关于锥阀芯稳态液动力方向的分析
基于CFD的液压锥阀阀芯启闭过程的液动力分析
四、结论
四、结论
本次演示通过应用CFD技术对液压锥阀阀芯启闭过程的液动力进行了详细的分 析。这种方法能够提供更精确的液动力特性数据，有助于优化液压锥阀的设计， 提高其工作性能。同时，也为其他类似结构的流体控制元件的液动力分析提供了 参考。
内容摘要
首先，我们需要明确CFD计算的基本步骤，一般可以分为以下几个步骤： 1、建立数学模型：包括流体动力学方程、湍流模型、传热模型等；
内容摘要
2、设置计算域：确定计算所涉及的几何区域； 3、网格生成：对计算域进行离散化，生成计算所用的网格；
内容摘要
4、边界条件设置：确定流体入口、出口以及固体边界等处的物理量，如速度、 压力、温度等；
五、展望与建议
3、优化算法：CFD的数值求解过程中，算法的选择和实现对于计算效率和准 确度具有重要影响。针对特定问题，开发或优化适合的算法可以提高计算效率， 减少误差。
五、展望与建议
4、智能化应用：结合人工智能和大数据技术，可以对大量的计算结果进行分 析和预测，为实际工程应用提供更准确的指导。
参考内容
1、流量特性
1、流量特性
液压滑阀的流量特性是指阀口在一定开度下，通过阀口的流量与阀口前后的 压力差之间的关系。在一定条件下，通过阀口的流量与阀口开度成正比，但当阀 口开度过大时，流量增加的幅度会减小。这是因为当阀口开度过大时，流体的流 动阻力增大，导致流速减小。
2、压力特性
2、压力特性
液压滑阀的压力特性是指阀口在一定开度下，通过阀口的压力损失与阀口前 后的压力差之间的关系。在一定条件下，通过阀口的压力损失与阀口开度成正比。 这是因为当阀口开度增大时，流体的流动阻力增大，导致压力损失增加。
锥型阀芯液动力计算与补偿方法研究
锥型阀芯液动力计算与补偿方法研究
张东旭;沈坚;王淼;吕学明
【期刊名称】《重型机械》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】为研究锥型电磁换向阀的弹簧无法推动阀芯的故障现象,利用动量定理计算出阀芯的静态液动力理论值,并提出了一种阀芯优化方案。
基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)平台计算出阀芯优化前后的压力云图和速度矢量图,通过分析仿真结果确定了最优的阀芯几何参数。
结果表明在相同工况下,优化后阀芯的射流角增加,压力损失降低。
【总页数】5页(P89-93)
【作者】张东旭;沈坚;王淼;吕学明
【作者单位】阿托斯液压(上海)有限公司;中国重型机械工业协会;成都工元科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.52
【相关文献】
1.内流式锥阀液动力及阀芯锥面压强分布的实验研究
2.考虑稳态液动力的锥阀阀芯可靠性分析
3.锥阀芯稳态液动力补偿研究
4.锥阀稳态液动力及阀芯表面压力分布数值模拟
5.基于阀芯结构优化的比例阀液动力补偿方法研究
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液压阀芯上的作用力
液压阀芯上的作用力1 液压力在液压元件中，由于液体重力引起的液体压力差相对于液压力而言是极小的，可以忽略不计，因此，在计算时认为在同一容腔中液体的压力相同。
例：锥阀阀芯受到的液压作用力(阀座有倒角的)1) 当x=0时，阀芯受到的液压力为2）当x>0时，阀芯受到的液压力有两部分组成F=F1+F2受p1作用的液压力F1：受阀座倒角处压力p的液压力F2：上述计算比较复杂，如果阀座上的倒角尺寸较小，则工程上可以简化计算：即用中经来简化计算液压力：，其中2 阀芯受到的稳态液动力以滑阀为例1 稳态液动力分析将牛顿第二定律改写为动量定理：, 式中的F，v为向量。
在定常不可压缩情况下，dt时间内，控制体内部液体的动量变化为0，流入和流出控制体的质量为，动量为别为：所以动量定理表示为：，注意，式中的是向量。
2.1 直进斜出式图（a）所示状况，控制体在X方向受到的外力为：,方向为X正方向。
环形阀口的平均流速，阀口流量压力方程，所以流速，则，式中，称K为液动力系数。
根据牛顿第三定律，控制体对阀芯的作用力Fs的方向与Fx的相反，即Fs=-Fx， Fs是稳态流动的液体对阀芯的作用力，称为‘稳态液动力’。
