多路阀阀芯拓扑形态设计的流量数参数模型

为避免多路阀阀芯拓扑形态设计中满足多种复杂载荷条件的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真的庞大计算量,提出了多路阀阀芯拓扑形态设计的流量数参数模型。由于多路阀常处于饱和流量状态,故假设流量系数仅与阀芯拓扑形态和阀芯位移有关,用流量数作为表达节流槽流量控制特性的参数。首先,通过有限变量空间中的CFD仿真样本,运用统计学方法建立不同节流槽结构的流量数参数模型。然后,通过线性叠加得到阀口的流量数参数模型。最后,以20吨级液压挖掘机多路阀为研究对象,使用流量数参数模型实现了一定载荷特征与性能要求下的多路阀节流结构定制化设计。研究结果表明,流量数参数模型对复杂载荷条件下多路阀阀芯拓扑形态设计具有良好的设计精度与简便性。     

多路换向阀换向耦合阀口节流结构拓扑设计

为解决多路换向阀换向过渡过程中分流特性所带来的阀口间节流结构耦合作用问题,提出多路换向阀换向耦合阀口节流结构拓扑设计方法。将耦合阀口节流槽结构分类为由U型槽、半圆槽、圆孔槽等结构组成的参数化组合构成,构建出多路换向阀工作口流量与其阀口节流槽结构变量间的函数模型;在验证多路换向阀三维流体解析与其动态特性台架实验结果的基础上,以设定的多路换向阀换向过渡过程工作口流量变化为评价目标,采用粒子群算法求解阀口节流槽结构拓扑设计问题,实现了耦合阀口节流结构响应与换向过渡过程节流特性的较好吻合。研究结果表明,该方法对满足多路换向阀换向过渡特性要求的耦合阀口节流结构拓扑设计具有实际意义。     

面向多路阀结构拓扑设计的多工况综合性能评价

针对开环条件下液压多路阀结构拓扑需满足多种工况下性能复合的流固耦合设计难题,本研究提出了面向多路阀结构拓扑设计的多工况综合性能评价方法.以液压挖掘机多路阀回转联为对象,将阀芯换向过渡过程分为微动、比例调速以及全开口节流3个开启区段.设定其阀芯节流槽结构参数为变量,分别以3个开启区段的性能为评价目标,构建了面向多路阀结构拓扑设计的多工况综合性能评价的多目标优化设计模型.在验证多路阀流场仿真结果与其台架实验结果基本一致的基础上,对上述优化模型计算结果进行仿真.结果表明,优化所得结构拓扑形态对应的稳态综合性能得到明显改善,说明本方法对于此类复杂工况条件下多路阀结构拓扑设计问题具有参考价值.     

多路阀耦合节流槽结构的拓扑变量空间优化

针对多路换向阀换向过程中的多阀口节流耦合作用问题,提出了以圆型、U型以及半圆型3种基本节流拓扑结构的参数为设计变量的多路换向阀耦合节流槽结构设计方法。在确认多路换向阀台架实验结果与三维流场解析响应流量和压力特性基本一致的前提下,建立了多阀口耦合节流工作的数值计算模型;通过拓扑变量空间的正交实验,得到了各阀口不同开度下随面积变化的流量变化趋势、压力峰值、压力损失等的灵敏度;在有限拓扑变量约束条件下,以期望流量变化趋势与能量损失最小化为目标,构建了多路换向阀耦合节流槽结构的拓扑变量空间设计模型。仿真结果表明,设计结果在保留原有流量特性的基础上降低了能量损失,实现了工作阀口节流耦合效应优化,说明该方法可以简化表达此类耦合结构设计问题。     

挖掘机多路阀的载荷分类设计

为解决挖掘机不确定性非平稳随机载荷与确定性阀芯拓扑形态的匹配问题,提出了挖掘机多路阀的载荷分类设计。将挖掘机非平稳随机循环载荷近似地分解为由作业条件决定的趋势项和由力学特性决定的随机项;构建趋势项负载参数化模型,选择具有显著性影响的模型参数表达载荷变化;根据典型作业条件及机体机构确定负载模型参数变化域(负载变化范围),将负载模型参数变化域离散为若干类别,各类别在较小的载荷变化范围内设计对应阀芯,根据不同挖掘机的实际载荷变化范围选择恰当阀芯,以此实现机种作业载荷与其阀芯拓扑的匹配。以某20吨级液压挖掘机回转联阀芯与回转载荷的匹配为研究对象,验证了该设计方法的有效性。挖掘机多路阀的载荷分类设计,可实现面向不同机种、不同作业条件,满足多路阀节流特性要求的阀芯拓扑形态快速响应设计。     

