液控单向阀开启过程力学特性分析

孔凡帅 张泱 韦振 卢贤棉 刘磊

摘要：为了改善大流量液控单向阀在反向开启时的性能，对其进行力学特性分析。在液控单向阀阀芯启闭过程中，等效应力最大值出现在阀芯首端，阀芯的最大等效应力值随着开口度的增大而明显降低。

关键词：大流量；反向开启；力学特性

中图分类号：TH137[HTH]文献标识码：[HT]A

在液压系统传动介质中，与传统矿物型液压油相比，高水基具有环境友好，价格低廉，来源广泛，使用维护成本低等优点，在食品、高压清洗、矿山等行业得到了广泛应用[13]。因此，水介质传动成为了流体传动领域新的发展方向之一[4]。本文对高压大流量液控单向阀进行力学特性分析。

1 液控单向阀的工作原理

图1是本文所研究大流量液控单向阀的阀芯开启时的几何模型。它由阀体、导向套、阀芯、活塞、活塞杆、进出油口和弹簧等组成。

2 建模与仿真

采用ANSYS对阀芯进行网格划分以便进行仿真分析。材料选择45钢。

阀芯的等效应力仿真结果如图2所示，可以看出，在阀芯最前端出现最大应力，其数值随着开口度的增加而减小，由283MPa变为为275MPa，可见，其所受应力在45钢的许用强度内。

阀芯的整体变形云图如图3所示，可以看出，最大变形位置出现在阀芯尾部，随着开口度的增加最大变形量减小，而相对于阀芯的尺寸来说，两种开口度下的变形量都相当微小。

随着开口度的增大，阀芯所受的最大等效应力明显降低。说明阀芯在大流量液控单向阀开启的瞬间易受到破坏。

在阀芯启闭的过程中，其整体应变微小，具体参数对比见下表。

经分析可知，在大流量液控单向阀冲击卸载的过程中，阀芯的开口越大，其应力应变越小。开口1.5mm时，应力183MPa，变形2.20×103 mm，开口3mm时，应力175MPa，变形2.01×103 mm，开口5mm时，应力150MPa，变形1.8×103 mm。可见最大值在45钢的许用范围内，且变形量微小，证明了选择45钢合理，且阀芯的变形对流场的影响可以忽略。

3 结论

本文建立了大流量液控单向阀流道的几何模型，通过仿真分析得出结论：在液控单向阀阀芯启闭过程中，等效应力最大值出现在阀芯首端，阀芯的最大等效应力值随着開口度的增大而明显降低。

参考文献：

[1]Scheffcls.Developments in Water Hydraulics[J].Hydraulics &Pneumatics：1996（12）：3334.

[2]Koskinen K.T.，Vilenius M.J.Water HydraulicsA Versatile Technology[J].Journal of the Japan Hydraulics and Pneumatics Society：1998，29（7）：1319.

[3]Suzuki Kenji，Akazawa Sho，Nakao Yohichi.Development of CamDrive Type Proportional Valve for Water Hydraulics[J].International Journal of Automation Technology： 2012，6，（4）：450456.

[4]Suzuki Kenji，Urata Eizo.Development of a Direct PressureSensing Water Hydraulic Relief Valve [J].International Journal of Fluid Power：2008，9（2）：513.

基金项目：徐州工程学院大学生创新训练计划项目（XCX2017120）；徐州工程学院校级课题（XKY2016224）

作者简介：孔凡帅（1996），男，汉族，江苏扬州人，徐州工程学院，本科在读，方向为液压传动。