配合间隙对溢流阀稳态液动力的影响

1纠正纠正一些一些一些关于关于关于稳态稳态稳态液动力的错误液动力的错误液动力的错误认识认识张海平（上海 hpzhang856@ ）摘要：从动力学角度阐明了液压阀稳态液动力的基本概念和计算方法，分析了滑阀、锥阀、插装阀的稳态液动力受力情况的差异，分析结果表明：稳态液动力总是使阀芯关闭。

结合实例，分析了考虑稳态液动力时的液压阀、液压系统的影响因素。

纠正了国内一些大学液压教材中关于稳态液动力的一些错误认识。

关键词：大学教材，液压传动，液动力Correct some Wrong Opinions about Flow ForcesZHANG Hai-ping（Shanghai ，hpzhang856@ ）Abstract : Starting from hypostasis of steady flow forces, this paper corrects some wrong opinions about the flow forces in most Chinese university textbooks. The behavior of flow forces in hydraulics system was introduced. Some practice examples were analyzed. Key words : university textbooks, hydraulic power and control, flow forces. 收稿日期：2010-06-06作者简介：张海平（1947-），男，江西湖口人。

1 引言稳态液动力是指液压阀内流体流动过程中没有时变流动的情况下，由于液体流动而引起的液体介质对阀芯的附加作用力。

要强调的是，一，流体不流动时本身就具有一定的静压力，而我们要研究的液动力是由于流动而引起的在此静压力上附加的部分；二，虽然我们只关心流体流动时对阀芯的作用力，但流体对阀体也可能会有作用力，即阀体也可能会对流体有反作用力，忽视了这一点，就可能引出错误的结论。

高性能液压滑阀配合间隙特性分析高性能液压阀是工程机械的核心部件，其性能对工程机械的工作性能有相当大的影响。

但由于制造和装配误差，阀芯和阀体之间不可避免的存在几何形状误差和同轴度误差，使阀芯和阀体之间存在间隙。

配合间隙过小，会增加阀芯运动过程中的摩擦阻力，造成阀芯卡死等故障；反之间隙过大则会大大增加泄漏，影响液压阀使用寿命和工作性能。

文章计算了阀芯受间隙内流场作用的摩擦力，建立了阀间隙的数学模型，并探讨了间隙大小对阀性能的影响，并给出了使阀性能最佳的间隙大小。

标签：高性能液压阀；工程机械；多路阀；特性分析1 概述多路阀是工程机械液压控制系统中的关键控制部件，它可以实现液压执行机构的复杂动作，其性能对工程机械的性能产生较大影响。

但由于制造装配等多种原因，阀芯与阀体之间的配合并非严丝和缝，其间存在间隙。

当阀芯处于工作状态时，若间隙过大，则会使系统泄漏量大大增加，从而影响阀的使用寿命；相反若工作间隙过小，则阀芯与阀体之间的摩擦会加剧，从而出现阀芯卡死等故障，严重影响系统安全。

就目前而言，间隙泄漏问题还没有很好的解决方法。

余祖耀等[1]分析了柱塞泵中柱塞与缸孔环形缝隙流道的流量，并推导得出了计算公式；徐林[2]利用数值计算方法计算得到了湍流工况下泵环状间隙内速度与压力的分布规律；姜福祥，郁凯元[3]建立了先导式溢流阀的数学模型，并在此基础上对先导式溢流阀间隙泄漏特性及其对溢流阀静态特性的影响进行了仿真，并将仿真结果与刘冀民[4]的实验结果进行了比较，得出了较满意的结论。

Pan，X.D. Wang，G.L.[5]等模拟了电液伺服阀阀芯径向间隙阀口节流特性的影响，并实验验证了理论结果。

Duan Shanzhong和Nielsen Tyler[6]建立了考虑了诸多影响阀芯动态性能因素的阀芯运动过程的数学模型。

文章通过求解阀芯配合间隙内的流场，探讨了间隙对滑阀性能的的影响，并探讨了阀芯配合间隙的最佳缝隙大小。

2 阀芯间隙流场分析由于制造和装配误差，阀芯与阀体的配合之间存在间隙，考虑到计算上的方便，对间隙几何模型做出适当的简化。

学宪法讲宪法知识竞赛题1.权利的平等是指每个人不分民族、性别、职业、家庭出身、宗教信仰、( )、财产状况等，都平等地享有宪法和法律所赋予的各项权利。

A 教育程度B 国籍C 出生地D 财富正确答案：A2.如果某位公民实施了违法犯罪行为，则( )。

A 无论该公民是谁，都要受到法律的制裁，并承担相应的法律责任B 如果该公民是星二代，则不用受到法律的制裁C 如果该公民是红二代，则不用受到的法律的制裁D 如果该公民是人大代表，则不用受到法律的制裁正确答案：A3.我国公民在适用法律方面人人平等，允许( )。

A 某些人有超越法律之上的特权B 有歧视的行为存在C 对弱势群体寄予合理的特殊对待D 无差别的一律平等正确答案：C4.我国宪法规定：任何组织和个人都不得有超越宪法和法律的特权。

以下哪项说法不正确( )。

A 法律面前没有特殊公民B 官官相护、徇私枉法者最终要受到法律的惩罚C 反对一切特权D 即使一些弱势群体也不能享有一些合理的特殊待遇正确答案：D5.以“法律面前人人平等”为前提的“尊重”表现在( )。

①尊重自己; ②尊重他人; ③尊重社会; ④尊重自然A ①②③B ①②④C ②③④D ①②③④正确答案：D5.中华人民共和国国旗的长宽比例为( )。

A 3:2B 4:3C 5:4D 2:1正确答案：A6.中华人民共和国国旗的设计者是( )。

A 曾联松B 聂耳C 梁思成D 李宗津7.与我国国旗相关的法律法规是( )。

A 《中华人民共和国国徽法》B 《中华人民共和国国旗法》C 《中华人民共和国国歌法》D 《中华人民共和国刑法》正确答案：B8.中华人民共和国的国旗为红底五星旗，象征( )。

A 国家统一B 各民族团结C 中国共产党的领导D 中国革命人民大团结正确答案：D9.在五星红旗的设计方案中，红色代表( )。

A 革命B 中国共产党C 工人D 农民正确答案：A10.小学生亮亮正在认真的学习宪法知识，对于亮亮的行为，你认为下列哪项说法是正确的?( )A 值得鼓励，我们每个人都应当学习宪法并遵守宪法的规定B 我们小学生不用学习宪法C 我们小学生需要学习宪法，但不用遵守宪法D 宪法是国家的根本大法，遵守宪法就可以了，不需要遵守班级规则正确答案：A11.壮壮因为没赶上地铁，便强行扒乘，导致此路段地铁被迫停运，车上的乘客既生气又无奈，你认为应当如何评价壮壮的行为?( )A 只要没有人员伤亡，就可以不予追究B 如果壮壮是因为特殊情况，万般不得已才这么做的话，是可以理解的C 这种严重影响地铁运行的行为，应当受到法律的制裁D 必须严禁壮壮终身不得再乘坐地铁正确答案：C12.“不以规矩，难成方圆”这句古训，它所揭示的道理是( )。

主配压阀配合间隙
主配压阀配合间隙是指主配压阀与其配合面之间的间隙。

主配压阀是压力控制装置中的重要组成部分，用于控制介质的流量和压力。

在工作过程中，主配压阀需要与其配合面密封紧密，以防止介质的泄漏和压力的不稳定。

主配压阀配合间隙的大小对主配压阀的工作性能和密封性能具有重要影响。

如果配合间隙过大，会导致压力控制不准确，压力波动大，甚至可能无法实现压力控制的要求。

如果配合间隙过小，可能会导致主配压阀卡死或无法正常工作。

因此，在设计和安装主配压阀时，需要注意控制主配压阀与其配合面之间的间隙。

通常采用精密加工和装配技术，以确保主配压阀与其配合面的密封性能和配合质量。

课程期终考试试卷(A)答案一、填空题：（共12 小题，每一空格1分，共30 分）1．直动式溢流阀的阻尼孔的作用是减小油压的脉动，提高阀工作的平稳性而先导式溢流阀的阻尼孔的作用是在先导锥阀打开时，在主阀芯两端产生压差使其打开。

