液压阀口气穴流动的平面观测方法

　　液压阀的噪声主要是由工作液体在复杂流道中受到节流、扰动作用而引起的气穴、旋涡、脉动流等激振流态所致[1].阀口节流部位出现的气穴是液压控制阀中最重要的噪声源,从流场层面揭示阀口气穴发生机理并探求新的控制方法已成为重要的研究课题.一些研究者用半切锥阀模型(Half cut)[2]、阀口低压侧开窗孔方式[3]、氢气泡流动显示[4]和PIV测量技术[5]等对液压阀口流动进行了研究.迄今,对复杂阀口的气穴流动进行清晰显示仍然缺少适用的方法.已有方法仍存在显示方法复杂、普适性差、试验条件与实际工况相差较大等不足,加之液压阀口处的气穴现象难以实现精确的可视化,使得所得结果的实际指导作用受到限制.

　　本文提出一种液压阀口气穴流动平面观测方法,它具有显示清晰、适用于各种形式阀口、相对简单的特点.流场仿真结果表明,该方法下的阀口模型与实际液压阀口的流场特性具有良好的相似性.在该方法下,对渐扩形节流槽阀口进行流场仿真分析和初步试验,结果表明试验与理论分析基本吻合.

　　1　模型的建立

　　1.1　平面观测模型设计

　　选择渐扩形节流槽阀口为对象,进行气穴流动观测和流动分析.实际液压滑阀的结构简图如图1所示,单位为mm.阀芯上对称布置了4个结构相同的节流槽.在图1中,高压油由阀芯右侧的2个节流槽流出至回油口,此时节流槽内的流动方向称为流出方向.阀芯向右移动时,节流槽阀口开度增大;阀芯继续右移,阀芯左边的2个节流槽连通油路,此时节流槽内的流动方向称为流入方向[6-7].

　　针对图1所示的实际液压滑阀结构,在保持节流槽及阀腔内的流动特征不变的前提下,对节流槽及阀内部结构进行简化,获得如图2a所示的阀口平面观测模型.

　　阀口平面观测模型特点如下:

　　1)由于流动的对称性,只针对一个节流槽阀口进行试验和分析;

　　2)采用线切割方法制作各种形状的节流槽阀口,如图2b所示.

　　3)阀腔内流道长度与原阀腔相等,体积为原阀腔的一半;

　　4)保持进、出油口与阀腔有一定距离,减小边界对阀腔内部流场的影响.

　　5)油液由油口1进入、油口2流出时为流入方向,反之为流出方向.

　　1.2　模型的有效性

　　运用FLUENT软件对实际液压阀口和阀口平面观测模型内部进行数值模拟,分析两者流场特点.图3为实际液压阀口与平面观测阀口在阀口开度为3.5 mm、楔形角[1]为26°时,节流槽阀口内部的静压云图.对比分析表明,平面观测阀口内的压力分布与实际阀口相似性良好,并保持了实际阀口的压力分布特性.