学模型。依据流体力学理论和锥阀的内流场状态,给出数值模拟的湍流模型、两相流模型、近壁面函数、空化模型及声学模型。为气穴及噪声的仿真研究提供理论基础。根据锥阀通流口形状,建立通流面积公式和流量方程,并推导轴向液动力公式和径向力公式。借助UG软件建立锥阀内部流场的实体模型,基于CFD技术对锥阀的液动力情况进行模拟计算,同时使用AMESim软件仿真对比分析CFD计算结果。最后通过径向力方程计算出阀芯径向偏移量。考虑了流体介质作用在阀芯的径向力无法完全相互抵消,阀芯在径向上存在偏移的情况,针对不同的状态下内流场分别建模,使用ICEM-CFD划分网格模型。基于FLUENT仿真软件,选取了重整化群(RNG)k-ε湍流模型、气穴模型、噪声模型进行两相流数值模拟研究。获得径向偏移、半锥角、开口度、背压四个影响因素下的气穴及噪声的变化情况。根据气相体积分数和噪声值变化曲线,并结合内流场的压力、速度、气穴、噪声的分布云图进行结果分析。搭建液压锥阀的气穴及噪声实验台,为了便于直观的观察锥阀实验中的气穴现象,选用透明的有机玻璃材料加工了锥阀阀块。通过拍摄气穴现象的图片以及测量噪声分贝值,将实验结果与仿真结果相比较,实验测得的气穴强度的变化规律与噪声变化趋势与仿真结果相一致,验证了仿真结果的正确性。
【图文】：

锥阀,溢流阀

a)锥阀式直动溢流阀 b)锥阀式先导溢流阀图 1-1 锥阀式溢流阀Fig.1-1 Cone valve relief valve阀具有许多的优良特性，同时也存在着一些严重的固有问题，、噪声和稳定性差等缺点。由于锥阀内流体介质的流动情况十漩涡、回流、高急流等流动状态。当油液流经锥阀阀口位置时力降低，析出气泡，从而形成气泡与流体的“气-液两相”运动穴不仅会影响阀芯稳定性，也会诱发噪声，并且长时间的气穴面形成气蚀，对部件造成永久性的破坏，影响精密程度，，引起使无法正常工作。述，对液压锥阀存在的气穴及噪声问题的研究对液压阀甚至液升及延长使用寿命具有重要的意义。阀气穴相关问题的研究现状液压锥阀气穴相关问题的研究概述

旋涡,内气,气穴

座与阀芯之间角度对液压锥阀气穴及噪声的影响曲线比收缩型通流口更易产生气穴及噪声。0]等人针对控制阀内部气穴从出生、发展、溃灭过程进模型和湍流场来研究阀口处的空化、漩祸及边界层分度和流量系数分析了气穴发生的判决依据。1]等人选取了几种不同阀腔形状的电液比例调速阀，对假设，运用有限元分析法进行气穴现象的仿真研究。对比分析，认为噪声的主要来源之一就是内流场的气结构来降低噪声。]等人分别对锥阀的二维和三维的阀口位置内部流场模型采用流场可视化技术，观察了液压锥阀阀口处的气穴出了阀芯的运动情况对流场分布的影响。S[13]等人选取直角阀座锥阀的二维轴对称模型和三维实流和液-气双相流两种流场形式进行了数值模拟研究，力分布云图，通过分析和比较仿真结果，指出了流场生气穴区域如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137.52

【参考文献】