带有K型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。     

滑阀矩形节流槽阀口的流量系数

基于阀口流量压差特性试验和矩形阀口面积计算,对滑阀上矩形节流槽阀口的流量系数进行研究,获得滑阀矩形节流槽阀口流量系数及其变化规律.研究发现:滑阀矩形节流槽阀口流量系数与阀口开度、液流方向、截面深宽比和截面水力直径关系密切,阀口开度较小时流量系数接近于1,随着阀口开度的增大而逐渐减小,在阀口中间区段接近于常数,在接近全开度时流量系数又快速增大;流入节流槽方向的流量系数比流出方向大0.05~0.10;流量系数随矩形节流槽截面深宽比增大而增大,并随截面水力直径增大而有所增大.     

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。     

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。     

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.     

挖掘机虚拟载荷下换向阀开启过程的液动力分析

为了提高换向阀开启过程的换向性能,以降低该过程的液动力为目标,提出液压挖掘机虚拟载荷下开启过程的阀芯结构形态设计方法:以液压挖掘机整机动态性能试验数据为基础,将其作业的周期性、随机性载荷特征抽象为具有统计特性的虚拟载荷;再以虚拟载荷为边界条件,以降低开启过程阀芯所受液动力为评价标准,分析不同阀芯结构形态的流固耦合动力学响应,探讨换向阀阀芯结构优化设计方法.结果表明,合理等效阀口面积的U型槽结构可有效降低不同虚拟载荷下的阀芯液动力.     

伺服阀滑阀阀口系数影响因素分析

分析电液伺服系统中液压缸活塞位移、液压刚度、阀口开度、外负载刚度及阀芯与阀套间径向间隙对伺服阀阀口系数的影响。采用工作点线性化的处理方法,通过引入液压缸负载力方程,给出零开口电液伺服阀滑阀流量-压力系数和流量增益的计算公式,并对其影响因素进行分析。结果表明,在液压缸全行程中,流量-压力系数会随着液压缸活塞位移、外负载刚度及阀口开度的增加而增大,其中流量-压力系数随液压缸活塞位移的增大呈抛物线增长,其最大值约为最小值的2倍;流量增益随着液压缸活塞位移、外负载刚度的增大而减小,其中流量增益随液压缸活塞位移的增大而近似呈线性规律减小,其最小值约为最大值的1/2;阀芯与阀套间径向间隙对阀口系数随液压缸活塞位移变化率的影响不大;阀口系数在液压刚度取最小值附近时存在突变;同一液压刚度值可对应2个不同的液压缸活塞位移,分别对应的阀口系数值相差非常大。     

V形节流槽滑阀结构仿真分析

通过SolidWorks软件对V形节流槽液压滑阀结构进行三维建模,采用Fluent仿真软件探究节流槽的深度和夹角以及V形槽与阀体对称面的偏转角对作用在阀芯上的稳态液动力以及阀口流量特性的影响。结果表明:V形槽的深度越小,阀芯受到的稳态液动力越小但波动越大,适当增加V形槽深度有利于减小阀芯的震动,V形槽加工刀具的旋转半径为6.5 mm时液动力特性最好;V形槽的夹角大小在一定程度上影响了阀口开启前期的流动特性,当V形槽夹角为70°时稳态液动力变化最平缓;阀芯偏转对稳态液动力影响较小,偏转角度在45°附近时阀芯受到的稳态液动力有所减小。     

非全周开口滑阀阀口面积的计算方法

针对非全周开口滑阀阀口的等截面和渐扩形两种典型节流槽,基于节流槽结构特征及其内流场特征,提出用节流面串联和最小过流面分别计算等截面和渐扩形节流槽阀口面积的确定原则,推导出典型节流槽阀口面积的计算公式,再利用叠加原理获得非全周开口滑阀的阀口面积,建立非全周开口滑阀的阀口面积的通用计算程序.研究结果表明本计算方法物理意义明确、精度高,实现了复杂阀口面积计算的程序化.     

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。     

多路阀阀芯节流槽拓扑结构组合的神经网络模型

针对多路阀设计中阀芯节流槽结构的拓扑形态表达和其流固耦合响应的大组合、大自由度解析问题,提出多路阀阀芯节流槽拓扑结构组合的神经网络模型。在利用多路阀动态特性台架实验验证其三维流体解析结果的基础上,将节流槽拓扑结构分类为由半圆槽、U型槽、圆孔等结构的参数化组合构成,通过正交实验法得到各参数组合条件下的多路阀三维流体解析响应,作为反向传播神经网络的训练样本,实现其节流槽拓扑结构组合的神经网络表达;采用进化神经网络优化训练过程的初始权重和阈值,优化后的神经网络能够对非训练样本集合的多路阀三维流体解析响应实现准确预测。研究结果表明,此模型为阀芯节流槽结构设计中拓扑形态表达提供了一种新的思路,对多路阀数字化设计具有实际意义。     

锥型节流阀压力特性仿真与试验

以液压锥型节流阀为对象,研究了阀体流道的压力分布;选取45°三角形、矩形和U形节流槽三种阀芯建立了仿真模型;基于ADINA软件的流固耦合模块对三种阀芯情况下阀体内流道的压力分布和流场情况进行了仿真研究,并搭建试验台对仿真结果进行了试验验证.研究表明:节流阀的内流道压力在经过阀口后迅速降低,并在阀口的边缘位置有内流道中的最小值;节流阀竖直流道内的压力较低,是气穴现象的高发区;从压力和气穴的角度分析得出45°三角形阀芯的节流阀性能最优,矩形较差,U形阀芯的最差.     