由图（a）知，该稳态液动力的方向使阀口趋于关闭。
稳态液动力的大小（液动力系数）正比于阀口开度x，稳态液动力相当于刚度为的‘液压弹簧’。
1 稳态液动力分析2.2 斜进直出式图（b）所示状况，控制体在X方向受到的外力为：，方向为X负方向。
则控制体对阀芯的作用力Fs的方向为X正方向，图（b）所示，同样，该稳态液动力的方向使阀口趋于关闭。
2.3 不完整阀腔式图（c）所示为不完整阀腔结构，其稳态液动力大小及方向与图（b）所示的相同，，该稳态液动力的方向仍然使阀口趋于关闭。
但阀芯还受到向左的静压力作用，液体对阀芯的合力为：，该合力的方向取决于稳态液动力与静压作用力之差，所以阀口可能趋于闭合，也可能趋于开启。
由上述分析可知稳态液动力的特性如下：无论阀腔是否完整，稳态液动力的方向总是使阀口趋于关闭。
不同阀口形态对内流式锥阀液动力的影响
不同阀口形态对内流式锥阀液动力的影响佚名【摘要】研究了阀芯和阀座上是否有倒角存在的两种不同阀口形态下,内流式锥阀阀芯所受液动力的特性.采用CFD仿真模拟的方法,分别对两种阀口形态下,阀芯在不同开度、不同流量下所受液动力进行了数值求解,并对其液压阀的压降曲线进行了比较,最后,对仿真结果进行了网格无关性验证.结果表明,随着阀口形态的变化,阀芯所受液动力的方向和大小都相应地发生了改变,而两者的压降几乎没有变化,对于阀芯所受液动力优化有重要指导意义,此外,由网格无关性验证结果可知仿真结果是可靠的.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】5页(P90-94)【关键词】内流式锥阀;阀口形态;液动力;CFD仿真【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压阀作为液压系统的控制元件，在控制液流时，由于流过阀口处的液流方向和流速都产生了变化，阀芯受到液动力的附加作用。
液动力对阀的动、静态特性影响很大，是设计液压阀需考虑的重要因素，因而液动力一直是液压研究的重要关注点，国内许多学者已对此作出了大量研究[1-4]。
锥阀是液压阀主要结构形式之一。
锥阀由于密封性好、过流能力强、响应快、抗污染能力强、结构相对简单等优点，成为广泛应用的液压元件。
锥阀阀芯的形状可分为全锥型和平底型，其中，由于平底锥阀的通流能力大于全锥型[5]，因而平底锥阀常用于液压插装阀中。
与锥阀阀芯配合的阀座通常可分为有倒角阀座和无倒角阀座，两种情况构成了不同的阀口配合形态，必然对阀芯所受液动力的影响不同。
锥阀按液流的流向可分为内流式与外流式，本研究主要针对内流工况，通过CFD仿真对内流式平底锥阀在不同阀口配合情况下所受液动力的特性进行了研究。
1 建模与仿真设置1.1 几何模型与网格划分首先在SolidWorks中建立三维模型，然后将其导入ICEM CFD中进行网格划分。
对流体域计算模型进行网格划分时，由于阀口周围流场变化剧烈，因此对阀口周围的流体网格需进行局部细化，以提高计算的准确度。
一些关于稳态液动力的错误认识
1纠正纠正一些一些一些关于关于关于稳态稳态稳态液动力的错误液动力的错误液动力的错误认识认识张海平（上海 hpzhang856@ ）摘要：从动力学角度阐明了液压阀稳态液动力的基本概念和计算方法，分析了滑阀、锥阀、插装阀的稳态液动力受力情况的差异，分析结果表明：稳态液动力总是使阀芯关闭。
结合实例，分析了考虑稳态液动力时的液压阀、液压系统的影响因素。
纠正了国内一些大学液压教材中关于稳态液动力的一些错误认识。
关键词：大学教材，液压传动，液动力Correct some Wrong Opinions about Flow ForcesZHANG Hai-ping（Shanghai ，hpzhang856@ ）Abstract : Starting from hypostasis of steady flow forces, this paper corrects some wrong opinions about the flow forces in most Chinese university textbooks. The behavior of flow forces in hydraulics system was introduced. Some practice examples were analyzed. Key words : university textbooks, hydraulic power and control, flow forces. 收稿日期：2010-06-06作者简介：张海平（1947-），男，江西湖口人。
