基于计算流体动力学的多路阀（右行走联）性能分析

论文摘要

整体式多路阀是大中型液压挖掘机上的关键液压元件,它在挖掘机液压系统中控制着油液的流动方向及流量大小,并对控制各执行机构的启动、运动速度及动作顺序起着十分重要的作用。整体式多路阀在工作中存在压力损失、振动冲击及涡流等现象,这些现象均是研究人员所广泛关注的问题,上述问题直接影响着整体式多路阀的性能,最终导致挖掘机整机性能变差。为了解决整体式多路阀右行走联流道内部压力损失大、能量耗散严重、右行走马达不够灵敏及振动冲击等问题,本课题以整体式多路阀右行走联进油口(P口)与出油口(B口)间流道为具体研究对象,应用Pro/E软件建立右行走联模型,并基于计算流体动力学方法,对三维流场模型以紊流形式,采用SIMPLEC算法进行计算。通过采用理论分析、数值模拟及试验验证相结合的研究方法,分别就单向阀与两工作油口间公共流道的结构参数对压力损失、振动冲击和涡流现象的影响进行了较系统地分析；对如何消除右行走联内部流道盲孔处的振动冲击和涡流现象进行了较深入地研究；就不同主阀口形式对主阀口附近流道压力损失的影响进行了较详细地探讨。结合单向阀与两工作油口间公共流道结构参数的几何约束条件,采用数学计算手段,得出了此段流道的制造参数选配表,为此段流道的性能优化提供了一定参考。最后,本课题还就单向阀与两工作油口间公共流道的一组结构参数及一种主阀口形式对压力损失的影响分别进行了试验验证,试验表明：数值计算结果与试验结果吻合。本文的创新之处在于：相对于只取阀口或局部流道,分析某一参数对某一性能的影响而言,本课题通过对整体式多路阀右行走联内部流道进行整体的流动计算,分析一组参数对多个性能的影响,有利于保证分析的完整性和结论的精确性。通过各压力损失位置的对比发现：液压阀尤其是拥有复杂流道的多路阀除在主阀芯阀口附近存在较大压力损失外,在一些节流现象明显的局部复杂流道位置压力损失也较大。通过优化相关结构参数,对右行走联性能进行了如下改进：有效降低了内部的压力损失和振动冲击,减小了其内部的涡流尺度和强度,并提出了单向阀至两工作油口间公共流道制造参数的选择范围。本文研究成果为多路阀优化设计提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的主要研究内容
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 本章小结
• 第2章 整体式多路阀右行走联的数值模型建立
• 2.1 整体式多路阀的组成及原理
• 2.1.1 整体式多路阀工作原理
• 2.1.2 右行走联工作原理
• 2.2 数值计算
• 2.2.1 数值计算模型
• 2.2.2 数值计算方法
• 2.2.3 边界条件
• 2.2.4 网格划分
• 2.3 本章小结
• 第3章 整体式多路阀右行走联内部流道性能分析
• 3.1 压力损失分析
• 3.1.1 数值计算方案
• 3.1.2 局部流道结构参数对压力损失的影响
• 3.1.3 主阀口形式对压力损失的影响
• 3.1.4 其他参数对压力损失的影响
• 3.2 涡流分析
• 3.2.1 盲孔处涡流分析
• 3.2.2 单向阀与两工作油口间公共流道的涡流分析
• 3.3 振动冲击分析
• 3.3.1 盲孔处振动冲击分析
• 3.3.2 单向阀与两工作油口间公共流道的振动冲击分析
• 3.4 局部流道结构参数的优化设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验研究
• 4.1 试验目的及意义
• 4.2 试验内容及要求
• 4.2.1 试验内容
• 4.2.2 试验要求
• 4.3 试验总体方案
• 4.3.1 试验平台
• 4.3.2 局部流道压力损失测试
• 4.3.3 主阀口流道压力损失测试
• 4.4 试验结果及分析
• 4.4.1 局部流道压力损失分析
• 4.4.2 主阀口流道压力损失分析
• 4.5 本章小结
• 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在读期间已发表和录用的论文