【正文】 15；另一方面 ,設計時使閥口所受比壓在安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 16 密封必須的比壓與材料的許用比壓之間。 值得指出的是 ,主閥心與主閥套間若泄漏過大 ,則節(jié)流閥對主閥的控制作用減弱 ,將使閥的靜態(tài)性能大大降低。鑒于奧氏體不銹鋼不能通過熱處理提高硬度，閥心材料可采用熱處理強化的沉淀硬化不銹鋼或者采用工程陶瓷，或采用馬氏體不銹鋼；閥座可采用銅基合金，以增加零件的機械強度，提高零件的表面加工質(zhì)量等。 圖 23 兩級節(jié)流主閥口 （ 2）選擇硬度高的材料 提高材料硬度不僅可大大增強材料的抗氣蝕性能，而且有利于提高材料的抗流體侵蝕能力 。③ 主閥口采用階梯狀兩級節(jié)流口結(jié)構 (如圖 22)。由于壓力最低處一般位于收縮部位附近，此處流速很高，當閥芯錐角小于閥座錐角時，氣穴發(fā)生在閥口處，反之，則發(fā)生在閥口下游。② 主閥的錐角較小，并且閥芯錐角大于閥座錐角。為減弱氣蝕，單向節(jié)流閥安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 15 閥口在結(jié)構上主要有以下特 點：① 主閥芯采用帶圓弧的平端錐閥結(jié)構。為了防止空穴現(xiàn)象的發(fā)生，就是要防止液壓系統(tǒng)中的壓力過度降低。較典型的例子是日本設計的兩級：平板式節(jié)流閥口的形式和芬蘭采用的兩級錐閥式節(jié)流閥口 (如圖 21)。這種方法的實際應用就是把單節(jié)流閥口設計成兩級節(jié)流閥口的形式 ，則每級閥口的氣蝕系數(shù)分別 1 121 1 vpppp? ?? ? （ 22） 12 22 12 vpp? ?? ? （ 23） 式中， 12p 為兩節(jié)流閥口間的壓力。 為減小氣穴的發(fā)生及其危害，應盡量使 δ 小。 δ 越大，氣穴現(xiàn) 象越嚴重。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 14 解決措施及設計 針對單向節(jié)流閥的上述關鍵技術難題，設計了下面的解決方法。噪聲會給工作環(huán)境帶來噪聲污染；振動會引起節(jié)流閥表面損傷，并導致節(jié)流閥的靜態(tài)性能下降、控制壓力失調(diào)等后果，反過來又加劇了振動和噪聲。主閥口、節(jié)流閥口及 主閥芯導向面處都是易產(chǎn)生泄漏和拉絲侵蝕的部位。 3. 拉絲侵蝕和泄漏問題 在單向節(jié)流閥中，高速流體會對配合面產(chǎn)生很強的沖刷作用，久而久之會在零件表面形成一條條絲狀凹槽，這種現(xiàn)象稱為拉絲侵蝕。水壓閥與油壓閥氣蝕本質(zhì)的不同，決定了其危害性比油壓閥的氣蝕嚴重。由于液壓油的汽化壓力很低，同時空氣在液壓油中的溶解度較高，所以油壓閥的氣蝕主要表現(xiàn)為氣體氣蝕。這些氣泡隨著液流流到下游壓力較高的部位處時，會因承受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊，發(fā)出噪聲而引起振動，當附著在金屬表面上的氣泡破滅時，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓會使金屬剝落，使表面粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴，節(jié)流口下游部位可發(fā)現(xiàn)這種腐蝕的痕跡，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。 2. 氣蝕問題 當液流流經(jīng)節(jié)流口的喉部位置時，根據(jù)伯努利方程，該處的壓力要降低。對于中間主閥口、節(jié)流閥口及主閥導向面處，腐蝕與磨損同時存在，兩者相互促進，將使零件加速失效。 油液從通口 Pj2 流到通口 Pj1 的過程中，油液要節(jié)流，不可以自由通流，此時，單向節(jié)流閥主要起到節(jié)流閥的作用 。此時，油液經(jīng)過閥芯上的三角槽和孔道，從通道口 Pj1 流出。油液從通口 Pj1 流到通口 Pj2的過程中，油液不節(jié)流，可以自由流通，此時單向節(jié)流閥主要起單向閥作用。