基于CFD的滑阀冲蚀磨损研究分析

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuji19840718
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随着机械化和自动控制技术的快速发展,高精度的滑阀作为一种重要的液压元件,在各行各业得到了广泛的应用。尤其对于工程类机械和农业类机械等,由于其工作环境复杂且恶劣,使得液压油液极易被污染,而液压油液的污染是液压系统的故障的主要原因,液压系统的故障主要是元件故障。因此,滑阀由于污染颗粒的存在造成的冲蚀磨损,也引起了人们的关注。本文以液压滑阀为主要研究对象,对其冲蚀磨损特性进行了研究。首先对研究对象液压滑阀使用三维绘图软件UG建立其三维模型,利用FLUENT前处理软件Space Claim中的SCDM模块进行滑阀模型的流域抽取,选着FLUENT中集成的Meshing功能对流域进行网格的划分。利用计算流体动力学软件FLUENT对阀内固液两相流进行了仿真研究,并选择Edwards模型应用于本研究的CFD仿真计算中。仿真结果表明:不论是油液内流还是外流工况,阀内的最大冲蚀磨损区域均发生在阀口处;油液外流工况下,阀芯锐边的最大冲蚀磨损速率要高于沉割槽的锐边;油液内流工况下,沉割槽锐边的最大冲蚀磨损速率要高于阀芯锐边。其次,针对阀芯冲蚀磨损问题,对阀芯进行结构优化,力图减小阀芯锐边冲蚀磨损率。根据对优化前滑阀的流场仿真可知,所研究阀口的射流角在39°~78°范围,因此仿真研究选取台肩倒角角度分别为45°、60°、75°的阀芯结构进行冲蚀磨损仿真。根据Edwards模型,冲蚀磨损速率与液流速度和冲击角有关,冲蚀磨损速率随着流体速度和冲击角(0~30°)的增大而增大。仿真结果表明:滑阀外流工况下,阀芯台肩倒角60°时阀芯的锐边冲蚀磨损速率最小。这是因为,阀芯锐边处的流体速度随着台肩倒角角度的增大而降低,阀口处液流速度方向与阀芯锐边形成的冲击角随着台肩倒角角度的增大而增大。液流速度的降低会使得冲蚀磨损减小,冲击角的增加会使得冲蚀磨损增加,两者的综合作用,使得台肩倒角为60°时阀芯的锐边冲蚀磨损速率最小;滑阀内流工况下,当台肩倒角为45°时,阀芯锐边的冲蚀磨损速率最小。因为内流工况下,液流方向与阀芯锐边形成的冲击角在45°~78°范围中,其对应的冲击角函数值变化较小,因此对冲蚀磨损的影响可以忽略不计,而流经阀芯锐边的液流速度却会随着台肩倒角的减小而减小,因此阀芯锐边的冲蚀磨损速率会随着倒角角度的减小而减小。最后搭建了冲蚀磨损试验台。由于试验条件和时间关系,本研究仅对外流时的滑阀进行了冲蚀磨损的试验验证。试验中,将油中加入一定数量的砂砾,对四种不同台肩倒角角度的阀芯进行了相同时间的冲蚀试验,试验后采用称重法对阀芯进行称量,得到磨损质量损失曲线,验证了外流工况下台肩不同倒角的阀芯锐边的冲蚀磨损。根据仿真和试验的对比分析,得出不同台肩倒角角度的阀芯锐边冲蚀磨损的仿真结论与试验结论一致。
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