由于调压弹簧与主阀芯复位弹簧分开，所以可以实现高压且调压稳定。

2．影响节流阀流量稳定性的主要原因是（1）负载变化的影响（2）温度变化的影响（3）节流口形状的影响3．减压阀与顺序阀的主要区别是（1）前者用出口油压来控制阀芯移动，后者用进口油压来控制（2）原始状态前者是常开的而后者是常闭的（3）前者的出口压力保持恒定，后者的出口压力由负载决定4．气动中后冷却器的作用是将压缩空气冷却并除去水分储气罐的作用是消除压力波动，保证输出气流的连续性；储存压缩空气备用和进一步分离压缩空气中的水分与油分而油雾器的作用则是使润滑油雾化后注入气流中，并随气流到期要润滑的部件起润滑作用5．Y形密封圈是自封式自紧型（或唇边）密封，它除靠密封圈的微小过盈量实现初始密封外，其密封主要是在压力油作用下接触压力增大，使唇边贴紧偶合面来保持密封。

6．冲击气缸的结构有头腔、尾腔和储能腔三个工作腔。

7．旁油路节流调速时，回路中溢流的作用是安全阀。

8．容积式泵的基本特点是：具有一个或若干个周期性变化的密封容积，具有配流装置，油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。

9．电液换向阀中先导阀的中位机能应选用 Y 型。

液压系统采用三位四通换向阀换向，若要求需要液压泵卸荷、液压缸锁紧时，可采用的中位机能为 M型。

10．气动三联件安装时，从进气到输出的安装顺序依次为；过滤器、减压阀、油雾器。

11．气液阻尼缸是由气缸和液压缸共同组成的。

它以压缩空气为能源，利用液压油的不可压缩性和对油液流量的控制，使活塞获得稳定的运动，并可调节活塞的运动速度。

12．快速排气阀用来加快气缸排气腔排气,以提高气缸运动速度。

它通常装在换向阀和气缸之间。

滑阀稳态液动力产生原因与补偿方法段少帅; 姚平喜; 张恒【期刊名称】《《流体传动与控制》》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】4页(P27-30)【关键词】阀套开斜孔; 出口节流式滑阀; 稳态液动力补偿; Fluent软件【作者】段少帅; 姚平喜; 张恒【作者单位】太原理工大学机械工程学院山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压滑阀是流体传动与控制技术中非常重要的基础元件,对滑阀的受力和工作过程进行深入的研究就显得十分必要。

作用在液压滑阀上的压力、弹簧力等都是可控的、可预知的，而液动力则随阀的开口的大小、通过流量的大小等变化。

液动力分为稳态液动力和瞬态液动力，所谓的稳态液动力是指阀的开口量一定时，液流通过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力。

当流量较大时，稳态液动力会较大，对伺服阀和比例阀的操控有较大的影响，会出现液动力大于操控力而使阀芯动作失效的情况，因此，补偿稳态液动力一直是国内外液压工作者关注的问题。

目前的补偿策略主要有：（1）阀套运动法[1]，这种补偿办法是将阀芯受到的力转移到运动的阀套上面，从而减小了阀芯的受力；（2）流道改造法[3][4]，通过改造阀腔的流道，优化涡的布置位置，改变了流体的流动状态，从而改善液动力的状况；（3）非全周开口法[5]，在阀芯上切割出几条“U”形槽口,油液首先在槽内流动,然后进入阀腔。

由于槽口的引流作用,减小了油液的喷射角度,液动力得到了补偿。

本文提出一种在阀套上开斜孔补偿液动力的方法，并采用Fluent软件分析对比了开斜孔前后阀内流体的流动状态，通过分析阀芯端面受力情况，从另一个角度分析了液动力产生的原因、大小及方向。

1 阀套开斜孔滑阀的结构和工作原理阀套开斜孔滑阀的结构如图1所示，与一般滑阀最大的区别就是在阀套上面沿圆周开一系列对称的径向斜孔，当液流自箭头所指入口流入，经斜孔以一定的速度ω1进入阀腔，然后以ω2的速度从节流口流出。

主配压阀配合间隙概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在机械工程领域中，主配压阀配合间隙是一个重要的参数，它对于机械设备的正常运行和性能起着关键的作用。

主配压阀是一种控制系统中的关键元件，用于调节流体介质的压力和流量。

而主配压阀配合间隙则是指主阀芯和主阀座之间的间隙大小。

合适的配合间隙可以确保主配压阀在工作过程中的密封性和稳定性，从而保证其准确地控制流体介质。

1.2 文章结构本文将全面探讨主配压阀配合间隙的重要性、调整方法以及优化措施。

首先，在引言部分进行了问题归纳和背景介绍，接下来将详细说明主配压阀配合间隙在机械设备中的重要性，并分析影响因素和实际应用中可能出现的问题。

然后，我们将重点介绍调整方法，包括相关理论基础、实施步骤以及注意事项。

此外，为了进一步提升机械设备性能，文章还将讨论优化措施，涉及设计改进、技术手段和维护保养策略。

最后，通过总结主要观点和发现，并提出研究局限性和未来的拓展方向，以完成本篇文章的引言部分。

1.3 目的本文的目的是全面介绍主配压阀配合间隙及其重要性，并提供相应的调整方法和优化措施。

通过对该主题进行深入剖析，读者可以更好地理解主配压阀在机械设备中的作用和功能，掌握正确调整方法以及采取适当的优化措施来提升机械系统的性能和稳定性。

此外，在文章中还会对一些实际应用中可能出现问题进行讨论，为读者解决相关疑惑并提供参考意见。

通过深入研究主配压阀配合间隙，我们有望为机械工程领域的专业人士提供有价值的见解和指导，促进该领域科技水平的不断进步与创新。

2. 主配压阀配合间隙的重要性2.1 作用和功能主配压阀是一种用于控制液压系统中液压油流量和压力的关键元件。

在主配压阀中，配合间隙指的是阀芯和阀座之间的空隙。

这个间隙大小对于主配压阀的正常运行起着至关重要的作用。

首先，主配压阀的配合间隙直接影响到液压系统的稳定性和精度。

当液体通过主配压阀时，如果配合间隙过大，就会导致流量漏失和泄漏现象，使得系统无法正常工作，并可能导致液压系统无法达到预期的压力控制效果。

基于CFD的液压滑阀过流特性的稳态分析液压滑阀是液压系统的主要控制元件之一，其性能好坏直接影响到整个液压系统的性能。

本文应用软件PRO/E建立滑阀内部流道的三维模型，然后应用Gambit软件划分网格，最后运用Fluent软件对不同阀芯开度和不同流量下滑阀内部流场进行了数值模拟。

所做工作对于滑阀后期结构优化、了解滑阀过流特性具有指导意义。

标签：滑阀；Fluent；压力云图0 引言随着液压技术的不断发展，对整个液压系统或液压元件的性能要求越来越高，采用先进的设计方法或技术手段研究系统或元件性能，特别是其内部运行情况的研究对于提供有效的设计依据具有十分重要的意义。