1 引言稳态液动力是指液压阀内流体流动过程中没有时变流动的情况下，由于液体流动而引起的液体介质对阀芯的附加作用力。
要强调的是，一，流体不流动时本身就具有一定的静压力，而我们要研究的液动力是由于流动而引起的在此静压力上附加的部分；二，虽然我们只关心流体流动时对阀芯的作用力，但流体对阀体也可能会有作用力，即阀体也可能会对流体有反作用力，忽视了这一点，就可能引出错误的结论。
液压课后答案
多级伸缩缸在外伸、内缩时，不同直径的柱塞以什么样的顺序运动?为什么?解答：活塞伸出的顺序是大活塞先伸出，小活塞后伸出。
因为压力是从低到高变化的，压力先达到了乘以大活塞面积就可以推动负荷运动的较低压力，大活塞伸出完了，压力继续升高，才能达到乘以小活塞面积才可以推动负荷运动的较高压力。
内缩时的顺序是小活塞先缩回，大活塞后缩回。
因为载荷先作用在小活塞的活塞杆上，前一级的活塞是小活塞的缸套，小活塞缩回后，推动其缸套（大一级的活塞）缩回。
已知单杆液压缸缸筒直径D=50mm，活塞杆直径d=35mm，液压泵供油流量为q=10L／min，试求，(1)液压缸差动连接时的运动速度；(2)若缸在差动阶段所能克服的外负载F=1000N，缸内油液压力有多大(不计管内压力损失)?•解答：(1)v=q/A=4q/ (πd2)•=4×10×10-3/××60)=s•(2) F=p·πd2/4,•p=4F/(πd2)=4×1000/×=MPa •一柱塞缸的柱塞固定，缸筒运动，压力油从空心柱塞中通入，压力为p=10MPa，流量为q=25L／min，缸筒直径为D=100mm，柱塞外径为d=80mm，柱塞内孔直径为d0=30mm，试求柱塞缸所产生的推力和运动速度。
解答：滤油器有哪些种类?安装时要注意什么?解答：按滤芯的材料和结构形式，滤油器可分为网式、线隙式、纸质滤芯式、烧结式滤油器及磁性滤油器等。
按滤油器安装的位置不同，还可以分为吸滤器、压滤器和回油过滤器。
•安装滤油器时应注意：一般滤油器只能单向使用，即进、出口不可互换；其次，便于滤芯清洗；最后，还应考虑滤油器及周围环境的安全。
因此，滤油器不要安装在液流方向可能变换的油路上，必要时可增设流向调整板，以保证双向过滤。
根据哪些原则选用滤油器?解答：(1)有足够的过滤精度。
(2)有足够的通油能力。
(3)滤芯便于清洗或更换。
考虑稳态液动力的锥阀阀芯可靠性分析
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考虑稳态液动力的锥阀阀芯可靠性分析
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( " 2 / 的定量概念变得模糊不清' 而基于数值分析的 *
U !引言
单向锥阀作为液压系统中的常用元件% 应用广 泛* 锥阀阀芯的传统可靠性设计主要采用常规的安 全系数法% 形式简单明了% 但也具有一定的经验性 和保守性 另外% 考虑到液压阀所用材料的强 * 度具有随机离散性% 零件的应力也因尺寸的误差及
王海芳褚天争王继强张!恒
" 东北大学秦皇岛分校控制工程学院% 河北秦皇岛 % # & & %蒙特卡罗数值模拟法% 考虑了锥阀阀芯在工作过程中所受到的稳态液动力% 将 其作为面载荷并与其他工作因素相结合% 利用 < " 模块进行可靠 + : ` :建模及其 Y U : Y D ( R 6 R 7 ) 7 G . 7 -U A G 7 B: G . A 5# C I 性分析% 获得了锥阀阀芯的应力分布图) 可靠度以及灵敏度图* 在置信度为 0 计算得到阀芯可靠度 # ^ 的情形下% 为0 分析结果表明! 稳态液动力) 工作压力以及最大截面圆半径是影响可靠性的最主要因素* 为其结构 0 * 1 $ ^* 设计优化提供了定性及定量的依据% 同时证明了稳态液动力对锥阀阀芯可靠性有较大影响% 在设计过程中不可 忽略* 关键词!可靠性$液压阀$灵敏度$稳态液动力 " # 中图分类号! ! & / $ 2 # # 1 ! $ % ! & % # 2 % " $ & 2 % & < K 9! $ $ !!!!文章编号! !!!!文献标志码!
