U型节流槽式液压滑阀热特性的研究

发布时间：2019-04-18 10:16

【摘要】：液压阀作为液压元件的基础元件之一,被广泛应用于液压系统。伴随着科学技术的不断进步,液压阀各项性能的要求也在不断提高。液压阀控制着系统中油液的压力、流量和方向,其性能的优劣直接影响着整个液压系统的整体性能和质量,对液压系统的稳定性、液压设备的控制精度及可靠性有着举足轻重的作用。然而,随着液压技术的全面发展,液压系统出现的问题也越来越多,尤其是油液温度的变化导致液压阀卡紧从而影响液压系统工作的问题也越来越受到重视。液压阀在中、高压系统的使用过程中,经常出现阀芯卡紧现象,导致系统无法正常工作。其主要原因是液压油流过节流滑阀阀口时,粘性节流作用使得油液温度升高,节流阀发生热膨胀变形,减小配合间隙。液压阀的卡阀现象,对整个液压系统的工作性能会产生很大的影响,轻者会造成阀芯膨胀变形,液压滑阀阀芯阀套之间的配合间隙减小,增加液压相对运动件之间的摩擦阻力,运动变得缓慢；重者会造成阀芯完全卡死,使系统不能正常工作,严重威胁着液压系统的安全性和稳定性。液压滑阀结构设计的不合理将严重降低其使用寿命,而阀内节流槽口处的温度变化引起的热膨胀变形会影响阀芯、阀套的配合间隙。因此,研究液压滑阀在中高压系统中的热特性以及对液压阀的优化设计对保证液压系统的可靠性是十分必要和有意义的。论文以典型的U型节流槽式液压滑阀为研究对象,针对其在油液流过节流阀口时产生的节流温升,采用了理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,深入研究液压节流阀典型节流槽口因节流温升而受到变形的情况,以期在解决卡阀问题的同时,可以为节流阀的初期设计阶段,提供比较有理论意义和实用价值的研究方法。本课题主要研究内容如下：(1)U型节流槽口式液压滑阀节流温升理论模型的建立：根据流体力学、热力学及材料学基本定律,并考虑液压油粘度、压力、温度三者的关系,建立液压滑阀粘性节流温升热特性研究的理论模型,该模型更准确地反应了粘性节流温升现象。(2)液压滑阀油液流场仿真分析：考虑环形流的影响,利用CFX建立液压滑阀三维仿真模型,进行网格划分,将模型导入FLUENT软件中进行流场仿真,研究不同节流槽口结构滑阀油液的流量值,以及在不同阀芯开口度和不同压差下的压力分布、速度分布和油液温度分布情况,并对结果进行分析,为进一步研究滑阀热特性奠定基础。(3)液压滑阀温度特性研究：建立U型节流槽式液压滑阀三维稳态热分析模型,将油液温度导入该模型中,对液压滑阀进行相应的热传导计算,得出液压滑阀阀芯和阀体温度场随节流槽口结构、阀芯开口度和进出口压差的变化情况。(4)液压滑阀热变形研究：建立U型节流槽式液压滑阀的结构分析模型,并将热分析计算结果导入该模型中,对阀芯进行热变形研究,分析滑阀的热变形量与流量、进出口压差、阀芯开口度和节流槽口结构的关系。(5)液压滑阀形体参数与材料对热特性的影响分析：基于热膨胀理论分析,研究液压滑阀在不同的阀芯直径和阀芯结构下节流温升热变形的情况,并采用不同流体粘度和固体材料对液压阀温度和变形进行研究,为液压节流阀的设计、优化和选材提供理论参考。(6)液压滑阀油液温度测试试验研究：搭建测试U型节流槽口液压滑阀节流温升油液温度场的试验平台,通过测试节流槽口后油液节流温升产生的温度值,验证液压滑阀油液粘性温升机理,并通过对比测试结果和仿真结果来验证数学模型。论文所提出的针对液压滑阀U型节流槽热特性的研究方法,为进一步对液压系统的热特性分析奠定了良好的理论和技术基础,为液压节流阀的结构设计、优化和材料选择提供了研究依据。
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【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.52

【参考文献】