液力变矩器的叶片数神经网络模型

针对一元束流理论无法量化表达叶片数对液力变矩器性能影响的缺陷和基于三维流体解析的液力变矩器叶片数设计中大组合、大计算量等难题,提出液力变矩器的叶片数神经网络模型。在结合台架试验数据确认三维流体解析结果准确的基础上,利用正交试验法合理地安排试验,并以三维流体仿真结果作为反向传播网络的训练样本;为提高反向传播网络的设计效率及收敛精度,引入遗传算法来优化反向传播网络的初始权重,训练后的反向传播网络可以对非训练样本集合的液力变矩器性能实现准确预测。研究结果表明,叶片数神经网络模型是基于整机性能匹配的液力变矩器定制化设计的桥梁,对提升整机作业效率具有重要的工程应用价值。     

多路阀双U型节流槽结构对气穴的影响及优化

利用Fluent软件的mixture混合模型及Standardκ-ε湍流模型对多路阀双U型节流槽气穴流动进行了分析.通过分析发现双U型节流槽结构参数C(第二级U型槽长度),R1(第二级U型槽半径),R2(第一级U型槽半径)和b(两槽底间距离)组合对气穴有影响,且组合得当对气穴有抑制作用.根据对双U型节流槽结构参数的数据分析结果,以参数C,R1和b为自变量,以U型节流槽气体体积分数最大值(φmax)为目标值,通过克里金插值,以高斯函数为相关函数,常数回归模型得到克里金代理模型.利用改进遗传算法对克里金近似代理模型进行优化计算,得到的优化参数的双U型节流槽抗气穴性能明显.     

螺纹插装式平衡阀中单向阀节流槽对阀芯稳定性的影响

针对螺纹插装式平衡阀在负载下落阶段出现的低速振动问题,探究单向阀中的节流槽形式对阀芯稳定性的影响.建立一种螺纹插装式平衡阀中单向阀阀口两种结构节流槽的三维模型,并运用经验公式和Matlab软件得出各自的过流面积,应用CFD仿真软件Fluent模拟出双三角形节流槽和三角形节流槽阀口处的流场压力分布情况.结果表明:双三角形节流槽比三角形节流槽能量损失大,更易发生气蚀,压力波动更大.说明带有三角形节流槽的平衡阀对平衡回路稳定性影响更小.     

面向液压挖掘机电控多路阀的控制系统参数整定

针对传统液压挖掘机多路阀结构与整机性能间的耦合、液压控制系统精度低带来的整机控制不匹配问题,为实现液压挖掘机多路阀简单化设计和整机控制系统自适应变化,提出面对液压挖掘机电控多路阀的控制系统参数整定方法.界定操纵电手柄输出为0-1数字信号,考虑整机多路阀结构特征,设计液压挖掘机电控多路阀的变参数一阶控制系统,提出综合系统冲击、能量利用率、跟随性三项指标作为参数整定的评价算法.通过设计电手柄-控制器-液压挖掘机整机性能表达的数字化平台三者衔接的半物理仿真平台进行试验,分析结果表明:控制系统有效,且控制器响应的一阶控制系统参数T、K可基于整机性能整定得出;时间常数T可由电控多路阀阀芯固有频率和阀芯开度决定,与阀芯阻尼比相关度较小.     

带有K形节流槽的液压支架换向阀改进设计

针对煤矿综采工作面现有液压支架换向阀阀口过流面积梯度大、仅能够实现开关型控制功能的现状,以及由此造成的支架供液系统内液压冲击剧烈问题,提出在阀芯径向过流孔凸肩位置增设K型节流槽的换向阀改进设计方案。得出了K型节流槽等效阀口过流面积计算方法,采用AMESim软件搭建了换向阀液压仿真模型;并对现有开关型换向阀和改进换向阀进行了对比研究。结果表明:带有K型节流槽的换向阀改进方案可实现阀芯开启过程中的阀口过流面积分段线性增大规律,在阀芯开度小于5. 5 mm时,阀口过流面积梯度较小;在阀芯开度大于5. 5 mm后,该梯度数值增大至与现有换向阀相当;阀口通流流量和阀口压力可相应实现分段增大规律。改进设计思路对于面向支架不同工艺动作的换向阀结构优化具有借鉴意义。