液压滑阀是液压系统的主要控制元件之一，它通过改变阀芯和阀体的相对工作位置来实现对流体的压力、流量、方向的控制[1]。

流体流经阀内流道特别是滑阀阀口时，由于阀口过流断面面积的减小会造成一定的压力损失和能量的消耗，严重时甚至造成气穴现象，导致振动或噪声。

另外，流体流经阀腔时，由于动量的变化会产生液动力，对阀芯的操纵性能造成影响[2-3]。

因此，研究液压滑阀流道内流体的流动特性对于了解预测其内部流场压力、速度分布及其受力情况和后期的结构优化设计具有十分重要的意义。

本文采用CFD（Computational Fluid Dynamic）软件Fluent对液压滑阀在进口节流工况下采用单相流技术对其内部流场进行了定常仿真计算，分析了流量变化和阀口开度变化对于其内部流场的压力和速度分布的影响。

1 模型的建立液压滑阀的几何结构示意图见图1.其中a=7mm，b=4.5mm，c=4.5mm，阀杆直径d=6mm，长e=15mm，阀芯直径D=11mm.内流道建模时假设阀芯与阀体精确配合，无径向间隙。

应用参数化建模性能良好的软件Pro/E建立三维模型，由于滑阀内部流道呈面对称结构，在此仅建立了其半剖模型，以节省计算时间和计算机内存，并对进出口管道进行了适当延长。

应用软件GAMBIT对建立好的模型进行先线再面后体网格方式划分网格，体网格采用非结构化混合网格，如图2为开度为1mm时的网格模型图。

5.1.3 阀芯驱动与阀芯运动阻力 Spool Driving and Spool Resistance in Movement驱动阀芯的方式有手动(Manually-actuated)、机动(Mechanically-actuated)、电磁驱动(Solenoid-actuated)、液压驱动(Hydraulic Pressure-actuated )等多种。

其中手动最简单，电磁驱动易于实现自动控制，但高压、大流量时手动和电磁驱方式常常无法克服巨大的阀芯阻力(Resistance)，这时人们不得不采用液压驱动方式。

稳态时，阀芯运动的主要阻力为：液压不平衡力，稳态液动力（Steady-hydrodynamic Force ，i.e. Bernoulli Force ），摩擦力(Frictional Force)（含液压卡紧力）；动态时还有瞬态液动力，惯性力(Inertia Force)等。

若阀芯设计时静压力不平衡，高压下阀芯可能无法移动，因此阀芯设计时尽可采取静压力平衡措施，如在阀芯上设置平衡活塞。

阀芯静压力平衡后，阀芯的稳态液动力和液压卡紧力又成为主要矛盾，高压、大流量时阀芯稳态液动力和液压卡紧力可达数百至数千牛，手动时感到十分吃力。

（1）作用在圆柱滑阀上的稳态液动力液流经过阀口时，由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到附加的作用力。

在阀口开度一定的稳定流动情况下，液动力为稳态液动力。

当阀口开度发生变化时，还有瞬态液动力作用。

限于篇幅，这里仅研究稳态液动力。

稳态液动力可分解为轴向分力和径向分力。

由于一般将阀体的油腔对称地设置在阀芯的周围，因此沿阀芯的径向分力互相抵消了，只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。

图5.7 作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力(a)流出式； (b)流入式对于某一固定的阀口开度x 来说，根据动量定理(Theorem of momentum)(参考图5.7中虚线所示的控制体积)可求得流出阀口时[见图5.7(a)]的稳态液动力为(5.5)可见，液动力指向阀口关闭的方向。

§5. 液压控制元件一、填空题1、常见压力控制阀有溢流阀，减压阀，顺序阀，压力继电器。

2、溢流阀的作用是溢流和稳压。

当溢流阀的入口处压力小于阀的调定压力时，阀口关闭；当阀的入口处压力达到阀的调定压力时，阀口开启，此后阀的入口处压力保持稳定。

溢流阀为入口压力控制，阀口常闭，先导阀弹簧腔的泄漏油与阀的出口相通。

3、先导式溢流阀的结构由先导阀和主阀组成，其中先导阀主要用于调整和控制压力，而主阀主要作用是溢流。

4、溢流阀在液压系统中，有溢流稳压、安全保护、泵卸荷和远程调压等应用。

5、溢流阀的进口压力随溢流量变化而波动的性能称为压力流量特性，性能的好坏用调压偏差或开启比、闭合比评价。

显然调压偏差小好，开启比和闭合比大好。

6、定值减压阀为出口压力控制，阀口常开，先导阀弹簧腔的泄漏油必须单独接油箱（外泄口）。

定值输出减压阀，当阀的进口压力小于阀的调定压力时，阀处于非工作状态，阀口全开；当阀的进口压力等于或大于阀的调定压力时，阀处于工作状态，阀的出口处压力等于调定压力。

7、顺序阀依控制压力的不同，分为内控式和外控式。

当控制压力小于顺序阀的调定压力时，阀口关闭，当控制压力达到阀的调定压力时，阀口开启。

8、节流阀是依靠改变阀口通流面积大小来控制油液流量大小，从而用来控制液压系统中执行元件的运动速度。

节流阀在实际使用过程中，流量大小还受到负载变化和温度变化的影响。

因此，人们设计出调速阀，它由定差减压阀和节流阀串接组合而成。

旁通型调速阀是由差压式溢流阀和节流阀并联而成。

9、单向阀的主要作用是只允许液流正向流动，反向截止。

液控单向阀，当控制口X未通压力油时，阀只允许液流单向流动。

当控制口X通入压力油时，阀允许液流双向流动。

10、换向阀的控制方式有手动，机动，电磁，液动，电液。

11、三位换向阀常用的中位机能有O，H，M，P，Y五种类型。

12、在电液换向阀中，先导阀为电磁阀，主阀为液动阀。

13．多路换向阀是一种两个以上换向阀组合而成手动换向阀，常用于工程机械等要求的设备中。

溢流阀工作原理溢流阀是一种常用的液压控制元件，用于控制液压系统中的流量和压力。

它的主要作用是在系统中产生一定的阻力，使过量的液压油流回油箱，以保护系统的安全运行。

下面将详细介绍溢流阀的工作原理。

一、溢流阀的结构组成溢流阀通常由阀体、阀芯、弹簧和调节螺钉等部件组成。

阀体是溢流阀的外壳，用于固定和保护内部零件。

阀芯是溢流阀的控制部分，通过与阀座的配合来控制液压油的流动。

弹簧用于提供阀芯的弹性支撑力，使阀芯能够及时响应外部压力的变化。

调节螺钉用于调整溢流阀的工作压力。

二、溢流阀的工作原理溢流阀的工作原理基于阀芯与阀座之间的配合关系。

当液压系统中的压力超过溢流阀设定的工作压力时，阀芯会被压力推动，与阀座分离，形成一个通道，使液压油流经阀芯与阀座之间的间隙，流回油箱。

当压力下降到溢流阀设定的工作压力以下时，弹簧会将阀芯重新推回到阀座上，关闭溢流通道，阻止液压油的流动。

三、溢流阀的应用场景溢流阀广泛应用于各种液压系统中，主要用于以下几个方面：1. 压力保护：当系统中的压力超过设定值时，溢流阀能够及时打开，将多余的液压油流回油箱，以保护系统的安全运行。