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 12 第二章 單向節(jié)流閥的設計 單向節(jié)流閥的結(jié)構和工作原理 : 單向節(jié)流閥根據(jù)油液流動方向的不同，既可以作單向閥使用，又可以作節(jié)流閥使用，其結(jié)構如下圖所示，主要由調(diào)節(jié)桿、止推、閥體、閥芯和彈簧組成，節(jié)流通道呈軸向三角槽式。 本章對節(jié)流閥的結(jié)構、特點、應用和發(fā)展方向等進行了側(cè)重分析，并提出了現(xiàn)代科學技術，尤其是計算機科學技術及流體分析軟件 的開發(fā)和應用，對單向節(jié)流閥的各方面技術等的改進起著至關重要的作用。 SolidWorks Gambit Fluent 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 11 本次設計的主要內(nèi)容有： 單向節(jié)流閥的結(jié)構設計； 單向節(jié)流閥的流道分析； 流道流場模擬分析； 單向節(jié)流閥的三維建模圖； 畢業(yè)論文一篇。 根據(jù)所研究的側(cè)重點，確定研究對象的初始狀態(tài)。用戶 可根據(jù)自己的特殊需要編制 自己 的 UDF，定制特殊的邊界條件、實 現(xiàn)動網(wǎng)格等 。 可從 CAD/CAE 系統(tǒng)中直接讀入 數(shù)據(jù)，具有靈活方便的幾何修正功 能和功能強大的網(wǎng)格劃分工具。 本文的研究內(nèi)容 對液壓元件內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬，本課題中使用 CFD 軟件來進行仿真研究。這對于降低安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 10 實驗研究費用，縮短前期研發(fā)周期，加快高水基技術發(fā)展的進程，對于提高閥的使用壽命和工作性能，提高閥的通流能力，減小泄漏和壓力損失，改善加工工藝設計，解決節(jié)流閥存在的一些主要問題等都有一定的指導意義 。本論文主要研究高水基節(jié)流閥的流場特性。液動力是設計、分析液壓控制閥的重要因素之一，在國內(nèi)外的研究中，大都是關于穩(wěn)態(tài)液動力的機理研究和理論計算公式的推導，對穩(wěn)態(tài)液動力也提出了很多有效的補償措施。采用各種流場數(shù)值計算方法，對閥的流道內(nèi)流場進行數(shù)值計算來準確計算液動力是最近幾年閥液動力研究的熱門課題，它可以用于改進閥的過流結(jié)構，對進行閥的液動力的補償提供理論依據(jù)。液壓控制閥的操縱力必須能夠克服閥的各種阻力，它包括慣性力、摩擦力、彈簧力和液體動力等，其中液動力所占的比例最大。近年來隨著計算機技術和計算流體動力學理論的發(fā)展，應用 CFD 方法，對液壓閥內(nèi)部的流場進行仿真計算和可視化分析，成為液壓技術領域新的研究熱點，研究工作對閥的結(jié)構參數(shù)設計和流道的優(yōu)化沒計具有 重要的實際意義。能量轉(zhuǎn) 換、動力傳動以及傳動控制依然是 21 世紀全球經(jīng)濟的重要組成部分，流體傳動與控制技術也依然是其中極為重要和積極的角色。 選題的目的和意義 20 世紀是流體傳動與控制技術逐步走向成熟的時代。因此，各種更先進的、更節(jié)能的、更優(yōu)化的液壓控制元件業(yè)相繼問世，給現(xiàn)代的 工業(yè)發(fā)展提供了更好的動力。 因此，先進的科學技術對以上技術問題進行了研究和攻克。在理論分析中，很多內(nèi)外界因素都未加以考慮，很多因素在不斷影響著液壓控制元件，也在不斷困擾著研究人員對液壓控制元件的理論分析與研究。在 FLUENT 軟件中對兩種模型的流場進行了穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。 太原理工大學的王芳，采用 AutoCAD 和 UG 軟件，按照先導閥的實際結(jié)構和參數(shù)，結(jié)合計算數(shù)學模型的可行性，分別建立了 閥的二維和三維幾何模型。 北京化工大學的沈晶，闡述了水錘現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，通過對閥芯結(jié)構的改進減小水錘對液壓閥壽命的影響。 