以单向锥阀阀芯为例,应用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ANSYS建模及其PDS(Probabilistic Design System)模块进行可靠性分析,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95%的情形下,计算得到阀芯可靠度为99.82%.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.

单向锥阀在液压系统中应用广泛,其振动直接影响整个系统性能.以先导溢流阀的单向锥阀为例,将锥阀简化为质量-阻尼-弹簧系统的振动模型,得到阀芯振动微分方程,求解出其固有频率.结合共振准则,建立了锥阀阀芯的两种工作状态的振动可靠性功能函数.基于此可靠性功能函数,应用蒙特卡洛法对液压阀阀芯振动时的失效概率与变异系数进行估算,并分析了估算的过程,应用Matlab对阀芯的振动可靠性进行仿真,得到了锥阀的可靠度曲线以及变异系数曲线.以其阀芯为例,在满足可靠条件的情况下,当样本量N数值比较小时,数据波动较大,体现结果不明显.而当取样本量为2 500时,拟定阀芯目标可靠度为96%,相应的目标变异系数为0.1.从得到的仿真曲线中可以看出,得到的可靠度、变异系数均与目标值收敛接近,表明样本量取值越大时阀芯的可靠度越接近目标值,所得到的可靠

应用一种基于可靠性分析的单向阀阀芯优化设计方法,考虑单向阀阀芯设计过程中结构尺寸参数和作用载荷的随机性,基于现代可靠性设计理论,应用ANSYS/PDS设计分析模块,采用Monte-Carlo法中的拉丁抽样技术计算阀芯的可靠度.通过概率敏感性分析确定优化设计变量,以单向阀阀芯质量为目标,利用有限元分析软件ANSYS进行优化设计,结果相对初始设计的阀芯质量减少了31.36%,避免了可靠度富余,降低了成本.

液压阀是液压系统的核心元件,以常见的球阀为例,对其进行受力分析.基于Archard磨损计算公式和球阀几何关系求得球阀磨损深度函数,根据一次二阶矩设计验算点法,构造了液压球阀多参数状态函数;基于Matlab编程求得液压球阀的磨损可靠度和设计验算点,分析了球阀管道内径、压力、弹簧预紧力、材料硬度变化对其可靠度的影响.结果表明:可靠度设计点法计算值与蒙特卡洛仿真值接近,说明球阀磨损线性函数可信;球阀各参数对磨损可靠度不是简单的单调线性关系,各参数在一定区间范围内球阀可靠度较高.上述工作为液压球阀的前期优化设计和后期工作参数的选择提供了理论参考.