2. 流量控制：通过调节溢流阀的工作压力，可以控制液压系统中的流量，满足系统对流量的需求。

3. 限制压力：在某些液压系统中，为了保护系统的其他元件，需要限制系统中的压力不超过一定数值，溢流阀可以起到限制压力的作用。

四、溢流阀的选择和维护在选择溢流阀时，需要考虑以下几个因素：1. 工作压力范围：根据液压系统的工作压力范围选择合适的溢流阀。

2. 流量要求：根据液压系统的流量要求选择合适的溢流阀。

3. 工作环境：根据液压系统的工作环境选择耐腐蚀、耐磨损的溢流阀材料。

在使用溢流阀时，需要进行定期的维护和保养，以确保其正常工作：1. 清洁：定期清洁溢流阀的阀体和阀芯，以防止杂质进入阀内影响阀的正常工作。

2. 润滑：定期给溢流阀的阀芯和阀座涂抹润滑油，以减少磨损和摩擦。

3. 检查：定期检查溢流阀的工作状态，如发现异常应及时修理或更换。

1.常用液压阀一方向阀、压力阀、流量阀的类型【答】 (1)方向阀方向阀的作用概括地说就是控制液压系统中液流方向的,但对不同类型的阀其具体作用有所差别。

方向阀的种类很多,常用方向阀按结构分类如下:单向阀：l普通单向阀 2 液控单向阀普通单向阀换向阀：1 转阀式换向阀液控单向阀2 滑阀式换向阀：手动式换向阀、机动式换向阀、电动式换向阀、液动式换向阀、电液动换向阀。

手动式换向阀电液动换向阀（2）压力控制阀溢流阀：直动式、先导式溢流阀直动式溢流阀先导式溢流阀减压阀：直动式、先导式减压阀顺序阀：直动式、先导式顺序阀压力继电器（3）流量控制阀节流阀调速阀………….2.换向阀的控制方式,换向阀的通和位【答】换向阀的控制方式有手动式、机动式、电动式、液动式、电液动式五种。

换向阀的通是指阀体上的通油口数,有几个通泊口就叫几通阀。

换向阀的位是指换向阀阀芯与阀体的相互位置变化时,所能得到的通泊口连接形式的数目,有几种连接形式就叫做几位阀。

如一换向阀有4个通油口,3种连接形式,且是电动的,则该阀全称为三位四通电磁(电动)换向阀。

3.选用换向调时应考虑哪些问题及应如何考虑【答】选择换向阀时应根据系统的动作循环和性能要求,结合不同元件的具体特点,适用场合来选取。

①根据系统的性能要求,选择滑阀的中位机能及位数和通数。

②考虑换向阀的操纵要求。

如人工操纵的用手动式、脚踏式；自动操纵的用机动式、电动式、液动式、电液动式；远距离操纵的用电动式、电液式；要求操纵平稳的用机动式或主阀芯移动速度可调的电液式；可靠性要求较高的用机动式。

③根据通过该阀的最大流量和最高工作压力来选取(查表)。

最大工作压力和流量一般应在所选定阀的围之,最高流量不得超过所选阀额定流量的120%,否则压力损失过大,引起发热和噪声。

若没有合适的,压力和流量大一些也可用,只是经济性差一些。

④除注意最高工作压力外,还要注意最小控制压力是否满足要求(对于液动阀和电液动换向阀)。

大工21春《液压传动与控制》在线作业
3 (251)满分答案
1.溢流阀可以保持系统压力恒定，选项A正确。

2.顺序阀属于压力控制阀，选项B正确。

3.调速阀属于流量控制阀，选项C正确。

4.顺序阀采用外泄方式，选项B正确。

5.溢流阀采用内泄方式，选项A正确。

6.调速阀的速度平稳性更好，选项A正确。

7.节流调速回路中的泵为定量泵，选项A正确。

8.变量泵和定量马达组合的容积调速回路是恒转矩调速，
选项B正确。

9.调速阀在定压式容积节流调速回路中的作用是稳定进入
液压缸的流量，选项C正确。

10.增压回路的功用是不采用高压泵而使系统某一部分得
到较高工作压力，选项B正确。

11.液压阀按结构分类，可分为比例、伺服、数字控制阀，选项F错误。

12.液压阀的液动力包括稳态液动力和变态液动力，选项
F错误。

13.滑阀机能为H型时，液压缸可以“浮动”和在任意位置上停止，选项T正确。

14.溢流阀可以防止系统过载，选项T正确。

15.压力继电器从功能上分，可分为柱塞式、弹簧管式、膜片式、波纹管式四种，选项F错误。

16.溢流阀属于压力控制阀，选项错误。

2.5孔口和间隙的流量—压力特性在液压元件中，普遍存在液体流经孔口或间隙的现象。

液流通道上其通流截面有突然收缩处的流动称为节流，节流是液压技术中控制流量和压力的一种基本方法。

能使流动成为节流的装置，称为节流装置。

例如，液压阀的孔口是常用的节流装置，通常利用液体流经液压阀的孔口来控制压力或调节流量；而液体在液压元件的配合间隙中的流动，造成泄漏而影响效率。

因此，研究液体流经各种孔口和间隙的规律，了解影响它们的因素，对于理解液压元件的工作原理、结构特点和性能是很重要的问题。

2.5.1 孔口的流量—压力特性孔口是液压元件重要的组成因素之一，各种孔口形式是液压控制阀具有不同功能的主要原因。

液压元件中的孔口按其长度l 与直径d 的比值分为三种类型：长径比l/d ＜0.5的小孔称为薄壁孔；长径比0.5＜l/d ＜4的小孔称为厚壁孔或短孔；长径比l/d ＞4的小孔称为细长孔。

这些小孔的流量—压力特性有共性，但也不完全相同。

⒈薄壁孔薄壁孔一般孔口边缘做成刃口形式，如图2.28所示。

各种结构形式的阀口就是薄壁小孔的实际例子。

液流经过薄壁孔时多为紊流，只有局部损失而几乎不产生沿程损失。

设薄壁孔直径为d ，在小孔前约d /2处，液体质点被加速，并从四周流向小孔。

由于流线不能转折，贴近管壁的液体不会直角转弯而是逐渐向管道轴线收缩，使通过小孔后的液体在出口以下约d /2处形成最小收缩断面，然后再扩大充满整个管道，这一收缩和扩大的过程便产生了局部能量损失。

设最小收缩断面面积为A c ，而小孔面积为A T ，则最小收缩断面面积与孔口截面面积之比称为截面收缩系数，即Tc c A A C （2.61） 收缩系数反映了通流截面的收缩程度，其主要影响因素有：雷诺数Re 、孔口及边缘形式、孔口直径d 与管道直径d 1比值的大小等。

研究表明，当d 1/d ≥7时，流束的收缩不受孔前管道内壁的影响，这时称之为完全收缩；当d 1/d ＜7时，由于小孔离管壁较近，孔前管道内壁对流束具有导流作用，因而影响其收缩，这时称液流为不完全收缩。

单选1.三凸肩和四凸肩的的四通阀(导向性好 )，是常用的结构形式。

2. 对于滑阀来说，由于射流角θ总是小于90°，所以稳态液动力的方向总是指向（使阀口关闭的方向）。

3. 实际零位开口阀的零位压力增益主要取决于阀的（径向间隙值），而与阀的面积梯度无关。

4. 当采用定量泵加溢流阀作液压能源时，定量泵的供油流量应等于或大于阀的最大负载流量qLmax (即阀的最大空载流量q0m )。

阀在最大输出功率时的系统最高效率为（38.5%）。

5. 如果采用变量泵供油时，由于变量泵可自动消节其供油流量qs来满足负载流量qL的要求，因此qs=qL。

阀在最大输出功率时的最高效率为（66.7%）6. 正开口四边滑阀的空载稳态液动力是零开口四边滑阀的（两倍）。

7. 在电液伺服阀中，由于受力矩马达输出力矩的限制，稳态液动力限制了单级伺服阀的输出功率，实用的解决方法是（使用两级伺服阀），利用第一级阀提供一个足够大的力去驱动第二级滑阀。

