陶瓷砖机阀口与孔道研究综述

周瑞强，苏乃权，蔡业彬，黄崇林，乔东凯

（广东石油化工学院机电工程学院，广东茂名525000）

专论综述

陶瓷砖机阀口与孔道研究综述

周瑞强，苏乃权，蔡业彬，黄崇林，乔东凯

（广东石油化工学院机电工程学院，广东茂名525000）

二通插装阀、集成块和充液阀作为砖压机中液压系统中重要基础元件。插装阀阀芯的运动特性、集成块内部孔道能量损失和充液阀通流能力直接关系到砖压机能量损耗、快速性和稳定性。因此，对阀口与孔道的通流能力提出更高的要求。分析了插装阀、充液阀、集成块国内外研究现状及其研究方法，展望阀口与孔道的研究方向和待解决的问题。

砖压机；液压阀；集成块孔道；研究现状

陶瓷砖压机是生产陶瓷砖最关键的设备，是集机、电、液、计算机控制技术和陶瓷工艺技术相结合的现代高技术生产设备[1]。陶瓷砖压机有以下特点[2]：1）设备已经大型化；2）可方便调节和控制压力、速度、保压时间等参数，达到工艺要求；3）工作过程中施加的作用力为静压力，所以砖压机工作平稳，对砖坯的压制成型有利。

插装阀、充液阀及集成块作为液压系统中的基础元件，阀芯运动特性、充液阀启闭特性和集成块过流面的能耗影响压机各方面的性能[3]。

二通插装阀结构简单、性能可靠、流动阻力小、通油能力大、动态响应快和易于实现集成化等特点，是材料成形装备、尤其是大型液压机动力系统的重要元件[4]。其SolidWorks三维模型如图1所示。

图1 插装阀的组成

在陶瓷砖压机液压系统中，设计充液阀的目的主要是在设计的过程中避免选用大流量泵，达到动梁在空载下运行速度较快，提高陶瓷砖压机工作效率[6]。压砖机中通流量最大的阀是充液阀，充液阀启闭特性影响到压机效率。油箱的油液通过充液阀大量流入主缸上腔填充其不足，实现活动横梁的快速下降。当活动横梁回程时，打开充液阀油缸上腔的油液通过充液阀迅速排入油箱，以实现活动横梁的快速上升[2]。如图2为充液阀模型。

图2 充液阀模型

液压集成块作为液压系统的关键部件，具有结构紧凑、元件密度高、占据空间小，维护、安装、调整和更换液压元件方便等优点[7，8]。液压集成块在液压系统中主要是利用集成块内的孔道代替液压油管，简化连接的复杂性，降低沿程压力的损耗。同时方便安装，便安装更加合理[9]。

陶瓷砖压机中管道的布置比较复杂，在设计集成块的管道过程中，孔道处交叉、非直角转向、并带有加工过程的刀尖和工艺孔。这些因素影响到砖压机的能量损耗。如图3为集成块模型。

图3 集成块模型

1 国内外研究现状

随着国内陶瓷砖压机企业对压机的技术创新高度重视，使得压机在国产化的发展上取得长足的进步。在引进国外的先进技术，与此同时结合自身产品的特点，发展自己的特色，使国产砖压机在国内的占有率不断地提高，开始向国外出口[10-12]。

（1）液压阀内部流场的研究现状

国内学者高殿荣等利用有限元分析方法，对液压锥阀的内部流场的变化情况进行仿真分析，得出锥阀流场的分布情况[13，14]。赵永杰等采用流体力学CFD软件对流体在大流量液压锥阀内部的流场进行仿真模拟，分析开度与通流量之间的联系[15]。

插装阀内部流场的研究方面，利用仿真软件进行了深入的研究，得到了大量的研究成果，这些研究成果运用到实践中去，取得较好的结果。如：庞积伟等建立插装阀的数学建模，并对阀的动态特性研究[16-18]；郭剑波针对位移反馈数字液压阀进行了数学建模[19]。李亚星等针对不同结构的插装阀阀芯和阀套进行研究[20]。邵森寅为了进一步了解插装式顺序阀阀芯在不同的过流量下的受力情况，建立阀芯力学动态平衡方程和阀口流量平衡方程[21]。周庆申对压机的研究，发现二通插装阀运动特性[22]。Backe教授等开展了插装阀启闭特性的研究，得到了控制压力，弹簧刚度，阻尼网络，流量大小等因素对启闭时间的影响等一系列结果[23]。N.D.Vaughan等针对滑阀的层流的变化情况和锥阀在不同开度下液动力的变化情况利用有限差分法进行研究[24-27]。

