液控單向閥開啟過程力學特性分析

孔凡帥 張泱 韋振 盧賢棉 劉磊

摘要：為了改善大流量液控單向閥在反向開啟時的性能，對其進行力學特性分析。在液控單向閥閥芯啟閉過程中，等效應力最大值出現在閥芯首端，閥芯的最大等效應力值隨著開口度的增大而明顯降低。

關鍵詞：大流量；反向開啟；力學特性

中圖分類號：TH137[HTH]文獻標識碼：[HT]A

在液壓系統傳動介質中，與傳統礦物型液壓油相比，高水基具有環境友好，價格低廉，來源廣泛，使用維護成本低等優點，在食品、高壓清洗、礦山等行業得到了廣泛應用[13]。因此，水介質傳動成為了流體傳動領域新的發展方向之一[4]。本文對高壓大流量液控單向閥進行力學特性分析。

1 液控單向閥的工作原理

圖1是本文所研究大流量液控單向閥的閥芯開啟時的幾何模型。它由閥體、導向套、閥芯、活塞、活塞桿、進出油口和彈簧等組成。

2 建模與仿真

采用ANSYS對閥芯進行網格劃分以便進行仿真分析。材料選擇45鋼。

閥芯的等效應力仿真結果如圖2所示，可以看出，在閥芯最前端出現最大應力，其數值隨著開口度的增加而減小，由283MPa變為為275MPa，可見，其所受應力在45鋼的許用強度內。

閥芯的整體變形云圖如圖3所示，可以看出，最大變形位置出現在閥芯尾部，隨著開口度的增加最大變形量減小，而相對于閥芯的尺寸來說，兩種開口度下的變形量都相當微小。

隨著開口度的增大，閥芯所受的最大等效應力明顯降低。說明閥芯在大流量液控單向閥開啟的瞬間易受到破壞。

在閥芯啟閉的過程中，其整體應變微小，具體參數對比見下表。

經分析可知，在大流量液控單向閥沖擊卸載的過程中，閥芯的開口越大，其應力應變越小。開口1.5mm時，應力183MPa，變形2.20×103 mm，開口3mm時，應力175MPa，變形2.01×103 mm，開口5mm時，應力150MPa，變形1.8×103 mm?？梢娮畲笾翟?5鋼的許用范圍內，且變形量微小，證明了選擇45鋼合理，且閥芯的變形對流場的影響可以忽略。

3 結論

本文建立了大流量液控單向閥流道的幾何模型，通過仿真分析得出結論：在液控單向閥閥芯啟閉過程中，等效應力最大值出現在閥芯首端，閥芯的最大等效應力值隨著開口度的增大而明顯降低。

參考文獻：

[1]Scheffcls.Developments in Water Hydraulics[J].Hydraulics &Pneumatics：1996（12）：3334.

[2]Koskinen K.T.，Vilenius M.J.Water HydraulicsA Versatile Technology[J].Journal of the Japan Hydraulics and Pneumatics Society：1998，29（7）：1319.

[3]Suzuki Kenji，Akazawa Sho，Nakao Yohichi.Development of CamDrive Type Proportional Valve for Water Hydraulics[J].International Journal of Automation Technology： 2012，6，（4）：450456.

[4]Suzuki Kenji，Urata Eizo.Development of a Direct PressureSensing Water Hydraulic Relief Valve [J].International Journal of Fluid Power：2008，9（2）：513.

基金項目：徐州工程學院大學生創新訓練計劃項目（XCX2017120）；徐州工程學院校級課題（XKY2016224）

作者簡介：孔凡帥（1996），男，漢族，江蘇揚州人，徐州工程學院，本科在讀，方向為液壓傳動。