8. 用实验方法确定实际零开口滑阀的中位特性时。

如果使阀芯处于阀套的中间位置不动，改变供油压力ps,，测量出相应的泄漏流量qc，可得（中位泄露量曲线）。

9. 用实验方法确定实际零开口滑阀的中位特性时，在供油压力ps一定时，改变阀芯位移xv，测出泄漏流量ql,可得（泄露流量曲线）10. 用实验方法确定实际零开口滑阀的中位特性时，需要将负载通道关闭，在负载通道和供油口分别接上（压力表），在回油口接流量计或量杯。

11. 只有当负载压力pL =常数时，稳态液动力才与阀的开口量xv成比例关系。

当负载压力pL变化时，稳态液动力将呈现出（非线性）。

12. 在电液伺服阀中，由于受力矩马达输出力矩的限制，（稳态液动力）限制了单级伺服阀的输出功率，实用的解决方法是使用两级伺服阀，利用第一级阀提供一个足够大的力去驱动第二级滑阀。

13. 中位泄漏流量曲线除可用来判断阀得加工配合质量外，还可用来确定阀的（零位流量-压力系数）。

第２９卷第８期中国机械工程V o l ．２９㊀N o ．８２０１８年４月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．８９３Ｇ８９９配合间隙对溢流阀稳态液动力的影响瞿道海㊀周云山㊀罗㊀威㊀刘云峰㊀傅㊀兵湖南大学机械与运载工程学院,长沙,４１００８２摘要:针对稳态液动力影响电液比例溢流阀调压精度的问题,建立了内流式滑阀液动力数学模型,基于C F D 仿真平台,构建了考虑配合间隙的滑阀模型,并搭建了试验平台以验证模型的正确性,研究了不同配合间隙对滑阀稳态液动力的影响.结果表明:考虑配合间隙的滑阀模型与试验测试结果有很好的一致性;溢流阀在工作过程中,阀口开度与配合间隙非常接近,随着压力升高,阀口开度变小,射流角接近２０ʎ;随着配合间隙增大,阀口开度变小,射流角变大;配合间隙在一定范围内,液动力随着间隙增大而增大,当达到临界值后,配合间隙对液动力的影响变小.关键词:稳态液动力;溢流阀;射流角;配合间隙中图分类号:T P １３７．５２D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０１８．０８．００２开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):I n f l u e n c e s o f F i tC l e a r a n c e s o nS t e a d yＧs t a t eF l u i dF o r c e s o fR e l i e fV a l v e s Q U D a o h a i ㊀Z HO U Y u n s h a n ㊀L U O W e i ㊀L I U Y u n f e n g ㊀F U B i n gS c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dV e h i c l eE n g i n e e r i n g ,H u n a nU n i v e r s i t y ,C h a n gs h a ,４１００８２A b s t r a c t :A i m i n g t o s o l v e t h e p r e s s u r e r e g u l a t i n g p r e c i s i o n o f e l e c t r o Ｇh y d r a u l i c p r o po r t i o n a l r e l i e f v a l v e s a f f e c t e db y s t e a d y Ｇs t a t e f l u i d f o r c e s ,a f l o wf o r c em a t h e m a t i c a lm o d e l o f c o n v e r g e d f l o ws po o l v a l v e sw a s b u i l t ．T h e v a l v em o d e l c o n s i d e r i n g f i t c l e a r a n c e sw a s e s t a b l i s h e db a s e do nC F D ,a n d a t e s t r i g w a s s e t u p t ov a l i d a t e t h e c o r r e c t n e s s o f t h em o d e l ．T h e n t h e i n f l u e n c e so f d i f f e r e n t f i t c l e a r a n c e s o n s t e a d y Ｇs t a t e f l u i d f o r c e s o f s p o o l v a l v e sw e r e s t u d i e d ．T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e s po o l v a l v em o d e l c o n s i d e r i n g f i t c l e a r a n c e s h a s a g o o dc o i n c i d e n c ew i t ht e s t r e s u l t s ．W h i l e r e l i e f v a l v e i sw o r k i n g,t h e v a l v e o p e n i n g i s c l o s e t o f i t c l e a r a n c e e x t r e m e l y ．A s p r e s s u r e i n c r e a s e s ,v a l v eo p e n i n g be c o m e s s m a l Ｇl e r ,a n d j e t a n g l e g e t s c l o s e t o ２０ʎ．A s t h e c l e a r a n c e i n c r e a s e s ,v a l v eo p e n i n g t u r n s s m a l l e r ,j e t a n gl e b e c o m e s b i g g e r ．I n a c e r t a i n r a n g e s ,s t e a d yＧs t a t e f l u i d f o r c e s i n c r e a s ew i t h t h e i n c r e a s e o f c l e a r a n c e s ,a n d f i t c l e a r a n c e s h a v e a s m a l l i n f l u e n c e o n s t e a d yＧs t a t e f l u i d f o r c e sw h e n c l e a r a n c e s r e a c h t h e c r i t i c a l v a l u e s ．K e y wo r d s :s t e a d y Ｇs t a t e f l u i d f o r c e ;r e l i e f v a l v e ;j e t a n g l e ;f i t c l e a r a n c e 收稿日期:２０１７１１２０基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１４７５４０２)０㊀引言溢流阀广泛用于液压系统中,经常与先导电磁阀或电磁铁配合使用,控制液压系统的压力在一定范围内变化[１Ｇ４].当需要液压系统的压力精确跟随控制信号变化时,液动力成了关键影响因素.国内外许多学者对液动力进行了深入研究.冀宏等[５]利用流场动力学方法,对非全周开口U 形和V 形节流槽滑阀流场进行可视化研究,发现在特定的阀口开度范围内,液动力会使阀口趋于开大;吴小锋等[６]通过计算流体动力学方法对液压换向阀受到的瞬态液动力进行研究,以减小噪声因子对瞬态液动力的影响,提高换向阀的健壮性;Y U A N 等[７]㊁K R I S H N A S W A M Y 等[８]对大流量多位电液换向阀的液动力进行研究,通过理论㊁C F D 仿真和试验相结合的方法,利用液动力来提高电液换向阀的灵敏性.少数学者对配合间隙进行了研究.刘晓红等[９]建立了具有配合间隙的阀芯C FD 模型,仿真与试验结果表明,流体在滑阀节流口的能量损失会使油温升高㊁阀芯膨胀,阀芯与阀体之间的配合间隙减小,最终导致阀芯卡滞;P A N等[１０]研究了电液伺服阀径向配合间隙对节流边流量特性的影响;W E I 等[１１]在考虑减小泄漏量和避免阀芯卡滞的情况下,研究了大直径滑阀与阀体之间的配合间隙应如何设计.综上,学者们都未考虑阀芯与阀体间配合间隙对滑阀液动力的影响.