液壓多路閥設(shè)計及有限元分析

錢老紅

摘要：就液壓多路閥來說，其是現(xiàn)代機械領(lǐng)域液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，也是最常見的控制部件種類，對應(yīng)的性能直接對機械裝備的精廢程度和使用效率造成直接影響。從臨床當(dāng)前發(fā)展情況來看，其多路閥的閥體和主閥芯等部件均存在尺寸較小，加工密度較低的情況，導(dǎo)致相關(guān)器械產(chǎn)品的壓力損傷較大，在進行機械操作的過程中，容易出現(xiàn)操縱力不達標的情況，需要對其進行改進。本研究則在此基礎(chǔ)上，將Pro/E軟件進行三維建模，并進行裝配，將有限元仿真軟件ANSYS進行應(yīng)用，對主閥芯通孔和油路展開劃分，以網(wǎng)格劃分為主，促進載荷的增加，并進行約束，促進其強度和剛度力學(xué)特征性云圖的出現(xiàn)，并提出液壓多路閥的進一步改進措施，保證促進工作性能的有效提高。

關(guān)鍵詞：液壓多路閥;設(shè)計;有限元;分析

液壓多路閥在現(xiàn)代機械裝備中的應(yīng)用范圍較廣，包括裝載機鏟斗的升降，及其承重大小等，均是尤液壓多路閥所決定的。在此過程中，保證將設(shè)計與制作技術(shù)進行提高，促進性能更好的閥體制作，是現(xiàn)代液壓領(lǐng)域中的一大難題，一個好的多路閥可促進工程機械工作效率的有效提高，促進單位內(nèi)工作效率，并有效縮短工期。從目前發(fā)展情況來看，我國液壓多路閥的發(fā)展速度較快，但是到今天為止，依然難以制作出性能較強的多路閥液壓系統(tǒng)，因此對當(dāng)前現(xiàn)有的液壓多路閥進行改進和設(shè)計是很有必要的。本研究則在此基礎(chǔ)上，對某型液壓多路閥展開改進設(shè)計，并將Pro/E進行應(yīng)用，促進多路閥實體建模，并通過對有限元仿真軟件的應(yīng)用，對主芯通孔和多路閥油路進行力學(xué)性能分析，從而促進液壓多路改進設(shè)計方案可行性的增加，進一步提出改善策略。

1液壓多路閥

在實際發(fā)展中，不同工程對液壓多路閥的使用情況不同，其中液壓多路閥的油路結(jié)構(gòu)也存在一定的差異性，其主要包括以下幾個方面：

（1）并聯(lián)油路液壓多路換向閥，在單個閥門間，可促進油路并聯(lián)，對滑閥進行獨自控制。多路閥內(nèi)的油道壓力較大，通常與結(jié)構(gòu)中負載最小的機構(gòu)連接并相關(guān)。

（2）串聯(lián)油路液壓多路換向閥。各單個的閥門間通過油路被進行串聯(lián)，在同時對個滑閥進行操作時，其所連接的所有負載機構(gòu)可同時進行運動。

（3）分片式多路換向閥。在對多路閥進行生產(chǎn)制造時，每個不同的滑閥及其他零件可分別進行制造，并將螺釘進行應(yīng)用，形成固件裝配形成整體。閥體在通過鑄造后，其對應(yīng)的工藝較為簡單，具有較高的品質(zhì)，而且在其中一片閥體出現(xiàn)故障時，并不會影響其他閥體的正常運行[1]。

（4）整體式多路換向閥。滑閥和其他液壓零件均被裝配在同一個閥體內(nèi)，在將其進行具體應(yīng)用時，不僅具有固定數(shù)量的滑閥和滑閥機能，而且其結(jié)構(gòu)相對緊湊，具有較好的密封性，對應(yīng)的體積較小，質(zhì)量較輕，可有效減輕雅鹿損傷。

本次研究設(shè)計的液壓多路閥是一種大流量，高壓力的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，以分片式液壓多路閥為主，主要被應(yīng)用在挖掘機，農(nóng)用拖拉裝載機，鉆機和裝卸機等制造中，主要依靠主閥芯的位置變化對閥體內(nèi)液壓油的流向和壓力進行改變，從而有效實現(xiàn)對負載機構(gòu)的控制，保證其可實現(xiàn)提升，旋轉(zhuǎn)，輔助等作用。具體如下圖1所示。