液动力(参考资料)
2.3.2.4 作用在阀芯上的液动力问题当液流流经液压阀阀腔时，由于液流的动量发生变化，液流对液压阀会产生作用力，这个力称液动力，液动力是作用在阀芯上的主要轴向力之一。
液动力问题一直是液压界关注的一个重要问题，液动力不仅会影响阀的操纵力，而且还可能引起阀的自激振动，影响整个系统的稳定性和可靠性。
1. 作用在滑阀阀芯上的液动力图2.3-11a 所示为一四边滑阀，该滑阀具有两种不同油液进出形式的阀腔，如图2.3-11b 和c 所示。
b ) 出口节流c ）进口节流a ）四边滑阀图2.3-11滑阀的液动力计算对于某一固定的阀口开度x 来说，阀芯固定不动，阀腔中的流动为定常流动，液流对阀芯的作用力为稳态液动力。
图2.3-11a 为流体从阀腔流出时被节流的情况，选择阀腔进、出口过流断面及腔内壁面为控制面的控制体，运用式（2.3.6）得到阀芯所受轴向稳态液动力F s 为θρcos Qv F s -= （2.3.24）式中 v —滑阀节流口处的平均流速；θ—射流方向角，理想直角锐缘滑阀的射流角θ＝690；Q —流量。
当流体反方向流动，即进口节流时，如图2.3-11b 所示，稳态液动力仍为式（2.3.24）。
应用阀口流速和流量公式，稳态液动力F s 的计算式还可以表示为θcos 2p wx C C F q v s ∆-= （2.3.25）式中 C v —流速系数，一般取0.98～0.99；C q —流量系数；Δp —阀口前后的压差；w ─阀口节流边周长，w=πd ；由于θ角总是小于900，因此不论流动方向如何，稳态液动力方向始终使阀口趋于关闭。
当阀芯处于运动状态时，阀口的开度x 变化而使流量随时间t 发生变化，阀腔内的液流速度也将随时间而变，因此属非定常流动的情况，此时除了上述稳态液动力以外，阀芯还受到轴向瞬态液动力F i ，F i 可由式（2.3.6）中第二项得到dtdQ L d v t F i ρτρ∂∂τ =-=⎰ （2.3.26） 式中 —当出口节流时取“－”，进口节流时取“＋”；L —进、出口中心距离；由上式可知，对图2.3-11a 所示的出口节流情况，在滑阀开启过程中，由于流量增大，作用在阀芯上的瞬态液动力F i 指向左，使阀芯趋于关闭，而在滑阀关闭过程中使滑阀趋于开启。
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该阀组成功应用于国内某风电安装船， 虽然在设
计、 试验时花费了大量精力， 但取得了圆满的结果， 不 仅积累了大型阀块的设计、 应用经验， 而且使我国掌握
ห้องสมุดไป่ตู้64
王玉卿.工程机械实用液压传动[M]. 北京:机械工业出版社,
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.02.2017
为稳态液动力。液压传动是根据帕斯卡静压传动原理 发展而来的， 可以总结为在同一系统内， 液体的压力处 处相等， 前提是液体没有流动。当液体流动时， 系统内 的压力就不在是处处相同， 而是满足伯努利方程所叙 述的现象， 如果仍按帕斯卡静压原理计算， 就必须加上 一个附加作用力， 这个附加作用力就是稳态液动力的 本质 。稳态液动力可以分解为轴向分力和径向分力， 由于目前的阀体相对于阀芯都设计成对称腔体结构， 因此阀芯的径向分力可以相互抵消或忽略不计， 所以 本文只分析阀芯轴线方向的稳态液动力。
文献标志码： A 文章编号： 1008-0813 （2017） 02-0064-03
汝绍锋
Analysis about Direction of Steady-state Flow Force on Cone Valve
RU Shao-feng
（Mechanical and Electrical Engineering College, Hainan University, Haikou 570228,China）
[1] [2] [3] [4] 龚烈航, 王强, 涂群章, 程建辉, 等. 液压系统污染控制 [M]. 北 雷天觉.新编液压工程手册[M]. 北京:北京理工大学出版社, 张利平.液压阀原理、 使用与维护[M].北京:化学工业出版社, GB/T786.1,液压气动图形符号[S]. 社,2006. 2009. 1998. 京:国防工业出版社,2010.