本文以汽车某自动变速器先导式电液比例溢流阀为研究对象,建立了内流式滑阀液动力数学模型,将滑阀与阀体配合间隙考虑在内,基于C F D 仿真平台构建了流体域模型,搭建试验测试平台,验证考虑配合间隙的仿真模型的合理性;最后,基于验证的仿真模型,分析不同配合间隙对滑阀稳态液动力的影响.３９８ Copyright©博看网 . All Rights Reserved.１㊀液动力对溢流阀的影响流体在滑阀阀腔流动时,造成阀腔环形侧面压力分布发生变化,产生作用于滑阀的作用力即液动力[１２].液动力分为瞬态液动力和稳态液动力.液体加速或减速引起的作用于滑阀环形侧面的作用力称为瞬态液动力;流出和流入控制体的速度发生变化,产生作用于滑阀环形侧面的作用力称为稳态液动力.某先导式电液比例溢流阀由滑阀㊁弹簧㊁比例电磁阀和阀体等组成,结构如图１所示.溢流滑阀的动力学平衡方程为[１３]F a ＝F p i l o t －F f e e d b a c k ＋F f －F f r i c t i o n ＋F s p r i n g(１)式中,F a 为滑阀受到的惯性力;F p i l o t 为先导力;F f e e d b a c k 为反馈力;F f 为液动力;F f r i c t i o n 为摩擦力;F s p r i n g 为弹簧力.可以看出,液动力影响滑阀的力学平衡关系.图１㊀溢流阀结构简图F i g ．１㊀S t r u c t u r e d i a gr a mo f r e l i e f v a l v e 图２所示为某国产无级变速器液压系统电液比例溢流阀在不同初始溢流压力p ０下,溢流流量增加时的溢流压力的变化.可以看出,溢流压力呈明显增大趋势,这是由于溢流流量增大时,流体作用于滑阀的液动力增大,改变了滑阀的力学平衡关系,这对变速器的夹紧力控制和速比跟踪等都是非常不利的.图２㊀液动力对溢流阀的影响F i g ．２㊀I n f l u e n c e o f s t e a d yＧs t a t e f l u i d f o r c e t o r e l i e f v a l v e ２㊀液动力模型溢流阀的液动力产生于节流口和泄油口之间,将该区域提取出来,如图３所示,其中,Δx 为滑阀节流边阀口的开度,δ为滑阀与阀体之间的配合间隙,θ１为流体从节流口射入阀腔的射流角度,θ２为流体从滑阀流出的射流角度,v １㊁v ２分别为流体射入阀腔和流出阀腔的平均速度,q V １㊁q V ２分别为流体流入阀腔和流出阀腔的流量,p １㊁p ２分别为流体流入阀腔和流出阀腔的压力,d 为阀芯外径,D 为阀体内径,τs l e e v e 为阀体作用在流体上的黏性剪切应力,τr o d 为流体施加在阀杆上的黏性剪切应力.图３㊀内流式滑阀节流区域F i g ．３㊀T h r o t t l i n g a r e a o f c o n v e r g e d f l o ws po o l 以滑阀为研究对象,当流体流经滑阀滑槽表面时,施加于滑阀的作用力F s po o l 由三部分组成:①流体具有黏性,贴近滑阀表面油液速度为０,产生了施加于滑阀的黏性摩擦力F r o d ;②油液流经滑槽时速度变化剧烈,有动压产生,产生作用于滑阀环形侧面的作用力F d yn a m i c s ;③流体静压产生作用于滑阀环形侧面的作用力F s t a t i c s .F s p o o l 的计算公式为F s p o o l ＝F r o d ＋F d yn a m i c s ＋F s t a t i c s ＝∬A r(p r s＋p r d )d A －∬A l(pl s＋p l d )d A ＋∬A r o dτr o dd A (２)式中,p r s ㊁p l s 分别为作用于滑阀右边和左边台肩面的静压力;p r d ㊁p l d 分别为作用于滑阀右边和左边台肩面的动压力;A r ㊁A l 分别为滑阀右边和左边环形侧面面积;A r o d为阀杆表面积.以控制流体为研究对象,作用于控制流体的作用力F f l u i d 由两部分组成:①滑阀施加于流体的反作用力－F s po o l ;②流体具有黏性,贴近阀体表面的油液速度为０,流体产生了施加于阀体的黏性摩擦力F s l e e v e ,则阀体对流体施加了反作用力－F s l e e v e .F f l u i d 的计算公式为F f l u i d ＝(－F s po o l )＋(－F s l e e v e )＝－F s po o l －∬A s l e e v eτs l e e v ed A (３)式中,A s l e e v e 为阀体与控制流体接触的表面积.由动量守恒定理可得F f l u i d ＝dd t∭Vρv xd V ＋∬Aρv xv n d A(４)４９８ 中国机械工程第２９卷第８期２０１８年４月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.式中,V为控制流体体积;ρ为流体密度;v㊁v x分别为流体速度和它沿阀芯轴向的分量;n为对应于微分d A向外的法向单位矢量.式(４)等号右边第一项为滑阀受到的瞬态液动力,第二项为流体流入阀腔和流出阀腔动量变化引起的稳态液动力,且∬Aρv x v n d A＝∬A i n l e tρv x v i d A＋∬A o u t l e tρv x v (－i)d A(５)式中,A i n l e t㊁A o u t l e t分别为流体流入滑阀和流出滑阀的过流面积;i为沿滑阀轴向㊁方向向右的单位法向量(图３).为了突出本文研究重点,做出以下假设:①流体流经滑阀过程中,体积流量不变;②流体为定常流动,忽略瞬态液动力影响;③本文研究的滑阀通流流量和油液黏度均较小,阀体施加于流体的作用力忽略不计[７];④出口流体流速相对入口较小,且射流角很大,忽略出口动量对稳态液动力的影响;⑤假设流体流入阀口的速度都可用v１表示.联立式(３)~式(５)可得滑阀受到的液动力: F s p o o lʈ∬A i n l e tρv x v i d A＝ρv１q V１c o sθ１(６)q V１＝C q A(x)２Δp/ρ(７)v１＝２Δp/ρ(８)式中,C q为流量系数;A(x)为流体流经滑阀节流边的过流面积;Δp为节流口前后的压差.滑阀与阀体之间存在配合间隙,流体流入节流口的过流面积为锥面,可表示为A(x)＝π(d＋δ)δ２＋(Δx)２(９)将式(７)~式(９)代入式(６),得F s p o o l＝２πC q(d＋δ)Δp c o sθ１(Δx)２＋δ２(１０)３㊀流场可视化分析及试验验证由于机械加工精度㊁滑阀质量㊁安装误差以及油液含有杂质颗粒等原因,为保证滑阀在阀体内部顺畅移动而不会出现卡滞,滑阀与阀体之间会设计配合间隙,同时为了减小滑阀与阀体之间的泄漏量,设计的配合间隙应控制在合理范围内,液压元件中相对运动的零件之间的间隙一般在几微米到几十微米之间[１４].本文选取配合间隙为２０μm的滑阀和阀体作为试验对象,对配合间隙为０和２０μm的滑阀仿真结果与试验测试数据进行对比,以验证考虑配合间隙仿真模型的合理性.３．１㊀网格划分及独立性验证本文采用滑移网格计算方法,用I C E M C F D 软件划分网格,然后将划分的网格导入F l u e n t分析软件进行计算.将滑阀计算域分为四部分:入口域㊁配合间隙域㊁运动域和出口域,如图４所示.入口域设为速度入口,根据入口流量转换为不同速度值;配合间隙域代表滑阀与阀体之间的配合间隙;运动域代表流经阀腔的流体,沿节流口由关闭到打开方向轴向移动,速度设置为２μm/s;出口域为压力出口,压力设定为０．１MP a.滑阀㊁阀体和其余主要边界条件参数见表１.(a)滑阀计算域模型㊀㊀(b)配合间隙模型图４㊀滑阀计算域网格F i g．４㊀C o m p u t a t i o n a lm e s h e s o f s p o o l表１㊀滑阀几何尺寸及流场仿真参数T a b．１㊀G e o m e t r i c s i z e s o f s p o o l a n d s i m u l a t i o np a r a m e t e r s o f f l u i d f i e l d参数数值油液密度ρ(k g/m３)８４７．７动力黏度μ(P a s)０．０５阀芯外径d(mm)１３．９７８阀芯反馈直径d０(mm)１３．０６０阀杆直径d r o d(mm)６．５００阀体内径D(mm)１４．０１８弹簧刚度k(N/mm)０．９７３弹簧预紧长度x０(mm)２０．５１㊀㊀几何模型忽略阀体沉割槽圆角的影响,由于结构简单,结构化网格具有质量高㊁占用内存较少等优点,因此,采用结构化网格对几何模型进行划分.本文的研究对象是稳态液动力,影响稳态液动力的区域主要分布在流体流进滑阀节流边附近,由于节流边处压力和速度梯度变化很大,故存在涡流等复杂流态[１２].对节流口附近的入口域㊁配合间隙域和运动域进行网格加密处理,如图４所示,其他区域压力变化不大,采用粗网格处理.