在閥芯處于中間位置時，液壓油會流過通油路，隨后回到液壓油箱中。在啟動控制閥芯時，閥芯便會展開運動。液壓泵與連接的執(zhí)行器可通過精通溝槽進行有效連接，并且此連接形成雙向性[2]。與此同時，旁通油路可通過精通溝槽進行節(jié)流。在液壓泵的壓力比執(zhí)行器的壓力大時，液壓油可通過向單個閥進入到執(zhí)行器中，此閥工作流程可被分為兩種，分別為全覆蓋中位，精確控制范圍和最終形成。其所對應(yīng)的范圍控制主要與主閥芯的控制范圍相關(guān)，其主閥芯的移動控制準確性更高，可實現(xiàn)對所有負載更精準的控制。

2多路閥閥體有限元分析

2.1主閥芯通孔的力學(xué)分析

就材料屬性來說，在對單元類型進行設(shè)定后，液壓多路閥使用的是灰鑄鐵，其所對應(yīng)的彈性模量為130GPa，對應(yīng)的泊松比則為0.25，將彈性模量值設(shè)置為1.3×106，泊松比輸入為0.25。

閥體劃分網(wǎng)絡(luò)，可得到閥體具有多個微小單元。在計算求解后，可得出相關(guān)數(shù)據(jù)。或得到相應(yīng)的結(jié)果后，對液壓多路閥的整體力學(xué)性能進行測評，可得出X，Y和Z[3]。

2.2液壓油路力學(xué)強度分析

就液壓多路閥閥體來說，其中承壓力最大的為液壓油路和主閥芯的通孔，對液壓油路展開力學(xué)特性的分析，其中所采用的材料為灰鑄鐵，對應(yīng)的彈性模量為130GPa，泊松比為0.25.選擇4個連接孔對其進行約束，對應(yīng)的多路閥油路施加載荷為1000N，對其進行運算，并對各個方向的應(yīng)力進行查看。

2.3結(jié)果分析

在進行分析后，可看到在約束孔邊緣附近存在紅色，主要因為其為半剖結(jié)構(gòu)，實際生產(chǎn)中并不存在，因此，不給予考慮。此外，主閥芯通孔所承受的最大力為兩孔末端，因此建議對末端形狀進行改進，促進內(nèi)凹角度的增加，并對閥體的形變進行有效緩解。在進行應(yīng)力圖觀察后，發(fā)現(xiàn)閥體表現(xiàn)出輕微的向內(nèi)彎曲變形情況，但并不會對主閥芯通孔的形狀造成影響[4]。此外，在閥體油路的X，Y，Z方向上，X方向的受力最大處為油路拐角位置，油路拐角和油路轉(zhuǎn)彎處的光滑程度對受力的強弱影響較大。因此，多路閥油路需要進行圓角處理，促進油路的更滑，并將盈利對閥體的影響進行降低。最后，壓力損傷屬于液壓多路閥的穩(wěn)態(tài)測量數(shù)據(jù)，在流量越大的情況下，其對應(yīng)的壓力損傷越小，多路閥對應(yīng)的性能和質(zhì)量也就越好。

結(jié)論：本文主要以某液壓多路閥為例，對其進行改進設(shè)計，通過進行三維建模和進行有限元仿真，對主閥芯瞳孔和油路進行了網(wǎng)格劃分，給予其載荷，促進強度和剛度的則加，并對力學(xué)特性進行分析，對其液壓多路閥的進一步改進進行提出，促進其工作性能的有效提高。其中明確兩主閥芯通孔末端所承受的應(yīng)力最大，在將通孔末端形狀進行改善后，可促進一定角度向內(nèi)輕微凹陷情況的發(fā)生，可促進應(yīng)力抵抗能力的增強，并將閥體的形變程度進行緩解，將液壓多路閥油路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計等更加流暢后，可將應(yīng)力對液壓油路的影響降到最低。

參考文獻：

[1] 荊興亞，徐明，邵宗光，等. 錳系磷化工藝在工程機械液壓多路閥上的應(yīng)用[J]. 液壓氣動與密封，2020（9）.

[2] 鄧俊華，金俠杰，邢科禮. 基于CAN通信的液壓多路閥流量特性試驗系統(tǒng)研究[J]. 計量與測試技術(shù)，2019（10）.

[3] 冀宏，陳乾鵬，張建，等. 開中位多路閥穩(wěn)態(tài)液動力的控制方法[J]. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2019，45（02）：46-50.

[4] 冀宏，陳乾鵬，張建，等. 開中位多路閥穩(wěn)態(tài)液動力的控制方法[J]. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2019，045（002）：40-44.