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Abstract： Based on the current different understanding about the direction of steady-state flow force on cone valve, the external flow and internal flow direction of steady-state flow force on cone valve is analyzed by using the theorem of momentum. The results show that the internal flow steady- state force of cone valve and the external flow are pointing to the direction of valve closed. At the same time, the paper points out the reason of wrong judging of internal flow cone valve about the steady-state force in textbook, it is due to the inconsistent of valve body benchmark and the unclear definition of internal flow way. Key words： hydraulic transmission; hydraulic valve; cone valve; steady-state flow force
设定及稳定性测试。经过各项功能测试， 该阀组完全 符合设计要求， 满足系统的原理功能。阀块测试见 图 3。
4 结论
图 3 主控制阀块试验
[5] [6] [7] [8]
陈启松. 液压传动与控制手册 [M]. 上海: 上海科学技术出版 何存兴， 张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉:华中理工大 林建亚,何存兴.液压元件[M].北京:机械工业出版社,1998. 2002. 学出版社,1999.
液压气动与密封/2017 年第 02 期
doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2017.02.018
关于锥阀芯稳态液动力方向的分析
（海南大学 机电工程学院， 海南 海口 570228）
摘 要： 针对目前内流式锥阀稳态液动力方向的不同认识， 运用动量定理对外流式和内流式锥阀稳态液动力方向进行了分析， 结果表 明， 内流式锥阀稳态液动力与外流式一样都是指向阀口关闭的方向。同时指出了教科书中内流式锥阀稳态液动力方向判断错误的原 因， 是由于阀体基准选择不一致和内流方式定义不明确等造成的。 关键词： 液压传动； 液压阀； 锥阀； 稳态液动力 中图分类号： TH137
0 引言
利滑动， 在设计阀芯时普遍设置平衡活塞以抵消液压 不衡量力， 摩擦力一般也可以通过提高加工精度和设 置均压槽等措施得以降低， 而液动力被普遍认为是阻 碍阀芯运动的主要矛盾。液动力分为稳态液动力和瞬 态液动力， 它是在液流经过阀口时， 由于流动方向和流 速的改变， 使阀芯上受到的附加作用力。 在阀口开度一定的稳定流动状态下， 液动力被称 了大型船舶液压升降系统的核心技术， 对我国在海工 领域的发展有促进作用。 参考文献
液压阀芯运动时受到的主要阻力可以分为： 液压
不平衡力、 液动力和摩擦力， 为了使阀芯能在高压下顺
收稿日期： 2016-11-28 基金项目： 海南大学科研启动基金资助项目 （No.kyqd1614） 机机械化及仿生工程。
作者简介： 汝绍锋 （1988-） ， 男， 黑龙江鹤岗人， 讲师， 博士， 研究方向： 农