为了保证仿真结果不受网格数量影响,并缩短计算时间,网格层数需通过网格独立性验证确定.以配合间隙域层数确定为例,如图５所示,在相同边界条件下,当配合间隙域加密部分网格层数达到２００时,入口压力基本维持不变,即以该层数作为配合间隙域的加密层数.最终,计算域网格总数确定在１４０万左右.３．２㊀压力场与速度场分析图６㊁图７分别为配合间隙为０和２０μm,入口５９８配合间隙对溢流阀稳态液动力的影响 瞿道海㊀周云山㊀罗㊀威等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图５㊀网格独立性验证F i g ．５㊀M e s h i n d e pe n d e n c e v e r if i ed (a )压力云图㊀㊀㊀㊀(b)速度矢量图图６㊀δ＝０的仿真结果F i g．６㊀S i m u l a t i o n r e s u l t s o f δ＝０(a )压力云图㊀㊀㊀㊀(b)速度矢量图图７㊀δ＝２０μm 的仿真结果F i g．６㊀S i m u l a t i o n r e s u l t s o f δ＝２０μm 流量为１２L /m i n ㊁入口计算压力为３M P a 时的压力云图与速度矢量图.可以看出,在相同的入口压力和输入流量下,当配合间隙为０时,流体在流经节流口时基本贴近阀芯壁面,当配合间隙为２０μm 时流体流经节流口的射流角明显要小于配合间隙为０时的射流角,速度大于配合间隙为０时的速度.３．３㊀试验验证搭建的试验测试平台如图８所示,测试台液压回路如图９所示.流量计选用抗电磁干扰型电子式数显涡轮式流量计,测试范围为３~２０L /m i n ,测量精度１％;压力传感器测量范围为０~６M P a ,测量精度０．５％,油泵为双作用叶片泵,单泵排量７．５m L /r ,电机转速范围０~２４００r /m i n .将比例电磁阀控制电流由０线性变化至１A ,其中,控制电流变化间隔为０．００１A ,驱动频率为５０H z .用压力传感器５㊁７分别测得滑阀受到的先导压力p p 和溢流压力p １;驱动电流变化较慢,可以认为滑阀一直在稳态,即忽略瞬态液动力㊁摩图８㊀试验测试台F i g ．８㊀T e s t r ig１．电机㊀２．双作用叶片泵㊀３．流量计㊀４．待测溢流阀５,７．压力传感器㊀６．比例电磁阀㊀８．定值溢流阀图９㊀测试台液压回路F i g ．９㊀H y d r a u l i c c i r c u i t o f t e s t r i g擦力以及惯性力的影响;溢流阀工作时,工作位置基本在节流边附近.弹簧刚度比较小,可认为弹簧一直保持在预紧力位置.由式(１)可得F f ＝π４p １(d ２－d ２０)－π４p p d ２－k x ０(１１)对比通流流量在１２L /m i n 和１８L /m i n 时稳态液动力与溢流压力关系,如图１０㊁图１１所示.可以看出,在不同通流流量下,考虑配合间隙的仿真结果在趋势和数值上与试验测试结果吻合,随着压力的升高,液动力基本呈线性增加;而未考虑配合间隙的仿真结果无论在趋势还是数值上,与实测数据相差都很大,基本不随压力的升高而变化.因此,考虑配合间隙的滑阀计算域模型可以用来研究流体在滑阀节流口的流动特性,能真实反映出滑阀受到的液动力情况.图１０㊀q V １＝１２L /m i n 的对比结果F i g ．１０㊀C o m pa r i s o n r e s u l t o f q V １＝１２L /m i n ４㊀配合间隙对稳态液动力的影响由式(１０)可以看出,阀口开度Δx ㊁入口射流６９８ 中国机械工程第２９卷第８期２０１８年４月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图１１㊀qV １＝１８L /m i n 的对比结果F i g ．１１㊀C o m pa r i s o n r e s u l t o f q V １＝１８L /m i n 角度θ㊁配合间隙δ和压差Δp 会影响稳态液动力大小,将仿真模型输入流量定为６L /m i n,在配合间隙分别为０㊁１０μm ㊁２０μm ㊁３０μm 和４０μm 时,研究它们之间的变化关系.４．１㊀配合间隙对溢流阀阀口开度的影响图１２所示为不同的配合间隙下,滑阀开度与溢流阀工作压力的关系.可以看出,在溢流阀压力变化过程中,阀口开度都维持在微米数量级,与配合间隙非常接近;在相同工作压力下,随着配合间隙的增大,阀芯开度越来越小,当间隙超过某临界值后,溢流阀最大工作压力将受到限制;在同一配合间隙下,随着工作压力升高,阀口开度越来越小,并且阀口开度对溢流压力的变化斜率也越来越小,即随着压力升高,溢流压力对阀口开度的变化越来越敏感.图１２㊀阀口开度与溢流压力的关系F i g ．１２㊀R e l a t i o n s h i p b e t w e e nv a l v e o p e n i n g an d r e l i e f p r e s s u r e４．２㊀配合间隙对入口射流角的影响射流角度计算方法[１５]:将滑阀节流边开口对应的配合间隙区域均匀等分成n 个矩形,每个矩形对应轴向速度u i 和径向速度v i ,沿轴向的长度为d x ,沿径向的长度为d y ,则射流角为θ１＝ar c t a n ðni ＝１u idy d x ðni ＝１v idx d y (１２)图１３所示为不同配合间隙下,射流角与滑阀开度的关系.可以看出,有无配合间隙时,滑阀射流角随滑阀开度变化的趋势明显不同.没有配合间隙时,滑阀在打开过程中,射流角由９０ʎ缓慢降低并稳定至７０ʎ附近.存在配合间隙时,随着阀口开度增大,射流角由２０ʎ附近逐渐稳定至６０ʎ~７０ʎ;小开度时,射流角对配合间隙的变化率很大,说明配合间隙对射流角影响很大;开度变大后,射流角对配合间隙的变化率逐渐变小,并且不同配合间隙的射流角越来越趋于一致,说明随着阀口开度增大,配合间隙对射流角度影响越来越小.相同开度下,随着配合间隙增大,射流角减小.结合图１２㊁图１３可知,当溢流阀与阀体之间存在配合间隙时,随着溢流压力增大,节流边阀口开度越来越小,射流角度越来越接近２０ʎ.图１３㊀射流角与滑阀开度的关系F i g ．１３㊀R e l a t i o n s h i p b e t w e e n j e t a n gl e a n d v a l v e o p e n i n g４．３㊀配合间隙对稳态液动力的影响利用式(２)计算出运动域在每一步产生的稳态液动力.图１４所示为不同配合间隙下,阀芯受到的稳态液动力与溢流压力的关系,可以看出,配合间隙为０且溢流压力小于２．８M P a 时,液动力基本维持不变,溢流压力大于２．８M P a 后,液动力有减小趋势.当存在配合间隙且间隙小于２０μm时,液动力随着压力增大而线性增大;随着配合间隙增大,稳态液动力迅速增大.在配合间隙大于２０μm ,且溢流压力低于某压力值时,液动力随着压力增大近似于线性增大,当溢流压力大于该压图１４㊀稳态液动力与溢流压力的关系F i g ．１４㊀R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s t e a d yＧs t a t e f l u i d f o r c e a n d r e l i e f p r e s s u r e７９８ 配合间隙对溢流阀稳态液动力的影响瞿道海㊀周云山㊀罗㊀威等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.力值,稳态液动力基本保持不变;在低压段,随着配合间隙增大,液动力基本维持不变,在高压段,随着配合间隙增大,液动力越来越小.５㊀结论(１)通过对溢流阀液动力C F D仿真计算和与试验对比可知,考虑配合间隙的仿真结果与试验结果很接近,未考虑配合间隙的仿真结果与试验结果误差很大.因此,在做溢流阀液动力流体仿真时,不能忽略配合间隙的影响.(２)溢流滑阀在工作过程中,节流边阀口开度很小,基本与配合间隙在同一数量级;阀口开度对溢流压力的变化率随溢流压力增大呈逐渐减小的趋势;在相同溢流压力下,配合间隙越大,阀口开度越小.(３)相同阀口开度下,随着配合间隙增大,射流角度减小;在相同配合间隙下,射流角对阀口开度的变化率随着阀口开度增大慢慢变小;随着阀口开度增大,配合间隙对射流角度影响越来越小.存在配合间隙时,溢流阀工作压力越高,射流角越接近２０ʎ,因此在做溢流阀动力学仿真,尤其涉及液动力计算时,不能简单将射流角近似于６９ʎ.(４)配合间隙在一定范围内,随着溢流压力升高,液动力线性增大,配合间隙增大,液动力明显增大.配合间隙大于某一临界值后,在小的溢流压力下,液动力随溢流压力增加呈线性增大趋势,随着配合间隙增加,液动力基本不变;在大的溢流压力下,液动力随溢流压力增大基本不变,随着配合间隙增大,液动力越来越小.(５)鉴于配合间隙对溢流阀阀口开度㊁射流角以及液动力影响很大,在实际工程应用中,应设计合理的配合间隙尺寸,在避免滑阀卡滞和减小泄漏量的前提下,减小液动力对溢流阀的影响.