滑阀式超高压液压电磁换向阀静、动态分析

　　0 引言

　　超高压液压电磁换向阀是超高压液压系统中的换向元件,在超高压工况下,要求其具有响应快、泄漏量小等特点。保证换向阀动作灵活,运动阻力小同时实现可靠的密封,是电磁换向阀设计中的重点问题。本文使用ANSYS软件对超高压电磁换向阀的阀体、阀芯及推杆进行有限元分析计算,为确定合理的结构尺寸提供依据。

　　1 电磁换向阀的结构及工作原理

　　本文对三位四通M型电磁换向阀进行研究,其结构如图1所示。工作原理:当两端电磁铁都断电时,阀芯在两端弹簧力的作用下处于中间位置,P口压力油通过阀芯径向孔进入阀芯轴向孔,并与T口相通,实现泵的卸载节能, A口B口截止。当左端电磁铁通电,阀芯右移,使P口与A口连通, B口与T口连通,这时,左边弹簧被放松,右边弹簧被压紧。电磁铁断电后,靠被压缩的右边复位弹簧的作用,使阀芯回到中间位置。当右端电磁铁通电,阀芯左移,使P口和B口相通, A口和T口相通,电磁铁断电,在左端弹簧力的作用下阀芯回到初始中间位置。

　　2 实体模型的创建

　　阀体、阀芯采用软件PRO/E建立三维实体模型,并转存为IGES格式,由有限元分析软件ANSYS读入,推杆采用直接法自顶向下在AN-SYS中直接建立三维模型。单元类型采用10节点4面体实体结构单元SOLID92,智能网格划分,精度等级为7级。材料为40Cr,以此确定弹性模量和泊松比。网格划分结果如图2)4所示。

　　3 约束及载荷处理

　　对于换向阀芯,当到达换向位置时其两端通过推杆与电磁铁紧贴在一起,可视为静止不动,其轴向自由度为零。在阀芯各圆周面上,由于与阀体有配合间隙,故可有位移。表面压力载荷100MPa作用在P口到A口和P口到B口的圆周面及侧面上。

　　对于换向阀体,与电磁铁接触的左、右端轴向自由度为零,阀体内孔与弹簧座接触的内圆周表面径向自由度为零。表面压力载荷100MPa作用在P口到A口和P口到B口的圆周面及侧面上。因进、回油管的变形对泄漏及压力损失影响较小,不是本文分析的重点,故简化处理,没有施加表面压力。

　　推杆大端圆周面与阀芯内表面接触,径向自由度为零,推杆小端圆周面与弹簧座接触部位径向自由度也为零。由于推杆处于回油T口的位置,故作用在圆周表面的压力较小,可以简化不考虑。推杆的受力主要在两端面,一端为电磁铁的推力,另一端为通过阀芯传递过来的在换向过程中产生的换向阻力,包括液压卡紧力、粘滞阻尼力、稳态液动力、瞬态液动力和复位弹簧作用力。这些力随阀芯位移而变化,需进行分段线性化处理,分析类型为瞬态分析,采用默认的完全瞬态分析方法求解。