燕山大學的高殿榮首次將有限元方法應用于液壓技術中各種異形斷面流道，并對液壓集成塊內(nèi)部的復雜流道、滑閥和錐閥流場進行了數(shù)值模擬，還從流安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 8 體力學的連續(xù)性方程和 Navierstokes 方程出發(fā)，并根據(jù)流函數(shù)和渦量與流速之間的關系式，推導出了以流函數(shù)和渦量 w 為變量的 NS 方程 的變形公式，并對其進行無量綱化。通過數(shù)值計算和可視化研究可以較容易獲得在理論上很難計算的滑閥閥芯所受的液動力。這對優(yōu)化滑閥的閥腔結(jié)構，阻止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生有一定的指導意義。使用 STRACD 流場仿真軟件進行了兩相流動的仿真。 Priyatosh Barman 對三維的滑閥模型進行了仿真研究。 用三種不同介質(zhì)對液壓滑閥的內(nèi)部流場分別作了實驗 和數(shù)值分析 。通過閥芯表面上的壓力積分計算了閥的穩(wěn)態(tài)液動力，根據(jù)公式估計了瞬態(tài)液動力和穩(wěn)態(tài)液動力兩者的比例。Timo LEINO 等對水用錐閥與油用錐閥在各個特性上進行了比較分析，詳細地給出了不同壓差下節(jié)流口處的壓力變化、流量系數(shù)和質(zhì)量流率的變化曲線圖，以及閥芯上的壓力分 布圖，這對理論研究和數(shù)值模擬都是一個很好的參考。 國內(nèi)外利用 CFD 軟件對液壓閥的研究狀況 針對一般的液壓閥類元件內(nèi)部流場所作的數(shù)值模擬與仿真研究，國內(nèi)外學者對液壓閥的內(nèi)部流場及特性己經(jīng)進行了大量的研究工作，對進一步發(fā)展和完善液壓閥的性能等提供了有力的理論基礎。另外，在閥內(nèi)流道設計時，可通過結(jié)構與參安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 7 數(shù)的優(yōu)化，縮小低壓區(qū)，以控制氣穴的初生與發(fā)展。背壓對閥腔內(nèi)壓力分布有著直接的影響，同時決定了腔內(nèi)氣泡形態(tài)與噪聲聲級的大小。同時 對閥腔內(nèi)壓力分布，氣穴與噪聲的關系進行了研究。液壓元件內(nèi)流道形體復雜、尺寸小、壓差大、閥口流速高，使得從氣泡微觀層面上研究液壓元件中的氣穴現(xiàn)象非常困難。研究成果對 高壓節(jié)流閥的失效進行了分析，指出了單向節(jié)流閥的各種失效形式，并隨著 CAD/CAE技術的發(fā)展，尤其是計算流體動力學技術的發(fā)展，對節(jié)流閥進行流場數(shù)值模擬成了目前對節(jié)流閥進行優(yōu)化設計的重要手段。 節(jié)流閥主要用于油田鉆井、油田測試、固井等高壓管路中，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥桿來改變節(jié)流孔面積，以達到調(diào)節(jié)管路中壓力和流量的目的。單向節(jié)流閥廣泛應用于液壓控制系統(tǒng)的調(diào)速和延時回路中，其既可以作為單向閥使用，又可以作節(jié)流閥使用。國內(nèi)外從六十年代初開始對單向節(jié)流閥進行研究。 液壓傳動系統(tǒng)對節(jié)流閥的主要要求有： 1）有較大的流量調(diào)節(jié)范圍，且流量調(diào)節(jié)要均勻； 2）當閥前、后壓力差發(fā)生變化時，通過閥的流量變化要小，一保證負載運動的穩(wěn)定； 3）油溫變化對通過閥的流量影響要?。?4）油液通過安全閥時的壓力損失要?。?5）當閥口關閉時閥的泄露量要小。節(jié)流閥的壓力補償有兩種方式：一種是將定差減 壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)起來，組合成調(diào)速閥；另一種是將穩(wěn)壓溢流閥并聯(lián)起來，組成溢流節(jié)流閥。流量變化越大，節(jié)流閥的剛性越大；反之，其剛性越小。通過這一環(huán)節(jié)來補償節(jié)流元件的流量變化。節(jié)流口小，流速快；節(jié)流口大，流速慢，而總的流量是不變的，因此液壓缸的運動速度不變。