参考文献:[１]㊀G A D O．C o m p r e h e n s i v eN o n l i n e a r M o d e l i n g o faP i l o t O p e r a t e dR e l i e fV a l v e[J]．J o u r n a l o fD y n a m i cS y s t e m s,M e a s u r e m e n t,a n dC o n t r o l,２０１３,１３５(１):０１１０１１．[２]㊀D A S G U P T A K,WA T T O NJ．D y n a m i cA n a l y s i so f P r o p o r t i o n a l S o l e n o i d C o n t r o l l e d P i l o t e d R e l i e fV a l v eb y B o n d g r a p h[J]．S i m u l a t i o n M o d e l l i n g P r a cＧt i c e a n dT h e o r y,２００５,１３(１):２１Ｇ３８．[３]㊀Z U N GPS,P E R N G M H．N o n l i n e a rD y n a m i cM o d e l o f aT w oＧs t a g eP r e s s u r eR e l i e fV a l v e f o rD e s i g n e r s[J]．J o u r n a lo fD y n a m i cS y s t e m s M e a s u r e m e n t&C o n t r o l,２００２,１２４(１):６２Ｇ６６．[４]㊀L E E G S,S U N G H J,K I M H C,e t a l．F l o w F o r c eA n a l y s i s o f aV a r i a b l eF o r c e S o l e n o i dV a l v e f o rA uＧt o m a t i cT r a n s m i s s i o n s[J]．J o u r n a lo fF l u i d sE n g iＧn e e r i n g,２０１０,１３２(３):０３１１０３．[５]㊀冀宏,傅新,杨华勇．非全周开口滑阀稳态液动力研究[J]．机械工程学报,２００３,３９(６):１３Ｇ１７．J IH o n g,F U X i n,Y A N G H u a y o n g．S t u d y o nS t e a d yF l o w F o r c eo f N o nＧc i r c u l a r O p e n i n g S p o o l V a l v e[J]．C h i n e s eJ o u r n a lo f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２００３,３９(６):１３Ｇ１７．[６]㊀吴小锋,干为民,刘春节,等．液压换向滑阀内部结构的健壮性设计[J]．中国机械工程,２０１５,２６(１５):２０３０Ｇ２０３５．WU X i a o f e n g,G A N W e i m i n,L I U C h u n j i e,e ta l．R o b u s t D e s i g n o f H y d r a u l i c S l i d e V a l v eI n t e r n a lS t r u c t u r e[J]．C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２０１５,２６(１５):２０３０Ｇ２０４０．[７]㊀Y U A N Q,L I PY．U s i n g S t e a d y F l o wF o r c e f o rU nＧs t a b l eV a l v eD e s i g n:M o d e l i n g a n dE x p e r i m e n t s[J]．J o u r n a l o f D y n a m i c S y s t e m s,M e a s u r e m e n t,a n dC o n t r o l,２００５,１２７(３):４５１Ｇ４６２．[８]㊀K R I S HN A S WAMY K,L IP Y．O nU s i n g U n s t a b l eE l e c t r o h y d r a u l i cV a l v e s f o rC o n t r o l[J]．J o u r n a lo fD y n a m i c S y s t e m s,M e a s u r e m e n t,a n dC o n t r o l,２００２,１２４(１):１８３Ｇ１９０．[９]㊀刘晓红,柯坚,刘桓龙．液压滑阀径向间隙温度场的C F D研究[J]．机械工程学报,２００６,４２(s１):２３１Ｇ２３４．L I U X i a o h o n g,K EJ i a n,L I U H e n g l o n g,e ta l．C F DR e s e a r c ho nT e m p e r a t u r eF i e l d i nR a d i a lC l e a r a n c eo f H y d r a u l i cS p o o l V a l v e[J]．C h i n e s eJ o u r n a lo fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２００６,４２(s１):２３１Ｇ２３４．[１０]㊀P A NXD,W A N G GL,L UZS,e t a l．S i m u l a t i o nR eＧs e a r c ho nE f f e c t o f D i a m e t r a l C l e a r a n c e o f S p o o l V a l v et oV a l v eO r i f i c e D i s c h a r g e C h a r a c t e r i s t i c[J]．K e y E nＧg i n e e r i n g M a t e r i a l s,２００９,３９２/３９４:１８４Ｇ１８８．[１１]㊀W E IM,Y A N GS,WU L,e t a l．S i m u l a t i o na n dE xＧp e r i m e n t o nt h eF l o w F i e l d i nF i tC l e a r a n c e f o raL a r g eS i z eS p o o lV a l v e[C]//I n t e r n a t i o n a lC o n f e rＧe n c eo n F l u i d P o w e ra n d M e c h a t r o n i c s．B e i j i n g:I E E E,２０１１:７４８Ｇ７５１．[１２]㊀张晓俊,权龙,赵斌．内流式滑阀壁面压力分布可视化计算及试验验证[J]．机械工程学报,２０１６,５２(１４):１９６Ｇ２０３．Z HA N G X i a o j u n,Q U A N L o n g,Z HA O B i n．V i s uＧa l i z a t i o nC a l c u l a t i o na n dE x p e r i m e n t a lV e r i f i c a t i o no f S t u d y A x i a l F l o wF o r c eo n t h eC o n v e r g e dF l o wS l i d i n g V a l v e[J]．J o u r n a l o fM e c h a n i c a lE n g i n e e rＧi n g,２０１６,５２(１４):１９６Ｇ２０３．[１３]㊀V A N D E R M E U L E N S,V A NI P E R E N R,D EＧJ A G E R B,e ta l．A V a l i d a t e d M o d u l a r M o d e lf o rH y d r a u l i c A c t u a t i o ni n a P u s h b e l t C o n t i n u o u s l yV a r i a b l e T r a n s m i s s i o n[J]．J o u r n a lo f D y n a m i c８９８中国机械工程第２９卷第８期２０１８年４月下半月Copyright©博看网 . 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