针对阀芯的启闭过程的液动力、过流量与阀开度的关系[28]，浙大流体传动控制国家重点实验室对滑阀在不同的开度下的研究，发现滑阀液动力的变化过程，流入节流槽时液动力数值不大，在阀口开度的中间段，液动力方向使阀口趋于打开，在小开口和大开口区段，液动力使阀口趋于关闭[29]。

Roger Yang模拟滑阀内部流场和稳态液动力[30]。Qinghui Yuan等通过对滑阀液动力的分析，提高滑阀开启的快速和降低磁铁能耗，给出了对滑阀阀芯与阀腔的修改意见[31]；Norense Okungbowa针对滑阀的稳态液动力过大的问题，通过仿真软件对其内部流场进行模拟计算，提出了对滑阀过流面的结构改进方法[32]。R.Amirante提出环形槽和补偿口的方法[33]。

（2）充液阀多相流研究

叶松君为了对现有的充液阀进一步的优化，利用能量法对阀的启闭特性进行分析与模拟研究，给出了合理的优化依据[26]。徐根涛在对液压油管工作中出现在的发热问题以及充液阀的泄漏问题，对砖压机液压系统的工作原理、是否泄漏、结构及受力进行分析[27]。

S bernad[34]等针对锥阀阀腔内出现的气蚀现象，对其内部流场的分布情况与流动状况进行模拟仿真，并分析了在单相与多相的流动现象对阀的过流量的影响。余志毅等在SIMPLEC算法基础上提出了一种气液两相流的压力修正算法[35]。刘赵淼等通过对弯管内气体与液体两相流和截面空隙率的研究，发现气体向管内侧靠拢[36]。

（3）集成块过流面研究现状

高卫国为了达到对集成块高效设计，提高液压集成块设计过程和结果的可适应性为目标，系统地研究了液压集成块的可适应设计过程建模、快速设计原型软件系统等关键技术问题[37]。邢志伟等分析液压集成块设计过程及加工工艺过程的基础上，建立孔道优化设计的数学模型[38]。贾春强等针对集成块的设计规律，在此基础上提出一种融合现代智能优化理论和工程设计经验的集成块优化方法[39]。谢国庆等针对集成块在加工过程中的工艺孔对通流过程的沿程压力损失，利用CFD方法进行模拟仿真，得出流道的压力云图及速度云图[40]。黎旭等集成块的模块规划模型，通过引入概念模块、辅助功能集等概念，阐明了模块横、纵系列化的本质，并以之为基础，提出了一套广义模块化设计方法[41]。张宏等应用计算流体动力学方法对液压集成块内部典型流道流场进行了模拟研究，快速设计了过流面的位置。分析了液流在流道中涡旋产生的位置及大小[42]。

2 总结与展望

（1）通过了解阀及集成块的流场分布情况，对阀与集成块结构进行优化以达到提高砖压机运行快速性、稳定性和降低能耗目的。

（2）充液阀上腔充液油箱液面上气压压力的变化情况需要气压测试，得到的实验数据可以进一步设置充液阀的进出口压差，为仿真优化提供更加准确的依据。

（3）研究二通插装阀液动力时，利用动网格技术来进行插装阀的动态特性研究，分析阀芯打开时间、瞬态压力和液动力的变化过程，可以结合FLUENT与AMESim联合仿真，运用UDF动网格进行动态仿真。

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The Research Summary of Ceramic Brick Machine Valve Port and Channel

ZHOU Rui-qiang，SU Nai-quan，CAI Ye-bin，HUANG Chong-lin，QIAO Dong-kai
（School of Electro-mechanical Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming Guangdong 525000，China）

Two-way cartridge valve，liquid valve and integrated block is important element in ceramic tile press hydraulic system.Movement characteristics of two-way cartridge valve core，liquid flow ability of prefill valve and energy loss of manifold blocks internal channel directly affect the energy consumption，rapidity and stability of ceramic tile press.Therefore，we put forward the higher requirement to the flow ability of valve port and channel.This paper mainly analyzes the home and abroad research status and methods about the cartridge valve，prefill valve and manifold blocks.And then we look forward to the research direction and the problems to be solved of valve port and channel.

ceramic tile press；hydraulic valve；manifold blocks internal channel；research status

O351

A

1672-545X（2017）06-0047-03

2017-03-11

广东省科技计划项目（2014A010106033）；广东石油化工学院青年基金项目（513090）；广东省橡塑材料制备与加工工程技研究中心（2015B090903083）；茂名市科技计划（643613）

周瑞强（1960-），男，广东茂名人，讲师，本科，研究方向为机械设计。