電磁閥響應(yīng)時間對液壓管路的影響研究

摘 要：文章針對電磁閥工作時的動態(tài)特性，利用動態(tài)層網(wǎng)格技術(shù)模擬閥門關(guān)閉過程，分析在閥門關(guān)閉過程中，不同寬度管道尺寸（5 mm、10 mm、15 mm及20 mm）對壓力波動的影響。研究結(jié)果表明：對于相同的閥芯運動速度，不同的響應(yīng)時間，管道尺寸與上游壓力擾動成反比；對于不同閥芯速度，同樣響應(yīng)時間，上游壓力擾動幾乎不受管道截面尺寸的影響。

關(guān)鍵詞：電磁閥；響應(yīng)時間；液壓管路；影響

中圖分類號：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）9-0076-02

電磁閥在液壓系統(tǒng)控制中應(yīng)用極為廣泛，是系統(tǒng)中的重要控制部件。電磁閥的工作過程是一個非穩(wěn)態(tài)的過程，其動態(tài)特性直接影響液壓系統(tǒng)的正常工作，為了進一步研究電磁閥的動態(tài)工作過程，有必要對其進行數(shù)值研究，為以后液壓系統(tǒng)的設(shè)計提供理論依據(jù)。

由于電磁閥特有的動態(tài)特性以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這給電磁閥的模擬帶來一定難度。隨著計算流體力學(xué)的發(fā)展，以及動網(wǎng)格技術(shù)的誕生，為電磁閥工作過程的研究提供了新的手段。本文以商業(yè)軟件FLUENT為計算平臺，研究閥門的閉合過程，以及管道尺寸對壓力擾動的影響。

1 計算方法

2 結(jié)果分析

為了更好的模擬閥門關(guān)閉時對流動的影響，首先必須對閥門完全開啟狀態(tài)下的流動進行定常計算，得到對應(yīng)每種寬度尺寸的穩(wěn)態(tài)的流場結(jié)果。如圖2和圖3所示，分別為寬度為10 mm的穩(wěn)態(tài)流場。

圖2給出了閥門開啟狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)速度場云圖，圖3為局部放大的速度矢量圖，從兩圖中可以看出在后突擴臺階處出現(xiàn)明顯的回流區(qū)，且回流區(qū)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)計算已收斂。

將該穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果作為下面非穩(wěn)態(tài)計算的初場，研究在相同的閥芯運動速度V下，管道的不同寬度尺寸對上游壓力波動的影響；以及同一響應(yīng)時間條件下，管道尺寸的影響。

如圖4所示，給出了閥門運動到管道中心平面時的局部流場分布圖。從圖中可看出，閥門的關(guān)閉使流過閥芯的速度增加，并且下游回流區(qū)也發(fā)生明顯變化。

為分析閥門關(guān)閉過程對上游壓力波動的影響，在x=0.06 m的中心點處監(jiān)測壓力隨時間的變化情況。如圖5所示，給出了在相同閥芯速度0.59 m/s、不同管道尺寸條件下（20 mm、15 mm、10 mm、5 mm），監(jiān)測點處的壓力變化。從圖中可以看出，對于相同的閥芯速度，管道截面尺寸越小，其響應(yīng)時間越短，上游受到的壓力擾動也越大。隨著截面尺寸的增大，響應(yīng)時間不斷增加，上游受到的壓力擾動逐漸變小。在管道截面尺寸為20 mm時，上游的壓力擾動最小。

如圖6所示，給出了相同的閥門響應(yīng)時間，不同閥芯速度條件下，不同管道尺寸對壓力擾動的影響。從圖中可以看出，對于4種不同截面尺寸，上游的壓力擾動基本一致，擾動壓力峰值均在3.5 bar附近?？梢娫陂y門的關(guān)閉過程中，閥門的運動速度并不是上游壓力擾動的主要因素，壓力擾動主要與閥門的響應(yīng)時間密切相關(guān)。

3 結(jié) 語

FLUENT作為一種成熟的流體計算工具能夠模擬閥門的關(guān)閉過程。

①對于相同的閥芯運動速度，不同的響應(yīng)時間，管道尺寸與上游壓力擾動成反比。管道尺寸越大，響應(yīng)時間也越長，上游所受的壓力擾動就越小。

②對于不同閥芯速度，同樣響應(yīng)時間，上游壓力擾動幾乎不受管道截面尺寸的影響?？梢妷毫_動主要受閥門響應(yīng)時間的影響，與閥芯的運動速度無直接關(guān)系。

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