高压大流量安全阀卸荷过程模型构建及仿真分析

为建立大流量安全阀在卸荷过程中的准确物理模型,对现有最大流量为1 000 L/min的矿用液压支架安全阀进行结构分析.建立了大流量安全阀内部流道的三维几何模型,采用ANSYS Workbench软件以定压差为条件,研究安全阀阀芯从0到最大开度时的阀芯内部流场及压力分布规律.仿真结果表明,在卸荷过程中,从阀体入口到阀芯顶端所受液压力由于压力损失,最大降低了约3 MPa.因此,将阀芯前端部分简化成一个固定节流口,并以此为基础,提出了符合实际工况的安全阀物理模型,针对此物理模型建立了其动态数学模型,并对其进行仿真分析,仿真结果与实际测试结果基本一致.这为研发大于1 000 L/min的大流量安全阀提供了理论参考.     

基于比例换向阀的智能流量控制方法

由于带有内置式压力和温度传感器的智能化比例换向阀具有较复杂的阀口形状和流道，对阀口流量系数存在较大影响，传统对阀口流量系数通常套用经验公式方法难以直接应用，因此本文采用压力传感器和阀芯位移传感器，通过流量与位移、压差三维数据表查找插值计算获得阀口流量，进行流量反馈控制.该方法可以实现采用比例换向阀的流量动态控制功能，从而提高比例换向阀的通用性.      

基于AMESim的液压分流集流阀的动态特性研究

通过对液压分流集流阀的结构及工作原理进行分析,利用AMESim软件对其分流工况进行建模、仿真、分析,验证了阀的同步精度.在此基础上分析了阀的结构参数:阀芯直径、对中弹簧刚度、固定节流口直径、可变节流口直径等对液压分流集流阀同步精度的影响趋势,最后分析了上述参数的制造误差对阀的同步精度的影响,为阀的设计提供了参照.     

起重机泵阀协同复合控制液压系统能效特性分析

建立以电子压力补偿原理为基础的起重机泵阀协同复合控制液压系统.首先,对起重机典型负载原理进行分析,提出一种以手柄开度信号为阈值的多模式控制策略,即在快速运动模式中采用主阀阀口全开,通过控制电液比例泵斜盘摆角控制进入执行器流量,在微动模式中实时控制主阀阀口开度及电液比例泵斜盘摆角,通过阀芯位置、压力的闭环控制实现流量精准...     

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.     

液压自由活塞发动机液压阀组特性研究

研究液压自由活塞发动机液压阀组动态特性.基于单活塞液压自由活塞发动机活塞运动规律,给出了其液压阀组形式,建立了阀组数学模型,对阀组的稳定性、频率响应、位移时间响应和流量特性进行了分析.结果表明:单活塞液压自由活塞发动机吸排油应分别采用反向和正向外流式锥阀;减小阀组的阀芯质量和黏性阻尼系数可减小阀芯运动与活塞运动之间的相位差,提高系统容积效率;排油阀开启过程瞬时开度大且阀芯运动受限位装置影响.     

先导式开关阀的结构参数设计

本文分析了一种先导式电磁开关阀的启闭力、控制压力及启闭速度等性能,提出确定其主要结构参数,如阀芯直径、先导阀节流孔面积的指导性原则,可作为设计此类阀时参考。     

沉割槽对滑阀阀芯径向卡紧力的影响

针对液压滑阀阀体沉割槽内液体流速不同会产生径向卡紧力的问题,利用CFD软件对某滑阀沉割槽处阀芯台肩所受径向压力分布进行研究,同时,根据滑阀内部流道的结构特点,结合理想流体伯努利方程,建立了沉割槽处阀芯台肩上压力分布的数学模型,并且通过实验验证了模型的准确性,分析了沉割槽尺寸及流量对阀芯径向压力分布的影响。研究表明:阀芯台肩上径向压力分布不均匀,且压力值随入口流量、沉割槽深度和宽度呈二次多项式函数关系上升;随压力点位置从远离出口位置至靠近出口呈平方关系下降;当阀口开度为0.5mm、流量为40L/min时阀芯台肩径向卡紧力为4.2N,是流量为10L/min情况下的16倍,且沉割槽深度减半后,卡紧力增至14.47N。最后,提出了一种偏心沉割槽结构,仿真结果表明,入口流量大于40L/min时,偏心沉割槽结构中径向压力分布的不均匀度比传统同心结构提高了64%以上,有效降低阀芯径向卡紧力。