液压滑阀阀芯节流槽结构对阀芯受力变形和内流场分布有着直接影响,以4WE6E型号换向阀为研究对象,为提高换向阀的动静态性能,在传统滑阀阀芯节流槽结构上,提出一种新型组合槽结构。对不同阀芯结构使用Fluent软件及Workbench平台,进行内流场仿真及流固耦合仿真研究;进而对不同结构阀芯工作时的流场和阀芯受力变形作量化分析与研究,具体研究阀内流场的流速和压力以及阀芯表面压力分布等情况。研究结果表明:滑阀阀芯采用新型组合槽结构之后,能明显改善其内部的流场分布、有效减小了阀芯变形,从而提高换向阀的动静态性能。

满足油液清洁度要求的液压油中仍存在固体颗粒物,这些固体颗粒在油液带动下会撞击滑阀空间流道,使滑阀产生冲蚀磨损,导致其性能退化。针对上述问题,结合计算流体力学与冲蚀理论,进行了滑阀磨损过程的数值模拟,得到滑阀全寿命周期磨损规律:滑阀的进出口压差增大,使颗粒的撞击速度和颗粒流量增大,加剧了滑阀磨损;阀口开度增大,节流口处从层流转变至湍流,同时也增大了颗粒流量,使滑阀磨损程度增大,且在不同阀口开度下,滑阀的磨损区域不同;同一节流口处,不同的油液流向,节流边两侧的磨损程度不同;节流磨损轮廓表明,阀芯的径向磨损和阀套的轴向磨损会导致滑阀控制性能下降,且阀芯的磨损较阀套更严重。

本着简便、经济实用的原则,本文介绍了一种以三位四通换向阀为例的液压滑附图为识别滑阀机能装置的液压系统图。油源提供能满足压力表正常动作的油压及很小的流量即可。节流阀5可起到缓解压力表油路液压冲击的作用。

以双三角形节流槽的液压滑阀为研究对象,通过运用计算流体动力学(CFD)方法对该滑阀内的流场进行解析,得到滑阀内的速度分布和流经阀口的流量大小。仿真结果表明:对于双三角形节流槽,在节流槽流出方向,阀口开度增大时,流束射流角略有减小;在节流槽流入方向,滑阀阀腔内流体的流束方向是向阀芯轴线方向偏移的;该节流槽的流量大小与阀口的开度大小近似成正线性关系,具有较小的斜率。流量特性仿真结果表明在流出和流入阀口的两方向上该滑阀的流量曲线趋于一致,在阀口流出方向上的流量略大于流入方向上的流量。

针对油液中固体颗粒造成的阀芯滞卡现象,该文以液压滑阀配合间隙为研究对象,探究不同粒径颗粒对阀芯运动滞卡的影响。搭建滑阀滞卡力沿程测量实验台,对阀芯所受滞卡力进行测量,并运用Fluent软件的欧拉模型对不同粒径颗粒在配合间隙中的体积分布进行仿真。结果表明:不同粒径的颗粒进入单边尺寸为0.6 mm的间隙,阀芯所受滞卡力呈脉动变化;随着颗粒粒径的增大,阀芯所受滞卡力呈现增大趋势,当粒径达到间隙尺寸的70%~90%时,滞卡力迅速增大,最大滞卡力达到19 N;固体颗粒在配合间隙中进口段分布较多,出口段分布较少,且颗粒粒径越大,在间隙中的体积分布越多。

利用Fluent软件的mixture混合模型及RNGκ-ε湍流模型对液压滑阀V型节流槽气穴流动进行模拟分析。通过动网格分析发现V型节流槽在小开度及大开度情况下气穴发生的位置及大小均不同。通过模拟分析发现,结构参数中节流槽楔形角W、节流槽夹角D对节流槽气穴流动的影响明显。根据V型节流槽气穴模拟分析结果,以参数W、D为自变量,以V型节流槽气体体积分数最大值为目标值,以Gauss函数为相关函数,采用常数回归模型,分别得到在小开度及大开度情况下的Kriging代理模型。利用改进遗传算法对Kriging近似代理模型进行优化计算,得到的优化V型节流槽结构抑制气穴性能明显。

为了优化液压滑阀可控因子以降低滑阀开启或关闭时操纵性能对噪声因子的敏感性,提高液压滑阀工作时的可控性与稳定性,提出了液压滑阀健壮性设计方法。利用计算流体动力学方法对液压滑阀开启或关闭时内部流体的动态特性进行了仿真模拟,分析了滑阀内部流道结构参数、阀芯运动速度、滑阀进油口与出油口压差对瞬态液动力的影响,并借助于试验设计和响应面函数方法,获得了滑阀瞬态液动力与各参数的定量化关系。最后以滑阀内部流道结构参数为设计变量,阀芯运动速度和滑阀进出油口压差为不可控的噪声因子,以仿真中液压换向滑阀瞬态液动力服从正态分布且方差最小为目标,对滑阀进行了健壮性设计,设计结果表明,通过对结构参数进行优化设计可明显降低噪声因子对滑阀瞬态液动力的影响。

为了解决工程机械复杂工况下难以准确建立液压滑阀动态模型的问题，提出了面向多学科交叉的液压滑阀数字化建模方法。考虑内部流体动力学对滑阀系统的影响，利用 CFD 方法对滑阀工作时的内部动态耦合过程进行了解析，分析了滑阀动态工作过程中过流截面面积、流量系数、液动力随阀芯位移的变化规律，并将它们作为滑阀数字化设计系统的边界载荷和输入参数。同时，在流体动力学解析模型的基础上利用 AMESim 搭建了基于功率键合图的液压滑阀工作模型，对滑阀进行了数字化设计，分析了不同的结构和系统参数设置对滑阀性能的影响。最后，进行了液压滑阀的台架实验，验证了仿真模型的正确性。

针对液压滑阀内部结构的复杂性，以及各参数对液压滑阀流场影响的不确定性，建立了U型节流槽液压滑阀计算流体动力学（computationalfluiddynamics，CFD）三维模型，分别从阀口开度、槽口深度和工作压差3个方面对该模型进行分析，得出液压油速度场分布以及高速射流区域的形状和大小的变化趋势，计算结果以可视的图形图像形式给出。

为研究液压滑阀的流动性能采用计算流体动力学（CFD）方法应用Fluent软件对不同开口量的滑阀进行仿真得到阀内流体的速度、压力分布图、流量特性曲线及滑阀稳态液动力.结果表明：流体流经滑阀阀口时射流角随阀开口量变化存在附壁流和自由流两种流动状态;阀口流量系数不是常数在附壁流与自由流状态切换位置流量系数发生突变使阀的流量特性变差;稳态液动力随开口量增加而增大但在自由流和附壁流状态下变化规律不同.研究结果为不同结构形式滑阀的优化设计及试验提供了理论依据.同时将可视化的仿真结果应用到理论教学中拓宽了现有的教学方式加强了教学与工程应用之间的有机结合.