液壓泵輸出的液壓油全部經(jīng)節(jié)流閥進入液壓缸。節(jié)流閥式一種可以在較大范圍內(nèi)以改變液阻來調(diào)節(jié)流量的元件。 在液壓傳動系統(tǒng)中，節(jié)流元件與溢流閥并聯(lián)于液壓泵的出口，構成恒壓油源，使得泵出口的壓力恒定。閥口做成薄刃形，通道短，水力直徑大， 不易堵塞，油溫對流量影響小，因此其性能接近于薄壁小孔，適用于低壓小流量的場合。 軸向三角槽式節(jié)流口，其結(jié)構簡單，水力直徑中等，可得到較小的穩(wěn)定流量，且調(diào)節(jié)范圍較大，但節(jié)流通道有一定長度，油溫變化對流量有一定影響，目前被廣泛應用。一般用于對性能要求不高的場合。 為了保證流量穩(wěn)定、節(jié)流口的形式易薄壁小孔較為理想。 節(jié)流閥按通道方式可分為直通式和角式兩種；按啟閉件的形狀分，有針形、溝形和窗形三種。 減輕節(jié)流口堵塞的措施 （ 1）選擇水力半徑大的薄刃節(jié)流口； （ 2）精密過濾并定期更換油液； （ 3）適當減小節(jié)流口前后的壓力差； 采用電位差較小的金屬材料，選用抗氧化穩(wěn)定性較好的油液 ，減小節(jié)流口表面粗糙度。以上堆積、吸附物堆積到一定厚度時，會被液流沖刷掉，隨后又重新吸附到閥口上。但有些時候，為了節(jié)流閥內(nèi)部流場分析的必要，可以將其內(nèi)部節(jié)流口及節(jié)流流道進行簡化簡化建模，以便于分析計算。 按照其功用，具有節(jié)流功能的閥有節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、精密節(jié)流閥、節(jié)流截止閥和單向節(jié)流截止閥等；按節(jié)流口的結(jié)構形式，節(jié)流閥有針式、沉割槽式、偏心槽式、錐閥式、三角槽式、薄刃式等多種；按其調(diào)節(jié)功能，又可將節(jié)流閥分為 簡式和可調(diào)式兩種。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 3 在定量泵液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥和溢流閥配合，可組成三種節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，即進油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、回油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。將節(jié)流閥和單向閥并聯(lián)則可 組成單向節(jié)流閥。 1. 對節(jié)流閥的性能要求： 流量調(diào)節(jié)范圍大，流量一一壓差變化平滑； 內(nèi)泄露量小，若有外泄露油口，外泄露量也要小； 調(diào)節(jié)力矩小，動作敏捷。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 2 節(jié)流閥的用途： 圖 11 單向 節(jié)流閥 節(jié)流閥是重要的液壓元件，其主要是用來改變相關閥口的流通面積，從而調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作流量并保證整個液壓執(zhí)行元件的安全。 本課題目的是利用所學的流體力學、液壓和控制知識為優(yōu)化節(jié)流閥內(nèi)部流場做理論研究。由于在實際工作中，泵提供的流量往往要大于工作流量，對有節(jié)流閥的系統(tǒng)來說，節(jié)流閥就必須控制流入或流場執(zhí)行元件的流量從而控制元件的速度，由于節(jié)流口而造成較大的壓力損失。但是，液壓系統(tǒng)的安全問題也隨之凸顯出來。 自帕斯卡定理發(fā)明幾百年來，由于液壓具有防銹，潤滑性好，粘度大的優(yōu)點，得以廣泛的應用。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 緒論 引言： 社會的發(fā)展，要求人類賴以生存的環(huán)境是一個安全、無污染、高度文明的、美好的環(huán)境。 附錄一：英文科技文獻翻譯 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