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工程机械智能化、绿色化的发展趋势对配套液压元件的品质提出了更高的要求,目前使用在高温、高压环境下,以及关键部位的液压件大多依赖进口,而国内自主产品在精度、稳定性及可靠性等方面仍存在较大差距。多路阀作为液压挖掘机的核心部件,其性能的优劣直接决定了液压挖掘机的工作性能。由于加工精度的限制以及不可避免的制造和装配误差,多路阀的阀芯和阀体之间存在微米级的间隙。配合间隙过小,阀芯运动过程中的摩擦阻力增大,易出现卡死等故障;间隙过大则会引起内泄漏的增大,影响整机工作效率。因此,对阀内微间隙流动的研究能够促进多路阀性能的优化,对整机性能的提升有重要意义。 本文以液压挖掘机多路阀为研究对象,阐明了液压挖掘机多路阀阀芯阀腔内泄漏机理,针对阀芯与阀腔相对运动的特点,考虑壁面滑移、温黏特性等多因素的作用,建立了阀芯阀腔间隙微流动的数学模型,并进行了理论分析和数值仿真,在此基础上研究了不同结构及不同配置方式的均压槽对减小内泄漏和径向力的效果,并采用多目标密切值优化方法实现了多路阀性能的优化。论文主要的工作研究内容如下: (1)基于N-S方程,理论推导了阀芯配合间隙内间隙流场的速度分布方程,由此计算间隙内的速度最大值及其出现的位置。在分析间隙内流场的基础上,以环形微间隙内泄漏功率达到最小为目标,计算了阀芯间隙泄漏的总功率损失,得到使泄漏总功率损失最小时的间隙宽度。研究表明由压差产生的泄漏功率损失与阀芯两端压差的二次方以及间隙宽度的三次方成正比;由油液剪切摩擦产生的功率损失与阀芯速度的二次方成正比,与间隙宽度成反比。 (2)通过理论分析和数值仿真,研究了壁面滑移、温黏特性、阀芯偏心及几何加工误差对微间隙流动特性的影响。研究表明,壁面滑移增加了内泄漏量;随着温度的升高,油液粘度降低,流速加快导致内泄漏变大;平行偏心内泄漏量增大;平行偏心且存在几何加工误差时,阀芯受到径向不平衡力:顺锥安装,径向力与偏心反向,使阀芯回正;倒锥安装,径向力与偏心同向,使偏心愈加严重。 (3)研究不同形状均压槽对间隙微流动的影响,综合考虑多种因素得出矩形均压槽效果最优。在分别研究矩形均压槽长度、宽度和数量与流动特性对应关系的前提下,提出4种均压槽的配置方案,最后采用多目标密切值优化方法做决策分析得到4组方案中作用效果最优的一组。其结果为高性能多路阀关键技术的设计和应用提供参考。