液壓滑閥間隙熱形變與污染顆粒分布的仿真研究.pdf

1、液壓閥作為流體動(dòng)力傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵元件之一，被廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)。然而，隨著液壓技術(shù)的全面發(fā)展，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的故障失效問題越來越多，尤其是黏性耗散導(dǎo)致的滑閥熱卡緊以及顆粒運(yùn)動(dòng)造成的滑閥污染卡緊等影響系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的問題也越來越受到重視。在中、高壓系統(tǒng)中，液壓滑閥常常出現(xiàn)的閥芯熱卡緊現(xiàn)象，其主要原因是黏性油液流經(jīng)滑閥閥口時(shí)，黏性加熱效應(yīng)使得局部區(qū)域溫度升高、閥芯受熱膨脹、配合間隙減小。與此同時(shí)，伴隨著固體顆粒滯留于變形間隙內(nèi)，污染卡緊進(jìn)而

2、產(chǎn)生，直接威脅液壓系統(tǒng)的工作平順性和安全性。本論文以典型閥口滑閥為研究對(duì)象，基于流固耦合共軛傳熱方法，運(yùn)用COMSOL軟件內(nèi)置的共軛傳熱、固體力學(xué)、粒子追蹤模塊對(duì)液壓滑閥內(nèi)部的油液黏性加熱、流動(dòng)與傳熱、固體受熱變形、顆粒運(yùn)動(dòng)等多個(gè)物理場(chǎng)之間的耦合過程進(jìn)行了較為深入的分析。數(shù)值仿真結(jié)果表明：高溫主要集中在速度梯度較大的區(qū)域以及受油液沖擊的節(jié)流槽工作面，滑閥節(jié)流槽區(qū)域產(chǎn)生徑向不均勻環(huán)狀突起變形，閥芯、閥體配合邊形成拋物線狀徑向熱膨脹，固體顆

3、粒在變形后的間隙均壓槽內(nèi)更易高度聚集，這些極有可能導(dǎo)致滑閥卡緊現(xiàn)象。
　　本研究分為五個(gè)部分：第一章闡述了研究的背景和意義；介紹了滑閥液壓卡緊與污染卡緊現(xiàn)象，對(duì)熱力耦合形變和顆粒物污染導(dǎo)致滑閥閥芯卡滯故障的國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的進(jìn)展進(jìn)行概述。第二章簡(jiǎn)述COMSOL軟件功能和應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)所用計(jì)算模塊的內(nèi)置參數(shù)進(jìn)行分析，敘述了滑閥內(nèi)油液黏性溫升的理論依據(jù)，根據(jù)閥口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，參考等效過流面積的計(jì)算理論，推導(dǎo)了所研究的閥口等效過流面積計(jì)算公式，

4、并對(duì)不同閥口形式下的閥腔內(nèi)部流動(dòng)與傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值解析。第三章建立包含流體域和固體域耦合傳熱過程的單一數(shù)值計(jì)算模型，研究典型工況下滑閥全域的溫度場(chǎng)分布與熱變形規(guī)律，分析黏溫特性、油液含氣泡、熱導(dǎo)率與溫度的線性關(guān)系等現(xiàn)實(shí)因素對(duì)滑閥黏性溫升形變的影響，依據(jù)已有仿真結(jié)果，改進(jìn)閥芯次要結(jié)構(gòu)，達(dá)到減小閥芯熱變形量的目的。第四章建立帶有不同形式均壓槽的二維滑閥全域熱特性模型，探索不同工作壓力、閥口開度、間隙大小等因素對(duì)滑閥配合間隙熱特性的影響。第