通过分析以高速开关阀为先导阀的锥阀控制腔压力动态响应过程,以及高速开关阀控制锥阀的流量特性,得出了如下结论锥阀控制腔压力响应过程受阀芯阻尼孔直径及控制腔体积的影响,其中阻尼孔直径对控制腔压力响应速度影响不大,但是稳定后的控制腔压力则随阻尼孔直径变大而变大;控制腔体积越大,其压力响应速度则越慢;当高速开关阀的调制率在一合适范围内变化时,高速开关阀作为先导阀能实现对锥阀较大流量的线性比例控制。

在三维CAD软件SolidWorks中创建液压锥阀的三维模型,用有限元分析软件COSMOS/Flo Works对其进行静态分析,掌握锥阀阀腔内流体的流场流速分布及压力场分布的情况。并根据有限元的计算结果,以阀芯的优化设计为例,介绍了对锥阀用有限元进行优化设计的过程。

在三维CAD软件SolidWorks中创建液压锥阀的三维模型 ,用有限元分析软件COS MOS/FloWorks对其进行静态分析 ,掌握锥阀阀腔内流体的流场流速分布及压力场分布情况 ,并根据有限元的计算结果 ,以阀芯的优化设计为例 ,介绍了用有限元对锥阀的优化设计过程。

随着工业技术的不断进步和发展，对液压控制的功率和速度提出了更高的要求。为此，液压控制元件也在适应高压、大流量、自动控制、集成化、高寿命等性能之需要，锥阀就是顺应这种趋势，在七十年代中期发展起来的新型液压控制元件。由于在大流量系统中具有极明显的通流效果，在自动控制上又便于参数电液比例控制，故世界各国相继生产和应用，机能种类和新系列不断得到开拓，被称为近二十年来液压阀发展的最重大成果之一。

针对液压锥阀复杂的结构,各参数对其性能影响的不确定性,采用计算流体动力学(CFD)方法对锥阀阀腔内的流场进行了求解,得到了不同结构下不同开口度对应的流量系数与液动力值。通过分析可知当锥角为90°,阀芯入口圆周直径为16mm或16.5mm时,模型结构达到最优化。

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通

为研究喷射流的漩涡空化,基于OpenFOAM平台使用VOF算法搭建可压缩的空化两相流的数学模型。对直角阀座式水压锥阀的空化射流进行三维动态模拟,并将瞬时空化结构、压力分布及节流系数与实验数据进行定量或定性的对比和流动特性分析。结果表明:喷射流的自由边界层诱发漩涡空化结构,锥阀阀芯锥形后沿处形成黏着型空化,而喷射流的壁面边界层未观察到空化现象;自由边界层空化结构的动态演变与漩涡结构的动态特性密切相关;流量特性曲线总体较为平稳,在空化作用下有轻微下降趋势;直角阀座处并不存在足以诱发空化的压降,阀芯表面的压力降梯度相对平缓,为漩涡空化分布及流量特性曲线的平稳趋势提供了合理解释;空化结构的动态演变过程揭示了漩涡空化与阀芯后沿的黏着空化存在明显的耦合。研究结果证明了水压锥阀内部空化喷射流动的动态特性

针对锥阀典型面密封结构中的空化流场进行了数值仿真研究,基于LES湍流模型、mixture多相流模型与Schnerr-Sauer空化模型,研究复现了阀口大尺度空穴。研究表明:面密封结构易导致流束内收缩效应,形成流束外扩与阀座壁面贴合的固定漩涡,进而诱导固定空化的形成。固定空化在恒定的入口压力条件下表现出尺度周期交变的喘振特性。出口压力条件不改变空化喘振频率,但出口压力越小喘振幅值越大。开度增大导致空化尺度先增大后减小,故喘振幅值先升高再下降;同时导致空化发育速度变慢,喘振频率下降。可依据对喘振特性的预测设置蓄能装置,实现更优的空化喘振削弱效果。

基于OpenFOAM及动网格技术针对液压锥阀在作为调压阀工作时,由于阀芯表面受到液体冲击的作用,阀芯极易出现振荡现象,同时由于振荡导致的压力波动造成阀口空化的现象进行分析,并对于该类阀口结构如其他球阀,V型槽滑阀等在OpenFOAM中的动网格技术提出一种较为通用的网格规划以及网格扩散方式,解决在OpenFOAM中较难实现的细小狭缝平动问题。在此基础上通过阀芯的振荡幅值以及振荡周期对阀口空化的影响进行模拟分析。研究表明,对于锥阀这类附着在阀体固定壁面处的空化类型,且空化较为微弱时,阀芯的振荡对于阀口处的空化影响主要是间接的影响,其实质主要是阀口处有效过流面积改变导致的压力改变带来的影响,阀芯的振荡因素对空化的直接影响受到一定程度的削弱。

主控阀采用锥阀式结构的拖拉机液压系统能够解决该系统的发热和泄漏的问题，但由于其液压冲击比较剧烈，不利于拖拉机液压系统的操作与控制，本文提出利用动压反馈装置来解决压力冲击，并对该装置进行了设计与计算，最后通过仿真验证了该方案的可行性。