液压系统回油单向阀压力振荡原因分析及对策

　　在液压控制系统中,通常在回油油路和油箱间设置回油单向阀,如YZC10型串联振动压路机液压振动系统^[1]、YW100型挖掘机液压系统^[2]、TY220型推土机液压变速系统等^[3],当回油流量较大时,回油单向阀一般采用插装式结构。以保持一定的回油压力,减小启动时液压冲击,提高系统执行元件工作的平稳性。油液在插装式单向阀内部流道中的流动状况非常复杂,阀内流道流场的速度分布、压力分布对阀的性能产生较大影响,如果插装式单向阀结构设计不当,回油流量较大时容易出现阀芯振荡,从而导致系统回油压力振荡、影响系统工作可靠性、破坏密封等一系列不良后果。根据插装式回油单向阀阀芯振荡的现象,利用Fluent流场仿真软件并结合实验,定性地分析插装式单向回油阀阀内的流场特性,探讨发生插装式单向阀阀芯振荡的主要原因以及解决的方法。

　　1 基本结构与计算区域

　　插装式回油单向阀主要由控制盖板1、阀块2、阀套3、阀芯4等组成(图1)。阀块和控制盖板设有控制油通道6至阀芯上部控制腔,在此通道上设有节流孔5。稳态时至插装式单向阀控制腔及控制油通道压力油无流动,故对流动区域予以简化。计算区域如图2所示,进口管路直径D₁=50mm,长度L₁=100mm,阀口开度为h,阀芯直径D₃=55mm,半锥角30b,出口管路直径50mm,长度L₂=300mm。

　　2 数学模型与边界条件

　　由于通过插装式单向阀的流量较大,所以油液在阀内是湍流流动,可以采用标准J-E湍流模型进行求解^[4]。

　　2.1 基本方程

　　考虑到插装式单向阀结构的对称性,将其简化为轴对称二维模型,并假设流体为不可压缩粘性流体。质量方程为:

　　动量方程为:

　　式中:

　　u_i,av为平均速度,m/s;

　　u’_i为i方向的脉动速度分量,m/s;

　　u’_j为j方向的脉动速度分量,m/s;

　　Q为流体密度,kg/m³;

　　p为平均压力,Pa;

　　T为运动粘度,m²/s。

　　2.2 标准J-E湍流模型

　　标准J-E湍流模型采用了Boussinesq涡粘假定:

　　在高雷诺数时,湍动粘度

　　湍动能J输运方程为:

　　湍流耗散率ε输运方程:

　　湍动能和耗散率生成项公式:

　　模型中常数项取值分别为